Развитие современной химии

Красноярские биофизики научились выращивать биопластатан из глюкозы, газа, бурого угля и бытовых отходов. Бактериям создают специальные условия для синтеза вещества, похожего по своим свойства на обычный пластик. Урожай снимают раз в сутки. С 5 литров специального раствора получается 100 граммов материала. Возможности новинки практически безграничны. Продукты, завернутые в биополимерную пленку, хранятся дольше. Кроме того, бутерброды можно есть, не снимая упаковку. Пленка хоть и безвкусная, но вполне съедобная. По словам исследователей, биополимеры имеют большое будущее в области медицины. С помощью этого материала можно восстанавливать костную ткань, делать сосуды и хирургическую нить.

Владимир Плотников, ведущий инженер лаборатории Института биофизики сибирского отделения РАН: <Дело в том, что обычная хирургическая нить где-то через 7 дней рассасывается в ткани. Однако за неделю ткань не всегда успевает срастись. А наша нить может служить более длительное время>.Пока получаемый в лабораторных условиях биополимер раз в 5 дороже искусственных пластиков, и это отпугивает предпринимателей. По этой причине опытная линия по производству биопластатана в Краноярске простаивает. Но ученые надеются, что их изобретения рано или поздно оценят по достоинству. Сейчас биотехнология бурно развивается во всем мире. Специалисты говорят, через 50 лет биологический пластик полностью заменит искусственный.

«Стеклянная» сталь

Ученые из Окриджской лаборатории изобрели новый, необычный тип стали, более похожий на стекло, чем на металл. Этот материал необычно прочен, а его разработчики надеются использовать его для создания медицинских имплантатов или более легких самолетов. В обычных металлах атомы расположены в определенном, кристаллическом порядке, в аморфных твердых веществах, например, стекле, атомы размещаются хаотично; здесь они напоминают атомы в жидкости, за исключением того, что более или менее зафиксированы на месте. Металлы с такой хаотичной структурой, как правило, тверже и прочнее своих кристаллических собратьев, поэтому они очень привлекательны для инженеров. Однако, как правило, аморфные металлы очень дороги. Существующие на рынке варианты состоят по преимуществу из циркония и палладия. Аморфная версия стали, сделанная на основе железа, могла бы значительно снизить цену - по расчетам авторов нового изобретения примерно с 0 до за килограмм. Это все равно значительно дороже обычной стали, поэтому вряд ли ее начнут в ближайшее время использовать для металлоконструкций. Однако она может найти применение при изготовлении специальных прочных покрытий для промышленных станков, спортивного инвентаря типа теннисных ракеток и клюшек для гольфа и прочных медицинских эндопротезов. Аморфную сталь изготавливали и раньше, но только в маленьких количествах. При попытках получить из этой стали блоки с длиной сторон более 4 мм, происходила кристаллизация части сплава, в результате уменьшалась его твердость и прочность. Чжао Пин Лю и его коллеги нашли способ избавиться от этой проблемы. Ключом оказалась правильная смесь добавок к железу. Сталь состоит в основном из железа с небольшим количеством углерода, но в большинство производимой стали добавляются также маленькие количества других элементов, например, хрома, содержащегося в нержавеющей стали. Исследователи получили смесь железа с хромом, марганцем, молибденом, углеродом, бором и иттрием. Сплавы, содержащие около 1.5% иттрия, остаются в расплавленном состоянии при значительно более низкой температуре, что способствует сохранению аморфной структуры при отвердевании металла. Кроме того, иттрий сдерживает рост кристаллов карбида железа, которые иначе появляются при остывании сплава и способствуют общей кристаллизации стали. Пока группа Лю получила бруски шириной 12 мм (предел в лабораторных условиях), но исследователи полагают, что они могут быть гораздо больше. У аморфной стали есть и еще одно привлекательное свойство - она притягивается к магниту только при очень низких температурах. Ученые ожидают, что такой немагнитящейся сталью заинтересуются военные.

