Праект Беларускага дзяржаўнага ўніверсітэта стаў уладальнікам гранта Фонду інавацый Універсітэцкай сеткі навукова-даследчага супрацоўніцтва (iUNRC, Кітай). Распрацоўка навукоўцаў БДУ прысвечана тэхналогіі атрымання актываванага вугалю з драўняных адходаў, якая па сваіх характарыстыках пераўзыходзіць існуючыя сусветныя аналагі і здольная забяспечыць поўнае імпартазамяшчэнне.
Навуковы праект рэалізуецца сумесна НДІ фізіка-хімічных праблем БДУ і хімічным факультэтам. Кіраўнік распрацоўкі – загадчык лабараторыі раствораў цэлюлозы і прадуктаў іх перапрацоўкі Дзмітрый Грыншпан. Аўтарскі калектыў таксама прадстаўляюць прафесар кафедры фізічнай хіміі і электрахіміі Таццяна Савіцкая, старшы выкладчык кафедры высокамалекулярных злучэнняў Анастасія Лішай, аспірантка Таццяна Бязносік, трэцякурснік Андрэй Мамаеў, другакурснікі Марыя Гуновіч і Яраслаў Скугарэўскі.
– Актываваны вугаль – гэта вугляродны сарбент з высокаразвітай порыстай структурай. У адрозненне ад звычайных вуглёў, ён мае вельмі высокую ўдзельную паверхню, што дасягаецца тэрмічнай або тэрмахімічнай апрацоўкай зыходнай сыравіны пры тэмпературах 700–900 градусаў, – расказвае Дзмітрый Грыншпан. – Утвараюцца два віды актываваных вуглёў: мікрапорысты (дыяметр пор 1–2 нм) і мезапорысты (2–50 нм). У большасці выпадкаў вырабляецца мікрапорысты вугаль з удзельнай паверхняй 1000–2000 квадратных метраў на грам. Найлепшыя мезапорыстыя вугалі, якія выпускаюцца замежнай прамысловасцю, маюць удзельную паверхню да 400 квадратных метраў на грам.
Навуковец тлумачыць: звыклыя для ўсіх аптэчныя таблеткі сапраўды вырабляюцца на аснове актыўных мікрапорыстых вуглёў. Аднак тэхналогія іх вытворчасці патрабуе дадання крухмалу, які выконвае функцыю звязвальнага кампанента. Менавіта крухмал блакуе значную частку пор, з-за чаго эфектыўная ўдзельная паверхня вугалю рэзка зніжаецца, а таму сарбцыйная здольнасць падае ў разы. Гэтым і тлумачыцца неабходнасць прымаць высокія сутачныя дазіроўкі прэпарату.
Перамога ў міжнародным конкурсе
Распрацоўка БДУ стала адзінай ад Беларусі, прадстаўленай у спісе пераможцаў конкурсу на атрыманне гранта. Усяго было разгледжана каля 40 праектных прапаноў ад 11 універсітэтаў. Фінансавую дапамогу атрымалі 10 распрацовак. У лік пераможцаў таксама ўвайшлі навукоўцы з Узбекістана, Венгрыі, Эфіопіі, Брунея, Малайзіі, Інданезіі, М’янмы і ПАР.
Першы этап адбору адбыўся ў сярэдзіне снежня. Праект БДУ зацікавіў адразу трох патэнцыйных партнёраў. Беларускія навукоўцы спынілі выбар на камандзе прафесара Юдонг Сюэ з Каледжа матэрыялазнаўства і інжынерыі Універсітэта Чунцына. Сумесная заяўка была складзена аператыўна, а абарона праекта прайшла ў анлайн-фармаце 8 студзеня.
– Мы некалькі разоў рэпеціравалі выступленне з кітайскім партнёрам, уносілі праўкі ў прэзентацыю, каб дабіцца зладжанасці, – расказвае Дзмітрый Грыншпан. – Адным з аспектаў, які выклікаў здзіўленне кітайскіх экспертаў, стала мноства варыянтаў прымянення нашага вугалю. Пасля паспяховай абароны ў Кітаі адбылася фінішная экспертыза праектаў. З больш чым 40 праектаў перамог наш.
Сутнасць новай тэхналогіі
Прапанаваная навукоўцамі БДУ тэхналогія прадугледжвае хімічную актывацыю зыходнай сыравіны з наступнай тэрмаапрацоўкай пры тэмпературах не вышэй за 500 градусаў, што робіць яе значна больш энергазберагальнай у параўнанні з вядомымі аналагамі.
