Ученые СПбГУПТД разработали универсальную технологию получения четвертичных аммониевых солей для разных отраслей промышленности
Однако в России ЧАС получают в ограниченных объемах, основная доля применяемых в промышленности солей приходится на импорт. Разработка СПбГУПТД позволит запустить производство четвертичных аммониевых солей на территории нашей страны и сократить логистические издержки отечественных компаний. А кроме того, во время испытаний технологии удалось синтезировать соль, которая не входит в перечень известных мировой науке ЧАС, однако обладает рядом преимуществ.
Четвертичные аммониевые соли имеют самое широкое применение благодаря своим антисептическим, антистатическим и адсорбционным свойствами. Они используются в косметической промышленности для производства средств по уходу за волосами, в фармакологической отрасли — для производства антисептиков, в сталелитейной и нефтегазовой промышленности применяются в качестве ингибиторов коррозии. В сельском хозяйстве ЧАС добавляют в удобрения, чтобы увеличить длительность их хранения, избежать проникновения влаги и слеживаемости. Соли также выполняют роль разрыхлителя для целлюлозы и смягчителя для бумажных полотенец и туалетной бумаги на ЦБК. С их помощью на текстильных предприятиях смягчают ткани, придают им антистатический эффект.
«В основе нашей технологии синтеза ЧАС лежит химическая реакция алкилирования двух веществ. Она была проведена в лабораторных условиях с использованием реактора и устройства для регулирования температуры, так как одной из важнейших задач являлось поддержание определенной температуры в ходе синтеза аммониевой соли. Технология может быть внедрена, как на конкретном предприятии, например, косметической или целлюлозно-бумажной промышленности, а может быть, запущена на отдельном производстве с использованием промышленных реакторов для синтеза солей в больших объемах», — комментирует один из авторов разработки, молодой ученый кафедры химических технологий им. проф. А.А. Хархарова СПбГУПТД Ксения Антонова.
Данная технология универсальна и подходит для получения ряда известных четвертичных аммониевых солей. Более того, в ходе испытаний была получена ЧАС, синтезом которой ранее не занимались как в России, так и за рубежом. А тем временем ее структура говорит о том, что данная соль может обладать более высокими адсорбционными, кондиционирующими и антисептическими свойствами, чем доступные на данный момент для отечественных предприятий зарубежные ЧАС. Подтверждение этому будет получено после более подробного исследований соли.
«Сейчас мы проверяем антистатические, кондиционирующие и бактерицидные свойства синтезированной соли. Мы уже исследовали данную соль как интенсификатора при окрашивании тканей, что может использоваться в текстильной промышленности, а также на биоустойчивость к разным видам микроорганизмов», — объясняет ученый.
Ксения Антонова приняла участие в акселерационной программе Университета промышленных технологий и дизайна, в рамках которой представила свою технологию инвесторам. Разработка привлекла внимание представилей российской косметической компании ESTEL, которые заинтересованы в закупке ЧАС на территории России.
В Петербурге создана экипировка для спасателей из инновационных материалов
Тестирование изделий показало устойчивость материала экипировки к тепловому потоку, способность к сохранению терморегуляции и защите от переохлаждений.
При разработке материалов для тепловой защиты боевой одежды пожарного (БОП) команде инженеров и ученых предстояло решить ряд важных задач, среди которых обеспечение высокого уровня защиты человека в разработанной экипировке от тепловых потоков, характерных для горения углеводородов и нефтепродуктов; способность материала к сохранению терморегуляции в условиях пожара и низких температур; сочетание функциональных характеристик изделия с возможностью быстрого и безопасного выполнения работ пожарными.
«Разработка методов снижения горючести материалов, а также обеспечение тепловой защиты от переохлаждения играют важнейшую роль в обеспечении безопасности пожарно-спасательных подразделений, работающих в Арктической зоне Российской Федерации. Ученые кафедры химических технологий нашего университета имеют многолетний опыт в области специальных способов отделки и колорирования огнестойких тканей. Для повышения огнеупорных свойств спецодежды пожарного текстильное полотно обрабатывалось специально разработанным составом из модифицированных композитов на основе углеродных наноструктур. Для снижения риска переохлаждения при работе в условиях низких температур во внутреннюю часть экипировки были интегрированы греющие модули из электропроводящей ткани, созданной с применением графеновых нанотрубок».
