Мы придумаем – нужен тот, кто внедрит

Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева – один из «инкубаторов» молодых изобретателей и инноваторов Кольского научного центра. Его сотрудница Анна Цырятьева рассказывает об идее и ее воплощении.

Недавно на встрече представителей Мурманского регионального инновационного бизнес-инкубатора с молодыми учеными и специалистами КНЦ, получившими поддержку региональных и федеральных фондов, состоялась интересная дискуссия о том, чего исследователям хватает и не хватает, что считать удачным, а что пока пробуксовывает. Одной из выступающих была Анна Цырятьева. Она – инженер первой категории в Отделе технологии cиликатных материалов ИХТРЭМС, окончила аспирантуру «Строительные материалы и изделия», сейчас завершает экстернатуру по специальности «Технология неорганических веществ» и готовится к защите диссертации.

Работа Анны практически сразу после окончания вуза была связана со строительными материалами:

- Я окончила КФ ПетрГУ по экологической специальности. Первым местом работы для меня стал бетонный завод. Несколько лет была лаборантом-экологом и оператором бетонно-смесительной установки, затем поступила в аспирантуруи начала работать инженером в ИХТРЭМС. Тогда моим руководителем был доктор технических наук Олег Николаевич Крашенинников.

Несколько последних лет Анна занимается разработкой композиционных материалов с самоочищающейся поверхностью на основе использования титаносиликатных отходов. В описании проекта есть такие строчки: «С позиции строительного материаловедения серьезной социально-экономической проблемой является загрязнение фасадов зданий и памятников в результате оседания на их поверхности летучих органических соединений, которые адсорбируются на строительных материалах и являются субстратом для пыли. Существенным достижением последних лет являются фотокаталитически активные цементные композиты, в том числе цементы и бетон, приготовленные с использованием наночастиц диоксида титана. Нанодисперсные частицы диоксида титана под действием ультрафиолетового излучения способствуют самоочищению материалов за счет разложения органических соединений до углекислого газа и воды».

Над проектом изучения цементных композитов, модифицированных титаносиликатными добавками, она работает не одна. Подчеркивает, что основная роль принадлежит ее руководителю, кандидату технических наук, старшему научному сотруднику ИХТРЭМС Вере Владимировне Тюкавкиной. Без опытного руководителя ни один проект не может быть осуществлен.

- То есть, если попросту, бетон, который изучают в КНЦ, может почистить себя сам?

- Да, коротко, именно так. Одним из методов повышения эффективности фотокатализаторов на основе диоксида титана является получение смешанных оксидов. Так, модифицирование материалов на основе диоксида титана кремнезёмом увеличивает фотокаталитическую эффективность. Это способствует расширению спектра поглощения оксида титана от ультрафиолетовой до видимой области спектра и дает возможность применения бетонов в естественных условиях.

Известно, что ультра- и нанодисперсные добавки на основе кремнезема способствуют повышению прочности, водонепроницаемости, продлевают срок эксплуатации бетона. Добавленный в бетон титаносиликатный порошок проявляет свою активность под воздействием света: происходит реакция окисления органических веществ. Соответственно, на поверхности бетона, содержащего титаносиликатную добавку, под воздействием солнечного света будет происходить фотокаталитическое окисление органических загрязнителей, а затем остатки смоются дождем. Технология экономит средства на уборку и мытье фасадов, особенно в больших городах. Также эти добавки помогут фасадам очиститься от грибка, бактерий, плесени, что очень актуально для городов с повышенной влажностью. Можно поддерживать чистоту автодорог и туннелей, но тут необходима ультрафиолетовая подсветка из-за отсутствия света.

Мы изучаем большое количество добавок для получения композиционных строительных материалов с улучшенными техническими и специальными свойствами. Есть целая серия титаносиликатных порошков, синтезированных с использованием техногенного сырья и отходов производства. Синтетический иванюкит проявил себя как очень эффективный фотокатализатор!

Анна показывает добавку для смесей. Это нанодисперсные титаносиликатные порошки, полученные с помощью различных технологий в других лабораториях ИХТРЭМС. Вот, например, отвальные шлаки комбината «Печенганикель», титаносиликатные порошки, являющиеся отходом химической переработки сфенового концентрата, а вот отходы переработки апатито-нефелиновых руд и соляной кислоты.

Грубо говоря, химики работают с отходами горнорудного производства, а добавки для бетонов – это уже продукты переработки отходов ИХТРЭМС, так сказать, третья ступень. Требуется большая работа и тщательное взаимодействие тех, кто производит первоначальные компоненты, с теми, кто находит применение оставшимся веществам. В ИХТРЭМС много исследований связано с применением отходов, и это очень важная часть работы заполярных химиков.

