Красноярские ученые научились из промышленных отходов добывать родий и иридий, а из рыбных – делать «зеленый» биоразлагаемый пластик

Изображение: GigaChat

В Красноярском крае ученые разработали способ извлечения редких платиновых металлов – родия и иридия – из промышленных отходов, и синтезировали биоразлагаемый пластик из отходов рыбоперерабатывающих производств. Извлечение металлов открывает новые возможности для создания замкнутого цикла переработки и укрепления технологического суверенитета, а прочный и гибкий экологичный биополимер в будущем может заменить синтетический нефтяной пластик, сообщают пресс-службы правительства Красноярского края и Российского научного фонда (РНФ). Оба исследования поддержаны РНФ.

Родий и иридий из отходов промышленности

Родий и иридий – стратегически важные, но очень редкие металлы, и в Красноярском научном центре СО РАН разработали эффективный способ извлечения редких платиновых металлов – родия и иридия – из промышленных отходов. Ученые предложили экологичный метод извлечения с использованием соляной кислоты и кислорода под давлением, который заменяет существующие в настоящее время токсичные многоступенчатые процессы.

Исследователи протестировали эффективность метода в лабораторных условиях: при температуре 190°C в титановом автоклаве при использовании исходного материала, содержащего чистый родий и сплав родия с иридием, почти полностью удалось растворить родий за два часа, а сплав – за восемь, при этом в раствор перешло до 95% металлов.

Руководитель проекта, доктор химических наук, ведущий научный сотрудник Института химии и химической технологии СО РАН Олег Белоусов подчеркнул, что разработанный метод можно быстро внедрить на производствах с титановым оборудованием. Новая технология, крайне важная для промышленных отраслей, решает сразу несколько задач: позволяет вовлекать в хозяйственный оборот ценные вторичные ресурсы, снижая зависимость от добычи нового сырья, снижает потери редких и поэтому драгоценных металлов, устраняет необходимость утилизации вредных газов, – что открывает новые возможности для создания замкнутого цикла переработки и укрепления технологического суверенитета.

Родий и иридий относятся к платиновой группе металлов. Родий: благородный металл, его ежегодная добыча в мире составляет всего около 30 тонн. Иридий – один из самых плотных и коррозионно-стойких металлов, его годовая добыча еще ниже – около 3 тонн. 

Зачем нужен родий

Ювелирные изделия: родиевое покрытие защищает изделия из золота и серебра от царапин, коррозии и потемнения, и придает им блеск. Оно также может помочь людям с аллергией на никель, так как скрывает аллергенный металл под защитным слоем. 
Промышленность: используется для изготовления термопар (платино-родиевых) для измерения высоких температур, поскольку он обладает высокой термостойкостью и стабильностью. 
Электроника: применяется в качестве анодных мишеней для рентгеновских трубок из-за своего редкого характеристического излучения и высокой температуры плавления. 
Отражающие поверхности: родирование придает поверхностям высокую отражательную способность, поэтому его используют для покрытия зеркал и рефлекторов в прожекторах и измерительных инструментах. 

Зачем нужен иридий

Автомобильная и аэрокосмическая промышленность: сплавы иридия, особенно платино-иридиевые, используются в свечах зажигания автомобилей премиум-класса и в аэрокосмической промышленности. 
Химическая промышленность: используется в катализаторах. Иридий используется как материал для электродов в различных электрохимических процессах, например, при производстве хлора и меди.  
Электроника: иридий может применяться в качестве покрытий для электродов, а также при производстве тиглей для выращивания кристаллов, используемых в электронике. 
Медицина: используется в радиофармацевтике, например, в изотопе иридия-192 для радиотерапии рака (брахитерапия). Иридиевые сплавы применяются в качестве проводящих материалов и электродов для таких устройств, как кардиостимуляторы и нейростимуляторы, благодаря их биосовместимости и надежности
Научные исследования: используется в качестве сплава, устойчивого к коррозии при высоких температурах, Сплавы иридия с другими металлами (например, с родием), применяются для создания термопар и других компонентов, работающих при температурах свыше 2000 °C. 

Биополимер из отходов рыбоперерабатывающих производств

Ученые Красноярского научного центра СО РАН и Сибирского федерального университета синтезировали биоразлагаемый двухкомпонентный пластик из отходов рыбной промышленности. Прочный и гибкий экологичный биополимер в будущем может заменить синтетический нефтяной пластик и решить проблему промышленных отходов. Результаты исследования опубликованы в журнале Polymers.

Культуры бактерий на питательных средах из рыбных отходов. Фото предоставлено КНЦ СО РАН. Источник: rscf.ru

Ежегодно в мире производятся сотни миллионов тонн синтетического пластика, который скапливается на свалках, в акваториях морей, загрязняя окружающую среду и становясь источником опасного для здоровья микропластика. Растущее количество отходов заставляет искать принципиально новые решения – одним из них становится создание биоразлагаемых полимеров. Группа ученых усовершенствовала технологию производства биоразлагаемого пластика – полигидроксиалканоатов (ПГА), за счет привлечения жировых отходов рыбопереработки. С использованием новых технологических решений удалось получить более сложный тип полимеров, возможность синтеза которых обеспечивалась специально разработанным режимом дозирования необходимых субстратов и применением особого штамма бактерий, устойчивого к этим субстратам. По словам авторов, исследование доказывает способность микроорганизмов производить сложные многокомпонентные полимеры на основе вторсырья без ухудшения их свойств. Новаторским научным решением было применение для этих целей крупнотоннажных отходов рыбопереработки сложного состава.

Заведующая лабораторией хемоавтотрофного биосинтеза Института биофизики ФИЦ КНЦ СО РАН, доктор биологических наук Татьяна Волова пояснила, что новая технология позволяет решать две проблемы: утилизировать многотоннажные отходы и производить экологически чистые материалы, которые в будущем могут заменить обычные нефтяные пластики, к примеру, в медицине и сельском хозяйстве. Использование отходов рыбной промышленности для производства биополимеров снижает их себестоимость и повышает доступность, создавая безотходный цикл переработки: концепция циклической экономики предполагает, что отходы должны не выбрасываться, а становиться сырьем для нового производства – что соответствует актуальной инициативе замены синтетических пластиков разлагаемыми материалами.