Химики вуза разработали безопасную и экономичную технологию переработки отходов

10:30, 16 июля 2020

Из промышленных и бытовых отходов они получают биотопливо и лекарственные вещества

Как пояснила Дарья Тамбасова, на подложку из оксида алюминия накладывают ферменты, которые разлагают полисахариды. Фото: Владимир Петров.

Инженеры-исследователи лаборатории органического синтеза Уральского федерального университета Дарья Тамбасова и Полина Любякина под руководством профессора Елены Ковалевой разработали безопасную и экономичную технологию переработки отходов. Перерабатывать предполагается отходы с содержанием природных полисахаридов, в том числе целлюлозы и хитина.

Технология предусматривает многоразовое использование материалов (оксида алюминия и ферментов, а также их комплексов), соответственно, экономична. При этом представляет собой безотходное производство, экологически безопасна и нацелена на переработку вредных отходов. А на выходе — экологически чистые и полезные продукты: например, биотопливо и лекарственные вещества.

Суть технологии — в разработке и использовании различных гетерогенных катализаторов на основе оксида алюминия.

«В нашей технологии этот недорогой материал с легко варьируемыми поверхностными характеристиками является твердым носителем, на котором мы иммобилизируем специфичные ферменты или ферментные комплексы, разлагающие природные полисахариды», — говорит Дарья Тамбасова.

Ферменты с оксидом алюминия «склеивает» органическая прослойка, в качестве связывающих агентов выступают глутаровый альдегид либо силаны (кремневодороды).

«Данная система представляет собой трехслойный „пирог“. Первым слоем выступает оксидный носитель, далее — связывающий агент, и завершает эту структуру фермент. Погруженные в водную среду, катализаторы в течение суток разлагают природные полисахариды до моносахаров. Функция носителя оксида алюминия — обеспечивать многократное использование ферментов до тех пор, пока они не исчерпают свою активность. На тот же носитель можно повторно иммобилизовать фермент, и гетерогенная каталитическая система снова будет готова к работе. Так как ферменты — дорогостоящие соединения, их иммобилизация на носителях удешевляет процесс переработки полисахаридов», — описывает Дарья Тамбасова.

Ферменты, которые используют химики УрФУ, экологически безопасны, агрессивные и токсичные вещества типа щелочей и кислот в технологии не задействуются. Таким образом, и сам процесс переработки полисахаридов, и получаемые продукты не наносят урона окружающей среде — в отличие, к примеру, от традиционного способа получения технического спирта из отходов деревообрабатывающего производства методом кислотного гидролиза.

«Спирт, получаемый из целлюлозы с помощью нашей технологии, не содержит вредных примесей и может применяться как биотопливо и в медицинских целях. Кроме древесины, наши катализаторы способны перерабатывать отходы, содержащие хитин — тяжело разлагаемые хитиновые панцири креветок и других членистоногих. В результате мы получаем глюкозамин — лекарственное вещество, полезное для суставов. Разработанные гетерогенные каталитические системы можно использовать и для переработки бытового мусора с содержанием органических примесей, это безопасно, в противоположность технологии сжигания», — комментирует Дарья Тамбасова.

Отметим, технология — прорывная, не имеет аналогов, разработана благодаря грантовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований. Является одним из приоритетных направлений деятельности недавно созданного университетского центра биотрансформационных технологий.

Справка

Функции центра биотрансформационных технологий, созданного на базе химико-технического института Уральского федерального университета, — проведение теоретических, экспериментальных и прикладных исследований мирового уровня, генерация разработок для последующего внедрения в производственную практику и выполнение заказов российских и зарубежных предприятий различных секторов экономики. Стратегическими партнерами университета в проекте выступают научно-производственный центр «Уралбиосинтез» и Институт иммунологии и физиологии Уральского отделения РАН.

Инициаторы проекта центра биотрансформационных технологий обладают передовыми решениями и разработками, не имеющими аналогов как в нашей стране, так и за рубежом. Сферы их применения — переработка отходов овощеводства, животноводства и промышленности (в частности, атомной, металлургической и пищевой), очистка вод от тяжелых металлов, производство функциональных, то есть полезных для здоровья, продуктов питания.