– Пры гэтым адначасова ўтвараюцца два карысныя прадукты, – адзначае кіраўнік праекта. – Па-першае, мезапорысты вугаль з вельмі вялікай удзельнай паверхняй 1600–1700 квадратных метраў на грам, што больш чым у чатыры разы перавышае паказчыкі існуючых замежных аналагаў. Па-другое, безбаластныя цалкам растваральныя ў вадзе фосфарнакалійныя ўгнаенні ў выглядзе сумесі дзвюх соляў: мона- і дыфасфату калію.
У аснове працэсу – выкарыстанне таннай беларускай сыравіны: драўняных адходаў і гідролізнага лігніну. Гэта дазваляе не толькі атрымліваць высокаактыўны вугаль без высечкі бярозавых лясоў, але і вырашаць праблему ўтылізацыі адходаў дрэваапрацоўчай і хімічнай прамысловасці.
Тэхналогія з’яўляецца цалкам безадходнай. Газападобных выкідаў у атмасферу, акрамя вуглякіслага газу, не ўтвараецца, а вада пасля адмыўкі вугалю не скідваецца, а ператвараецца ў каштоўныя ўгнаенні, якія ў Беларусі не вырабляюцца і закупляюцца ў Ізраілі і Нідэрландах.
– У нас няма сцёкаў, а газавыя выкіды – вуглякіслы газ, які з дапамогай гэтага вугалю цалкам ачышчаецца ад узважаных часціц, – падкрэслівае Дзмітрый Грыншпан. – Наша тэхналогія з’яўляецца безадходнай, «зялёнай» і высокарэнтабельнай.
Эканамічная эфектыўнасць
На сёння вытворчасць мезапорыстага актываванага вугалю ў Беларусі не рэалізавана ў прамысловых маштабах. Імпартныя пастаўкі доўгі час заставаліся адзіным варыянтам. Распрацоўка БДУ прызвана змяніць гэту сітуацыю.
– Кошт адной тоны нашага мезапорыстага вугалю пры прамысловым выпуску не перавысіць 5 тысяч долараў, – паведамляе навуковец. – Гэта амаль у пяць разоў танней за імпартны мезапорысты вугаль фірмы Norit.
Лабараторная тэхналогія ўжо паспяхова прайшла маштабаванне ў 1000 разоў на прадпрыемстве «Бумтара». Створана доследна-прамысловая ўстаноўка прадукцыйнасцю 3 тоны ў месяц.
– Рэалізацыя новай тэхналогіі, якая ўжо абаронена еўразійскім патэнтам, дазволіць арганізаваць вытворчасць актываваных вуглёў з айчыннай сыравіны, што забяспечыць поўнае імпартазамяшчэнне мезапорыстых актываваных вуглёў і магчымасць іх эканамічна выгадных экспартных продажаў, – дадае Дзмітрый Грыншпан.
Сферы прымянення
Айчынны вугаль можа выкарыстоўвацца для вырашэння шырокага спектра экалагічных задач. Сярод іх ачыстка газавых выкідаў і сцёкавых вод на прамысловых прадпрыемствах, у тым ліку на атамных электрастанцыях для выдалення сярэдне- і нізкаактыўных радыенуклідаў. Матэрыял таксама прыдатны ў лікёра-гарэлачнай прамысловасці для ачысткі спіртаўтрымальных прадуктаў, у медыцыне і ветэрынарыі ў якасці энтэрасарбенту, у працэсе вытворчасці пітной вады.
– Нашы папярэднія выпрабаванні паказалі, што атрыманыя актываваныя вугалі могуць эфектыўна выкарыстоўвацца для ачысткі сцёкавых вод, забруджаных нафтапрадуктамі, у тым ліку феноламі, – каментуе кіраўнік праекта. – Асаблівую цікавасць уяўляе ачыстка сцёкавых вод спецпральняў атамных электрастанцый ад паверхнева-актыўных рэчываў і радыеактыўнага кобальту, які не выдаляецца простым іонным абменам.
Таксама вугаль эфектыўны для ачысткі сцёкаў фармацэўтычных прадпрыемстваў пры вытворчасці антыбіётыкаў і гарманальных прэпаратаў. Распрацоўка адкрывае перспектывы і для медыцыны. Навукоўцы працуюць над стварэннем новых лекавых формаў – хуткадыспергуемых таблетаваных прэпаратаў, орадыспергуемых плёнак і пластыраў, якія ўтрымліваюць адначасова актыўныя інгрэдыенты і актываваны вугаль.