- В последние годы очень актуальны поиски решений экологических проблем, связанных с загрязнением окружающей среды. Уменьшить концентрацию вредных веществ мы могли бы с помощью использования в строительных материалах фотокатализаторов, титаносиликатных отходов. Наши добавки, к тому же, повышают прочность бетона – с ними можно либо экономить цемент, либо повышать марку бетона. И еще одно важное свойство есть у титаносиликатной добавки: она позволяет набирать бетону марочную прочность уже на начальных сроках твердения, а значит, можно не использовать обработку в автоклаве, – продолжает Анна.

Собственно, общая цель Института химии – сделать так, чтобы отходы горнорудного производства не просто где-то складировались, а были переработаны, чтобы эти новые материалы нашли применение не только в теории, но и на практике. Ведь результаты исследований отдела технологии cиликатных материалов показали, что получение фотокаталитических титаносиликатных добавок из техногенного сырья Мурманской области способствует решению вопроса о рациональном природопользовании в регионе. Внедрение этой технологии позволит утилизировать отходы химической переработки апатит-нефелиновых руд, тем самым экономить государственные средства, а также поможет решить вопросы окружающей среды и содействовать созданию малоотходных технологий. Но чтобы запустить все это в производство, нужны большие деньги, а это риск. Лабораторные и производственные испытания, а тем более производственные процессы – это совершенно разные вещи.

В 2019 году Анна Цырятьева получила грант «УМНИК» от Фонда содействия инновациям на двухлетнюю работу по проекту. Мурманский региональный бизнес-инкубатор также проявил интерес, и Анна стала участником нескольких программ не столько научного, сколько коммерческого характера.

- Бизнес-инкубатор старается заинтересовывать инноваторов. Началось развитие в части бизнеса, а эксперты Сколково на форсайт-сессиях обсудили наши проекты, их минусы и плюсы. Получилась плодотворная работа, хотя окончательно поставить проект на коммерческие рельсы пока сложно. «УМНИК» – это научно-техническая часть проекта. А вот открыть предприятие – совсем другое дело. Нужны деньги и время, нужны иные навыки и знания: договоры, оформление бумаг, открытие юридического лица. Все это огромная ответственность, – говорит Анна.

В процессе работы всегда встает вопрос о наличии необходимого оборудования. И если тема очень специфическая, то вроде бы и закупка для Института химии кажется нерентабельной. Большее значение имеет сотрудничество между институтами, коллегами из разных областей, работа в Центре коллективного пользования, проведение испытаний и анализов на договорной основе.

Кстати, для определения фотокаталитической активности требуется совсем немного приборов, но масса времени:

- Мы проводим тест на обесцвечивание органических красителей. Пипеткой наносим на бетон, например, краситель «метиленовый синий», ставим образцы под источники дневного и ультрафиолетового света, облучаем на протяжении нескольких недель по восемь часов в сутки, имитируя среднюю продолжительность светового дня. Фотографируем образцы, фиксируем изменение окраски, в том числе портативным спектрофотометром. Заносим данные в компьютер и специальными программами определяем, насколько синий цвет побледнел и сравнялся с цветом бетона. В эксперименте синева должна совершенно исчезнуть. Эксперименты интересные, но длительные. Проведение эксперимента и обработка результатов для построения одного графика занимает до трех месяцев.

Возвращаясь к разговору о том, как «продать идею», Анна упоминает момент, который очень важен момент не только для производителя, но и для разработчика:

- Мы изучаем мелкозернистые бетоны, добавляя к традиционным компонентам (цементу, песку и воде) наши добавки, меняем их количество и наблюдем результат. Если он удовлетворительный, проверяем образец по ГОСТу на изгиб, сжатие, прочность, морозостойкость, водонепроницаемость. Затем получаем патенти, если кто-то по данной технологии выстроит дом, мы тоже будем нести ответственность за качество его стен.

Анна Цырятьева отмечает, что в России аналогов полученным в ИХТРЭМС добавкам нет. Да и за рубежом используют лишь титаносодержащие вещества, а вот титаносиликатные – абсолютное новшество. Кстати, у Анны и ее руководителя есть еще идеи, например, использование в добавке других металлов – тоже очень перспективное направление, новое и актуальное. Они надеются, что разработки не останутся лежать на полке, тем более что интерес к ним есть:

- Я выступала на конференции в Мурманске, рассказывала о свойствах смеси – а она легка и безопасна, не горит, переносит любые температуры, ее легко хранить на складах. И сразу после выступления ко мне начали подходить предприниматели, задавать вопросы: сколько стоит добавка, сколько мне нужно денег, чтобы открыть производство, сколько готовы поставлять тонн в месяц… Но эти ответы я и сама хотела бы знать. Мы изучаем материалы, пишем статьи о процессах гидратации цементного камня, разрабатываем технологии продукта. Осталось найти тех, кто внедрит это в жизнь!

13 Декабря 2021