В Хибинах нашли минерал, поглощающий радиацию (Мурманская область) В Хибинских горах в июле ученые Российской академии наук нашли ранее не известный минерал, поглощающий радиацию. На сегодняшний день этот минерал еще не зарегистрирован, соответствующего ему элемента нет и в таблице Менделеева. По предварительным данным, он обладает свойством захватывать радиоактивные элементы. По мнению ученого, новый минерал может помочь утилизировать радиоактивные отходы от атомных подводных лодок. Единственный минус открытого минерала - он нестабилен, легко вступает в химическую реакцию с радиоактивными веществами. После соединения получается нерадиоактивная порода, которая не представляет вреда для человека и может храниться сколь угодно долго.

Как выяснили исследователи, один килограмм открытого недавно минерала может нейтрализовать более полукилограмма какого-нибудь радиоактивного вещества или, например, ядерных отходов, которые образуются в отработавших ядерных реакторах. Свойства находки еще окончательно не описаны. Этим и займутся в ближайшие месяцы ученые.

Новое устройство для разложения отходов

Израильская компания EST, созданная в 2004 году предпринимателем Иехудой Саймоном, разработала устройство, способное почти полностью уничтожать вредные отходы химической промышленности, сообщает Israel21c. Согласно сообщению, устройство разлагает жидкие и газообразные вредные вещества на воду, двуокись углерода и материалы, поддающиеся вторичной промышленной переработке. Самое важное, что весь этот процесс происходит непосредственно на предприятии химической промышленности, где возникают отходы. Исчезает необходимость перевозить эти опасные вещества с место на место, всегда чреватая опасностью для окружающей среды. Система уничтожения химических отходов, разработанная EST, базируется на плазменной технологии. Процесс происходит при температуре от 2,000 до 4,500 градусов Цельсия: при таком нагреве молекулярные связи химических соединений распадаются, после чего смесь быстро охлаждают и очищают. При этом, по словам Саймона, уничтожается 99.99% массы отходов. Изобретение уже защищено международным патентом и готова к установке на предприятиях. Работать она в состоянии непрерывно, 24 часа в сутки. <Химические отходы - это огромная проблема, и от нее никуда не деться. В одном только Израиле производится 100-120 тонн ядовитых отходов в год, а в других странах ситуация намного острее>, - говорит Саймон. - <До сих пор проблему просто перевозят с места на место, надеясь, что она как-нибудь рассосется. Однако этого не случится, а нормативы допустимых выбросов химических веществ становятся все строже и строже>. Саймон называет свое изобретение <хай-теком для химической промышленности> и верит, что его ждет большое будущее.

Предложен способ переработки диоксида углерода при помощи энергии Солнца

Группа учёных из Калифорнийского университета в Сан-Диего (США) под руководством Клиффорда Кубиака предложила новый способ конвертирования диоксида углерода в монооксид углерода и кислород. С этой целью они создали устройство, способное переводить солнечное излучение в электроэнергию, которая используется для расщепления CO2. Устройство, предложенное Кубиаком с коллегами, состоит из полупроводника и двух тонких слоёв катализатора. Сначала полупроводник захватывает фотоны из солнечного излучения и, затем, переводит энергию светового излучения в электрическую. На последнем этапе электричество подаётся к никель содержащему катализатору, благодаря чему на его поверхности происходит расщепление молекулы диоксида углерода на CO и O2. На первом этапе своей работы учёные из Калифорнии использовали кремниевые полупроводники, которые не обеспечивали достаточного количества электроэнергии для проведения реакции. Недостающая часть энергии подавалась от внешнего источника тока. Теперь учёные намерены опробовать галий-фосфидный полупроводник, который обладает лучшими характеристиками по поглощению видимого света и вдвое большей шириной запрещённой энергетической зоны в сравнение с кремнием. Исследователи надеются, что вырабатываемой им энергии будет достаточно для проведения реакции без привлечения внешнего источника, сообщает официальный сайт Калифорнийского университета в Сан-Диего. Ранее, в марте 2007 года появлялось сообщение о том, что группа учёных из Германии также предложила способ получения из CO2 монооксида углерода с использованием азотсодержащих катализаторов. Однако несмотря на использование механизма сходного с фотосинтезом, в этой научной работе получение энергии для реакции от солнечного излучения только планируется. В обоих случаях учёные подчёркивали важность этих работ для переработки парникового газа в пригодный для нефтехимического синтеза реагент. Особое внимание в обоих случаях заострялось на возможности получения из CO жидких углеводородов, с помощью облагораживания которых можно получить товарные топлива.

