Российские ученые разработали технологию получения малослойного графена — перспективного материала для создания высокопрочных композитов с новыми полезными свойствами. Особенность способа — в использовании в качестве сырья лигнина. Это вещество остается в виде отходов при производстве спиртов, целлюлозы и бумаги. Его переработка в графен попутно может решить ряд проблем. В том числе предотвратить экологическую катастрофу, которая угрожает озеру Байкал.

...

Методика, разработанная петербургскими учеными, позволяет синтезировать микрокластеры из трех-пяти слоев графена. С такими характеристиками можно использовать полученный продукт без дополнительной обработки.

— Круг применений синтезируемого нами материала огромен. Например, при добавлении его даже в небольших количествах он в разы улучшает свойства известных композитов, — пояснил Сергей Кидалов.

Он добавил, что только в проверенных в ФТИ вариантах среди потенциальных разработок на основе малослойного графена — высокопрочные и термостойкие полимеры, системы для ускорения химических реакций, сорбенты для очистки воды от радиочастиц. А если посмотреть шире, то к этим идеям добавятся токопроводящие чернила и электронные ткани и многое другое. Ряд работ института по созданию высокотехнологичных графеновых материалов с новыми свойствами поддержан грантами Российского научного фонда.

Как спасти озеро Байкал

Суть технологии состоит в том, что графен можно получать из лигнина — органического сырья, которое остается при производстве спиртов, целлюлозы и бумаги. По данным Международного института лигнина (Швейцария), в настоящее время в мире производится порядка 40–50 млн т этого вещества. Причем его львиная доля остается в отвалах и отстойниках в виде непереработанных отходов.

В России особую обеспокоенность экологов вызывают 6 млн т лигнина с различными примесями, которые размещены вблизи южного побережья озера Байкал. Эти хранилища могут разрушиться из-за эрозии почв или быть смыты селевыми потоками с окружающих горных хребтов. Тогда токсичные отходы окажутся в акватории водоема. Переработка лигнина позволит избежать этих сценариев.

По предложенной технологии, лигнин будут перерабатывать в графен с помощью реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Это процесс типа горения, при котором волна тлеющего огня, в которой локализовано тепловыделение, медленно перемещается внутри порошкообразного вещества.

— После первичного нагрева процесс идет самостоятельно, что очень выгодно. В ходе реакции по исходной смеси идет температурная волна около 2000 ℃. Такой процесс позволяет сначала развалить молекулу исходного вещества на углеродные остовы, а затем создать необходимые условия, чтобы осколки самоорганизовались в нужные нам графеновые плоскости, — описал технологию Сергей Кидалов.

Он отметил, что сейчас лабораторная установка позволяет получать до 10 кг графена в месяц. При этом технология легко масштабируется до любых объемов. По словам ученых, цена этого материала при промышленном производстве может быть в 10 раз ниже рыночной стоимости.

Как пояснил Сергей Кидалов, изначально технология была предложена доктором химических наук Александром Возняковским. В перспективе ее можно также применять и для переработки других биоотходов. Например, коры хвойных деревьев, стружки и опилок, которые в большом количестве остаются при деревообработке.

...