Елена Сашина, заведующая кафедрой химических технологий им. проф. А.А. Хархарова СПбГУПТД.
Первые экспериментальные материалы, разработанные проектной командой, появились в начале 2023 года. Следующей задачей работ стало создание готовой продукции из инновационных тканей, сохраняющих свою эффективность в процессе эксплуатации. Перед пошивом пилотных образцов боевой одежды пожарного технологи стартапа «АрктикТекс» провели ряд консультаций с участниками пожарно-спасательных работ, пожелания которых в дальнейшем учитывались при проектировании экипировки.
Тестирование изделий осуществлялось в рамках Межведомственного опытно-исследовательского учения «Безопасная Арктика — 2023» в два этапа. На первом осуществлялось лабораторное исследование разработанного материала на огнестойкость и способность к нагреву, затем прошли полевые испытания готовых комплектов боевой одежды из инновационных материалов на способность удерживать тепло внутри экипировки при внешнем низкотемпературном воздействии и восстанавливать защитные свойства БОП от теплового потока после намокания при тушении пожара.
«При испытаниях в огневом симуляторе с температурой более 450 °С внешний защитный слой экспериментального образца не воспламенился и сохранил свою целостность в течение всего периода тестирования. Имелись лишь поверхностные следы термического воздействия: локальные потемнения. Полученные результаты показали перспективность применения разработанных материалов и системы тепловой защиты на основе углеродных наноструктур в создании экипировки пожарных и укрывных материалов для проведения аварийно-спасательных работ в условиях низких температур».
Ольга Зыбина, доктор технических наук, заместитель начальника университета по научной работе СПб УГПС МЧС России.
Успешное тестирование экспериментальных образцов боевой одежды пожарного, а также масштабируемость технологий создания огнестойких материалов с системой тепловой защиты позволяет выйти на серийное производство экипировки. При этом сфера применения разработанных материалов не ограничивается только созданием одежды специального назначения. Негорючие греющие ткани могут использоваться для обивки сидений общественного транспорта, в области космического и авиастроения. Команда разработчиков готова адаптировать технологические решения под конкретные задачи индустриальных партнеров.
«Объединение компетенций научно-технической команды и ведущих специалистов в области пожарной безопасности позволило найти лучшее технологическое решение. Кроме того, к работе привлекались студенты обоих вузов. Это важная часть нашей совместной деятельности — вовлечение ребят в процесс поиска решения задачи и создания готового продукта. Участие в подобных проектах позволяет студентам получить первый опыт технологического предпринимательства под кураторством опытных коллег. В результате этой кооперации удалось разработать материал, способной выдерживать воздействия теплового потока и одновременно защищать пожарных от переохлаждения».
Ольга Москалюк, доцент СПбГУПТД, основатель группы стартапов в области функционального текстиля Северо-Западного наноцентра.
Проведение совместных работ по созданию экспериментальных материалов для производства одежды специального назначения и укрывных покрытий для оборудования начались осенью 2022 года. В состав рабочей группы вошли специалисты от каждой из сторон, участвующие в разработках термостойких материалов, обладающие опытом в части тушения пожаров при низких температурах, а также разработчики технологии создания греющего текстиля.
Актуальность вопроса: Территория Арктики занимает порядка 18% площади всей страны (3 млн кв. км) и является регионом стратегических интересов Российской Федерации в области экономики. Запасы полезных ископаемых и наличие водного транспортного коридора «Северный морской путь» привлекают все больше внимания к освоению арктической зоны — созданию транспортной инфраструктуры, разработке месторождений, строительству и эксплуатации промышленных объектов. Вместе с индустриализацией региона возрастает и риск возникновения аварийных ситуаций, связанных с работой производствнных предприятий и экстремальными природно-климатическими условиями. В среднем в арктической зоне РФ ежегодно проводится порядка 100 пожарно-спасательных работ по устранению последствий природно-техногенного характера.