В Беларуси разработали технологию получения нефти из ТБО

Технологию изготовления высококачeствeнной нефти из твердых бытовых отходов разработали учeныe Института порошковой металлургии Национальной академии наук Бeларуси. Метод нeсложeн в исполнении и, что особенно важно, не трeбуeт больших энeргeтичeских затрат. Поначалу мусор измeльчаeтся. Затем из полученной массы извлeкаeтся избыточная влага, которая при нагрeвe в гeрмeтичном контeйнeрe до 350 . 400 градусов по Цельсию прeобразуeтся в газообразные вeщeства. Последним штрихом становится их конденсация в холодильнике. В итоге, из ста килограммов высушенных твердых бытовых отходов получают дeсять "кило" высококачeствeнной нефти, прeвосходящeй по многим параметрам природный аналог. При этом выход фракций составил: двадцать процентов бензина, тридцать керосина и пятьдесят мазута. Таким образом рeшаeтся проблема утилизации твердых бытовых отходов (только в Минске eжeгодно образуется свыше двух миллионов кубических метров ТБО, для захоронения которых используется болee 90 га земли). Стоит отметить, что производственный процесс длится всего несколько часов, тогда как в природе на получeниe нефти уходят миллионы лет. Экологически чистоe промышлeнноe производство можно организовать и в городской чeртe, что позволит значитeльно сэкономить расходы на вывоз твердых бытовых отходов за прeдeлы мегаполиса. Сегодня учeныe работают над созданием "пилотной" установки. (По информации газеты "Минский курьер")