– Мы ўжо прапанавалі для медыцынскіх устаноў нятканыя сурвэткі з вугальным пакрыццём, здольныя пры аднаразовым праціранні выдаляць вірусы з розных паверхняў – металічных, пластмасавых, драўляных, – дадае Дзмітрый Грыншпан.
Праца каманды і падрыхтоўка кадраў
У праекце ўдзельнічаюць прадстаўнікі розных пакаленняў – ад студэнтаў малодшых курсаў да прафесараў.
– Для мяне наша каманда – гэта жывая мадэль класічнай універсітэцкай школы, дзе ў стварэнні навуковага выніку ўдзельнічаюць прадстаўнікі розных пакаленняў, – кажа Дзмітрый Грыншпан. – Мая роля як прафесара – не проста ставіць задачы, а дэманстраваць, як назапашаныя веды могуць ператварацца ў прарыўныя рашэнні. Аспіранты і магістранты, якія ўжо маюць вопыт навуковай працы, становяцца маімі аднадумцамі і фактычнымі кіраўнікамі студэнтаў. Другакурснікі і трэцякурснікі прыходзяць з запалам у вачах і свежымі, часам дзёрзкімі, ідэямі.
Прынцыповая пазіцыя навуковага кіраўніка – адсутнасць бюракратычнага падпарадкавання ў калектыве. Студэнт можа пярэчыць прафесару, і, калі аргументы пераканаўчыя, прафесар згаджаецца.
Грантавае пагадненне адкрывае новыя магчымасці і для маладых навукоўцаў. Плануецца стварэнне Кітайска-беларускай сумеснай лабараторыі па рэсурсах, матэрыялах і іх устойлівым выкарыстанні ў рамках ініцыятывы «Адзін пояс, адзін шлях». Прадугледжваецца сумесная падрыхтоўка аспірантаў пад кіраўніцтвам двух навуковых кіраўнікоў – з Беларусі і КНР.
– Яшчэ не дачакаўшыся рашэння па праекце, мы сумесна з кітайскімі калегамі падалі аглядны артыкул у часопіс Advanced Functional Materials з імпактфактарам 19,1, – адзначае навуковец.
Перспектывы развіцця
Умовы гранта прадугледжваюць трохгадовую працу над праектам. Цяпер навукоўцы БДУ ўдасканальваюць распрацаваную тэхналогію, каб максімальна палепшыць уласцівасці актываванага вугалю. Асаблівая ўвага надаецца пошуку зручных лекавых формаў для ўвядзення вугалю ў арганізм чалавека. Канчатковая мэта распрацоўкі – маштабаванне тэхналогіі да прамысловай вытворчасці.
– Наша тэхналогія – гэта прыклад новай тэхналогіі для цыркулярнай эканомікі, калі адходы расліннай біямасы ператвараюцца ў прадукт, здольны вырашаць глабальныя экалагічныя праблемы чалавецтва, – падводзіць вынік Дзмітрый Грыншпан. – Калі праз пяць гадоў мы рэалізуем наш план у поўным аб’ёме ў Беларусі і КНР, дзякуючы ўнікальнаму спалучэнню мікра- і мезапор, наш сарбент з драўняных адходаў стане ключавым кампанентам для сучасных тэхналогій прамысловай экалогіі.
Даведка
Фонд інавацый iUNRC створаны для фінансавай падтрымкі і садзейнічання рэалізацыі навуковых даследаванняў ВНУ – членаў Універсітэцкай сеткі навукова-даследчага супрацоўніцтва. Сетка заснавана ў 2023 годзе ў рамках I Міжнароднага кангрэса па навукова-тэхнічных абменах «Адзін пояс, адзін шлях» у Чунцыне. Ініцыятарамі выступілі Міністэрства навукі і тэхналогій КНР, Кітайская акадэмія навук, Кітайская інжынерная акадэмія, Кітайская асацыяцыя навукі і тэхналогій, правінцыя Сычуань і муніцыпалітэт Чунцына. БДУ выступіў адным з заснавальнікаў аб’яднання. У склад сеткі ўваходзіць 151 універсітэт з 38 краін.
Таццяна САВІЦКАЯ
