Пензенские ученые разработали технологию переработки битого стекла в стройматериалы

Группа ученых из ПГУАС разработала технологию переработки битого стекла в строительные материалы, спасающие нас от стеклянного мусора, а дома — от пожаров.

Наш век зачастую называют эпохой кризисов, и, помимо уже привычных проблем с экономикой и эпидемиями, все более реальной становится угроза погребения городов под мусорными завалами. 

Подавляющая часть бытовых отходов в стране не перерабатывается, свалками захвачено уже 4 миллиона гектаров, что равно двадцатой части всех посевных площадей России. 

Ученые из Пензенского государственного университета архитектуры и строительства разработали технологию переработки трудноразлагаемого вида мусора – битого стекла.

Мусорный кризис

— Каждый год на свалках страны засыпают стеклянным боем порядка 25 тысяч гектаров, — рассказывает кандидат технических наук Евгений Снадин, — а ведь это площадь, сравнимая с городом Пензой. Предприниматели неохотно берутся перерабатывать такое стекло, потому что оно плавится только при высокой температуре — от 1100 до 1500 градусов Цельсия. Учитывая, сколько на это надо затратить топлива, разорительное дело. В 70-е годы прошлого века казалось, что произошел научный прорыв: ученые придумали, как с помощью сильных щелочей превращать осколки в жидкое стекло. Но и этот процесс энергозатратный — для его протекания нужно поддерживать температуру 250 градусов и давление 8 атмосфер.

Евгений Валерьевич начал участвовать в экспериментах с различными строительными материалами шесть лет назад, когда поступил в аспирантуру на кафедре технологии строительных  материалов и деревообработки.

Опоки — это... 

Профессор Виталий Береговой предложил Снадину поработать над созданием новых стройматериалов из опоки – сырья, которым богата Пензенская область. 

— Это кремнистая микропористая осадочная порода, — поясняет Снадин, — встречается на берегах Сурского моря в виде серых камней. Вещество состоит из панцирей одноклеточных организмов, таких как диатомеи. Эти создания в десятки или даже сотни раз меньше миллиметра, но их так много, что они дарят планете четвертую часть всех органических веществ, а людям – каждый второй глоток кислорода. В мощный микроскоп видно, что грубая с виду опока состоит из миллиардов защитных панцирей завораживающей красоты в форме вееров, звезд и цепочек. 150 миллионов лет диатомеи кружились в потоке морской или пресной воды, строили свои изящные доспехи, а после смерти опускались на дно, со временем спрессовываясь в крупные глыбы.

Зачем ученому зубило?  

Десятки таких тяжелых камней лежат на столах лаборатории Евгения Валерьевича. Кабинет ученого заполнен не сверкающими колбами и мензурками, а молотками и зубилами. А рабочий халат Снадина покрыт строительной пылью. 

— Половину рабочего дня я читаю лекции студентам, — рассказывает Евгений Валерьевич, — затем прихожу сюда, раскалываю опоку на кусочки, измельчаю в дробильной машине и перемалываю в специальной мельнице. Растворяя этот порошок в воде или едкой щелочи, разрабатываю технологию превращения опоки в разные материалы, в том числе в жидкое стекло. 

Профессор Береговой предложил мне использовать в химической реакции битое стекло, чтобы найти способ утилизации этих отходов. Конечно, пришлось повозиться с разными химическими составами и соотношениями ингредиентов, но в итоге температуру химического разжижения стекла удалось снизить с 250 до 140 градусов, а давление — с 8 до 2,4 атмосферы. Такие показатели ощутимо снизят затраты на переработку стекла, и тогда она станет рентабельной.



Евгений, конечно, чересчур скромно описал свои усилия в деле создания новой технологии. На самом деле он 80 раз подряд смешивал муку из опоки, толченое стекло и разные виды щелочей. Затем загружал полученную смесь в автоклавы и подолгу ждал, пока острые грани не начнут таять как лед. Измерив время, температуру и давление, исследователь записывал показатели, а затем повторял эксперимент снова и снова.

Личные мотивы

Сделать реакцию не такой «горячей» получилось только через два месяца. На вопрос, как же ему хватило терпения, Евгений ответил историей из своей юности. 

— А у меня к битому стеклу есть свои личные счеты. В 16 лет отдыхал с друзьями на пляже и, заходя в воду, почувствовал резкую боль в пятке. Оказалось, невидимый в воде, прозрачный осколок бутылки вонзился глубоко в ногу — даже шрам остался. Рану пришлось зашивать в травмпункте, и отдых был испорчен, но главное, я помню, что был очень возмущен. Ведь получается, что, даже выезжая из города на природу, и взрослые, и дети буквально ходят по минному полю из опасных отходов.

Евгений Валерьевич достает из шкафа результат своей работы — контейнер с темной, вязкой и тянущейся, как мед, субстанцией — и объясняет:  

— Вот это и есть жидкое стекло — водный щелочной раствор силикатов натрия. Пользуется огромным спросом в промышленности. Его используют в производстве силикатного клея, который идет на изготовление различной тары и картонной упаковки. А сейчас, когда Россия находится под санкциями недружественных стран, нам волей-неволей придется замещать импортную продукцию. 

Составы для защиты деревянных домов или даже металлических конструкций от пожара тоже делаются на основе жидкого стекла. Даже бетон с добавлением этого вещества обретает высокую огнестойкость. Например, внутренние стены в залах Пензенской картинной галереи выполнены из раствора с добавлением силикатов натрия. 

Если в какой-то местности грунт недостаточно устойчивый, то для удержания фундамента дома рыхлую почву можно укрепить жидким стеклом.

Радужные перспективы

Проект кандидата технических наук Евгения Снадина «Разработка низкотемпературной технологии получения жидкого стекла, включающей утилизацию боя стекла» в прошлом году получил грант в полмиллиона рублей на молодежном научно-исследовательском конкурсе «УМНИК». 
Средства были потрачены на закупку оборудования и химических реактивов, и сейчас ученый проводит дополнительные эксперименты с целью получения продукта с более высокой степенью чистоты. 

В команде с Евгением работает аспирант кафедры технологии строительных материалов Иван Лавров. 

По свидетельству разработчиков, получаемое сейчас в лаборатории ПГУАС жидкое стекло абсолютно безопасно для окружающей среды. 

Технология уже прошла экспертизу в Федеральном институте промышленной собственности. Разработкой заинтересовались инвесторы.

Через несколько лет массовое производство будет запущено, количество прозрачных отходов, выброшенных на свалку, начнет снижаться, и тогда стекло в нашей жизни будет разбиваться только к счастью.

Автор: Алексей ЮШИН

Нашли ошибку - выделите текст с ошибкой и нажмите CTRL+ENTER