Новый шаг в защите памятников от коррозии

Развили эффективный метод защиты от атмосферной коррозии металлической поверхности. Эта технология особенно идеально подходит для защиты металлических памятников и монументальных сооружений, но может быть применима и для других целей, например, для нанесения защитных покрытий на автомобили. В атмосфере современных городов, особенно крупных, содержание агрессивных веществ значительно возросло. Поэтому поверхности памятников, сделанных из металла, подвергаются всевозрастающей атмосферной коррозии. Существующие способы защиты металлических монументов уже не являются достаточно эффективными и не способны в требуемой степени обеспечить долговременную защиту от коррозии, характер которой в последнее время существенно изменился. Известно, что в непромышленной атмосфере (например, в сельской местности) на поверхностях памятников из медных сплавов в течение 80-120 лет медленно нарастает так называемая "доброкачественная" патина, после чего процесс ее образования останавливается. А в атмосфере современных крупных городов на поверхности медного сплава формируется "дикая", или "злокачественная", патина, которая образует не плотный слой, а рыхлые трещиноватые слои, допускающие контакт металла с атмосферой, вследствие чего процесс разрушения металла продолжается. Кроме того, уже часто возникают такие виды коррозии, как "бронзовая болезнь" (или "медная чума"), при которых образуются основные хлориды меди - запускается цепь циклических реакций, включающих медь, кислород и влагу атмосферы, в результате чего происходит интенсивная непрерывная коррозия, разрушающая авторскую поверхность. А при частых перепатинированиях в реакции образования новой патины вовлекается все больше и больше медь из авторской поверхности, что приводит к все большему ее сглаживанию, то есть все большему искажению авторского рельефа. Существующие вещества, так называемые ингибиторы коррозии, которые должны по идее тормозить ее развитие, в реальности не оказывают должного эффекта. А все потому, что они быстро смываются с поверхности металла памятников водой атмосферных осадков, разрушаются ультрафиолетовым излучением и другими факторами, вызываемыми воздействием внешней среды. Поэтому одним из оставшихся двух эффективных методов защиты металлических поверхностей от коррозии является процесс нанесения на них металлических защитных покрытий или слоев, называемых "жертвенными". Такой слой защищает поверхность памятника, изолируя ее от атмосферных воздействий, при этом сам подвергается коррозии и со временем разрушается. Такие покрытия можно наносить различными способами, например гальванопластикой. Но все равно оставалась нерешенной другая задача - как применить этот метод нанесения в случае памятников большого размера? Другой продуктивный способом нанесения защитного слоя металла, позволяющим достаточно эффективно обрабатывать крупные объекты, состоит в напылении металлического порошка, например, путем плазменного или газопламенного напыления. Но при нанесении покрытий напылением полученное покрытие по своей структуре является в той или иной степени пористым. А пористость защитного слоя является недостатком, с которым необходимо бороться. Пористость не позволяет обеспечить получение покрытия, обладающего достаточными защитными свойствами, поскольку такое покрытие не предотвращает контакт агрессивной среды с защищаемым объектом, а кроме того, из-за наличия пор обладает высокой удельной поверхностью и относительно быстро разрушается. Новый способ защиты металлической поверхности памятников, от воздействия атмосферной коррозии, обеспечивающего более надежную и долговечного защиту, разработали в ООО "Интарсия". Их технология основана на том, что в процессе напыления на защищаемую металлическую поверхность металлического порошка в виде тонкого пористого слоя, напыленный пористый слой порошка пропитывают специальным ингибитором коррозии напыляемого металла. При этому уже сама пористость напыляемого слоя используется не как недостаток, а как положительный фактор, позволяющий удержать ингибитор коррозии. Ингибитор, попадая в поры слоя, надежно удерживается в них, что предотвращает воздействие атмосферных факторов через поры на металл и увеличивает долговечность покрытия, так как ингибитор благодаря своим ингибирующим свойствам предотвращает интенсивное разрушение металла памятника и материала покрытия, многократно уменьшая скорость разрушения слоя покрытия. Количество ингибитора, удерживаемое таким слоем, на несколько порядков больше, чем то, которое можно нанести на поверхность монумента без этого слоя. В результате защищаемая металлическая поверхность, в частности, поверхность памятника, гораздо дольше будет противостоять атмосферной коррозии и срок службы защищаемого изделия увеличится. А при покрытии данным методом поверхности памятника увеличится и межреставрационный период. Толщина слоя напыляемого порошка может составлять от долей мкм до нескольких сотен мкм, например от 0,1 мкм до 900 мкм, но рекомендуемая разработчиками - от 20 до 200 мкм, при оптимальной около 50 мкм. Толщина слоя зависит от размеров объекта (памятника) и пластики авторской поверхности. Чем меньше памятник и чем более тонкими являются детали изображения, тем меньшей является допустимая толщина слоя, и наоборот. Дисперсность частиц порошка, естественно, не должна превышать толщину слоя. При этом частицы порошка имеют размеры не более половины толщины слоя, в частности не более 25 мкм для слоя напыленного порошка толщиной около 50 мкм. На пропитанный ингибитором напыленный слой порошка легко наносится дополнительный слой материала, обеспечивающего барьерную защиту, например полимерного покрытия. Под слоем барьерной защиты имеется в виду сплошной слой материала, непроницаемый для атмосферных воздействий и изолирующий от них защищаемый объект. Такой барьерный слой обеспечивает дополнительную защиту объекта и дополнительное повышение долговечности защитного покрытия. Пористая поверхность напыленного слоя очень хорошо удерживает средства барьерной защиты (например, полимерные покрытия), наносимые на ее поверхность. Примечательно, что напыление порошка защитного слоя можно осуществлять любым известным способом, позволяющим нанести слой порошка нужной толщины с необходимой адгезией по всей поверхности или в требуемых местах. Обычно необходимо наносить равномерный по толщине слой порошка по всей поверхности, однако толщину напыляемого слоя также можно и варьировать. Напыление можно осуществить, например, при помощи таких устройств, как плазмотроны, газопламенные горелки, дуговые металлизаторы и детонационно-газовые пушки. В ходе испытаний на пластинки меди, медно-оловянной бронзы и стали были нанесены защитные слои по новой технологии. Контрольные пластинки покрыли традиционными способами защиты от коррозии. Затем все пластинки были подвергнуты циклическому воздействию ультрафиолетового излучения, отрицательных и положительных переменных температур, орошению сернистой кислотой, циклическому воздействию сернистого газа, соляного тумана и других факторов в течение времени, эквивалентного особо жесткому (по ГОСТ) воздействию атмосферы промышленного мегаполиса в течение 17 лет. По окончании этого срока было обнаружено, что пластинки с нанесенным покрытием не изменили свой внешний вид и не подверглась разрушению, в то время как поверхность контрольных образцов была полностью покрыта продуктами коррозии.

