Ученый ТНЦ СО РАН увеличил полезный выход водорода при переработке пластиковых отходов

Путем экзотермических реакций из пластиковых бутылок и титанового порошка с добавлением трех видов бескислородных полимеров в Томском научном центре СО РАН получают ценные карбиды титана, близкие по своим свойствам к эталонным, а также газообразный побочный продукт с высоким содержанием водорода. В ходе исследований выход этого газа, который может использоваться в качестве топлива для теплоэнергетических устройств, вырос до 62 %. Полученные результаты опубликованы в журнале первого квартиля Materials Today Sustainability.

– Это стало продолжением работ, связанных с созданием эффективных, экономичных и экологически безопасных способов переработки пластиковых отходов в ценные продукты. Год назад методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) впервые удалось получить карбиды титана из измельченных до размеров хлопьев ПЭТ-бутылок. Однако при этом выход водорода в составе образующихся в результате экзотермической реакции продуктов составлял 45 %, а угарного газа, являющегося вредным побочным продуктом, – 38 %. Поэтому главной задачей стал поиск возможностей увеличить выход водорода и снизить содержание монооксида углерода, – пояснил автор исследования Алексей Матвеев, младший научный сотрудник лаборатории физической активации ТНЦ СО РАН.

Для приготовления исходной смеси, необходимой для проведения экспериментов, использовали российский титановый порошок и отходы пластмасс – это уже используемый ранее полиэтилентерефталат (ПЭТ), а также новые виды отходов – полиэтилен, полистирол и полипропилен. В специальном реакторе с использованием методов СВС-синтеза ученый провел ряд реакций, при этом концентрация в исходном сырье бескислородных полимеров составляла 10, 20 и 45 % от общей массы сырья.

Как пояснил Алексей Евгеньевич, именно их наличие позволяет уменьшить выход кислорода, а также снизить температуру самой экзотермической реакции с 2 900 до 2 000 °C. В результате проведенных экспериментов оптимальным оказалось содержание бескислородных полимеров в составе исходной смеси 45 %, что позволило повысить выход водорода с 45 до 62 % и снизить содержание угарного газа с 38 до 20 %.

Твердость синтезированного карбида титана близка к твердости эталонных образцов и гораздо выше, чем у многих тугоплавких соединений – карбидов и боридов разного состава. Он может применяться в качестве перспективной экологической основы для высокоэффективных абразивных паст, в частности, для полировки и финишной обработки готовых металлических изделий, а выделяемый водород может использоваться в качестве топлива для теплоэнергетических устройств.

В планах ученого с использованием методов СВС-синтеза добиться получения других ценных материалов из разного вида пластиковых отходов, в том числе из тех, что сейчас перерабатываются в недостаточной мере.