Практика проведения аварийно-спасательных работ в сложных климатических регионах показывает, что для устранения возникших в результате ЧС пожаров при низких температурах требуется на 50% больше времени, чем в обычных условиях. При этом длительные сроки тушения возгорания могут приводить к переохлаждению участников спасательных операций и обморожению. Учитывая очаговый характер промышленно-хозяйственного освоения территории Арктики, места возникновения аварийных ситуаций зачастую находятся на значительном удалении от пунктов оказания полноценной медицинской помощи.
С целью обеспечения комплексной безопасности населения и территорий Арктики МЧС России проводит работы по развитию аварийно-спасательных центров в регионе и их оснащению специальным оборудованием для работы в экстремальных погодных условиях. Однако актуальным остается вопрос создания современной экипировки личного состава пожарно-спасательных подразделений, способной обеспечить защиту в условиях негативного воздействия окружающей среды.
Поиск решения данной задачи осуществляется в технологической кооперации инженеров-технологов стартапа «АрктикТекс» Северо-Западного наноцентра, специалистов в области гражданской защиты и пожарной безопасности университета СПб УГПС МЧС России и научно-исследовательской команды СПбГУПТД. Сотрудничество сторон предусматривает проведение совместных работ по созданию экспериментальных материалов для производства одежды специального назначения, используемой при пожарно-спасательных работах в условиях низких температур Арктической зоны.
Коллайдер для производства биотоплива из отходов древесины разработали ученые СПбГУПТД
Данная бизнес-модель позволит компаниям создавать новую наукоемкую продукцию и использовать ее как на собственном производстве, так и для продажи на рынке энергоресурсов.Тестирование оборудования прошло на деревообрабатывающем заводе в поселке Качуг Иркутской области. В результате успешных испытаний руководство завода начало транспортировку биотоплива, в том числе зарубеж. Теперь ученые работают над продвижением проекта по внедрению технологии на другие деревообрабатывающие предприятия с целью перехода лесного сектора на углеродную нейтральность и снижения выброса углерода в атмосферу.
«Раньше отходы в виде опилок, стружки и горбыля мы сжигали в котельной, а тепловую энергию использовали для сушильного комплекса и отопления цехов. Однако большая часть отходов все равно оставалась невостребованной, поэтому мы задумались над тем, как их выгодно использовать. Тогда мы решили производить брикеты с помощью экструдерной технологии», — прокомментировал автор разработки, доцент кафедры технологии целлюлозы и композиционных материалов ВШТЭ СПбГУПТД, генеральный директор ООО «Лесная технологическая компания» Александр Пекарец.
«Разработанный коллайдер – это труба, диаметром 1020 мм и длиной 110 м, в которой опилки влажностью 30% разгоняются, подсушиваются, разрушаются и превращаются в древесную муку влажностью всего 0-2%. В час оборудование выпускает 3 тонны такого сухого материала. Затем эту муку мы отправляем в экструдер, который формирует однородный расплав и придает ему форму брикета. Далее брикет можно подвергнуть торрефикации или карбонизации,и превратить в древесный уголь, получив еще один наукоемкий продукт», — рассказал один из авторов разработки, профессор Высшей школы технологии и энергетики СПбГУПТД Эдуард Аким.
Теплофизические характеристики биотоплива в виде брикетов значительно превосходят свойства пеллет – своего распространенного аналога. Пеллеты имеют плотность 600-800 кг/м³, в то время как плотность брикетов достигает 1300 кг/м³. Высокую плотность обеспечивает низкое содержание влаги, что позволяет брикетам выделять в несколько раз больше тепла, чем их аналогу.
По технологии научной команды СПбГУПТД брикеты уже производит Шелеховский завод и еще ряд предприятий России. Ежегодно Шелеховский завод перерабатывает 100 000 м3 круглого леса, образуя большое количество отходов, которое теперь используется для выпуска биотоплива. Часть брикетов остается на заводе для отопления цехов, а часть отправляется на экспорт.
Массовое производство биотоплива и применение его в коммунальном хозяйстве не только позволит компаниям получить дополнительную прибыль, но и поможет снизить выброс углерода в атмосферу.
«Переход к низкоуглеродной экономике – один из важнейших вызовов для человечества. Наша задача состоит в том, чтобы сократить углеродный след и остановить глобальное изменение климата. Лесной сектор может раньше других перейти на углеродную нейтральность. В этом плане он имеет фантастические возможности», — добавил Эдуард Аким.