Отходы льнопродуктов защитят водоемы

В Всероссийском Научно-исследовательском Институте Гидротехники и Мелиорации им.А.Н.Костякова разработали методику комплексной очистки воды и почв от нефтепродуктов и тяжелых металлов на основе смеси высушенного сорбента и углерода льняной костры. Эта смесь позволяет эффективным, экономичным и экологичным образом вести очистку, а кроме того, при ее получении утилизируются отходы льнопроизводства и природный сапропель, получаемый при очистке водоемов. Известные сорбенты, получаемые из растительного сырья, в частности из отходов сельскохозяйственного производства, на основе рисовой лузги, шелухи гречихи, овса, ржи, подсолнечника, которые чрезвычайно эффективны для очистки поверхности почвы от нефтепродуктов, при этом совершенно не эффективны для очистки от тяжелых металлов. В то же время, сорбенты, эффективные в очистке от тяжелых металлов, совершенно неэффективны в отношении нефтепродуктов. Устранить этот казус и разработать сорбент для комплексной очистки воды и поверхности почвы от нефтепродуктов и тяжелых металлов, удалось исследователям Всероссийского Научно-исследовательского Института Гидротехники и Мелиорации им.А.Н.Костякова. Состав их сорбента основан на сапропеле, который содержит еще обуглероженную льняную костру при определенном соотношении компонентов. Помимо повышения эффективности комплексной очистки воды и поверхности почвы от нефтепродуктов и тяжелых металлов данный сорбент решает очень важную задачу утилизации льняной костры, которая в льнопроизводстве является необычайно летучим и опасным для дыхательных путей отходом и которая даже при ее сжигании не теряет своей летучести, и только полное обуглероживание позволяет "нейтрализовать" ее вредное воздействие. Сырой сапропель обладает высокими сорбционными качествами в отношении тяжелых металлов и органики, поскольку присутствие в нем гуминовых веществ определяет высокую емкость катионного обмена (195 мг-экв/100 г). Но внесение сырого сапропеля в почву сопряжено с рядом технических трудностей: сложно равномерно распределить пастообразную массу по поверхности почвы, высокая влажность сырого сапропеля приводит к переувлажнению почвы, а при высыхании он коагулирует и образует на поверхности почвы сплошную корку. Поэтому сырой сапропель гранулируют и высушивают. При этом его сорбционная активность резко снижается. Присутствие же углерода льняной костры (20-50%) значительно увеличивает сорбционную поверхность гранул сорбента и соответственно его сорбционную активность. Сам же уголь льняной костры проявляет высокую сорбционную активность в отношении органики, в частности нефтепродуктов. Таким образом, новый сорбент для комплексной очистки воды и поверхности почвы от нефтепродуктов и тяжелых металлов является эффективным, экономичным и экологичным сам по себе и, кроме того, при его получении утилизируются отходы льнопроизводства и природный сапропель, получаемый при очистке водоемов.