Российские ученые исследовали влияние различных способов обработки резиновой крошки и нашли способ уменьшить отрицательное влияние на экологию утилизации резиновых отходов. Как сообщает сетевое издание Naked Science, измельченные старые шины включат в состав геополимеров - новых экологичных материалов. Наилучший результат показало воздействие водным раствором перманганата калия - полученные материалы обладают увеличенной прочностью и могут быть использованы в строительстве. Работа была поддержана грантом Российского научного фонда и опубликована в Journal of Environmental Chemical Engineering.
Изношенные резиновые шины стали большой проблемой для всех стран мира с развитой промышленностью: производство автомобилей растет, как и количество шин, которые приходят в негодность. Ежегодно в мире накапливается около 25 миллионов тонн отработанных покрышек, но только половина успешно перерабатывается - в основном сжигается в печах современных цементных или целлюлозно-бумажных заводов - остальные же складируются на свалках. Все существующие подходы связаны с большим выбросом парниковых газов в атмосферу и загрязнением окружающей среды, что делает поиск альтернативного подхода особенно актуальным.
Один из перспективных методов - включение измельченных резиновых отходов в состав геополимеров. Они состоят из двух компонентов: твердой алюмосиликатной фазы и так называемого активационного вещества, например, щелочи. Поскольку чаще всего твердая фаза представлена минеральным составом, в названии появился корень «гео». Сырьем могут выступать как повсеместные природные образования (например, глины), так и крупнотоннажные промышленные отходы (доменные гранулированные шлаки, золы уноса, хвосты обогащения металлических руд и другое).
При смешивании активационного вещества с измельченной твердой фазой получается материал, пригодный для строительной промышленности. Однако претворение этой стратегии в жизнь ограничено из-за снижения прочности геополимеров при введении в них резиновой крошки. Работа российских ученых из Ростовского государственного университета путей сообщения и Инновационного центра «Сколково» решила проблему поиска эффективного способа иммобилизации (закрепления) отходов из резиновых шин в геополимерных материалах с улучшенными механическими свойствами.
Для этого исследователи сравнили различные варианты предварительной обработки резиновой крошки - щелочью, серной кислотой, ацетоном, перманганатом калия и ультрафиолетом. Общая схема пробоподготовки включала в себя несколько этапов: выдерживание резиновой крошки в соответствующем растворе при комнатной температуре, промывание водой и высушивание, или облучение ультрафиолетом в закрытой камере. Затем смешиванием резиновой крошки с геополимером с последующим их отверждением в сушильной камере ученые получали соответствующие композиты.
Свойства образцов исследовали с помощью инфракрасной спектроскопии - этот метод позволяет делать выводы о строении изучаемых материалов на основе спектров поглощения ими инфракрасного излучения - и оптической микроскопии. Кроме того, исследователи проверили прочность композитов. Лучшие результаты показал образец, обработанный раствором перманганата калия: он реже ломался и выдерживал наибольшие нагрузки. Это объясняется окислением поверхности каучука, что приводит к появлению на ней функциональных химических групп, делающих ее гидрофильной. В результате обеспечивается прочный контакт наполнителя с геополимерной матрицей, что решает проблему снижения прочности.
По словам руководителя проекта по гранту РНФ, старшего научного сотрудника Ростовского государственного университета путей сообщения, кандидата физико-математических наук Георгия Лазоренко, «эта работа открывает перспективы переработки» и использования «большого количества резиновых отходов в экологичных геополимерных бетонах без ущерба для их прочности» и будет способствовать «уменьшению загрязнения окружающей среды и созданию новых «зеленых» и недорогих конструкционных материалов для строительной отрасли».
