Изношенные автомобильные шины получат шанс на вторую жизнь

Работа была поддержана грантом Российского научного фонда (РНФ) и опубликована в Journal of Environmental Chemical Engineering. Изношенные резиновые шины стали большой проблемой для всех стран мира с развитой промышленностью: производство автомобилей растет, как и количество шин, которые приходят в негодность.

Ежегодно в мире накапливается около 25 миллионов тонн отработанных покрышек, но только половина успешно перерабатывается — в основном сжигается в печах современных цементных или целлюлозно-бумажных заводов — остальные же складируются на свалках. Все существующие подходы связаны с большим выбросом парниковых газов в атмосферу и загрязнением окружающей среды, что делает поиск альтернативного подхода особенно актуальным.

Один из перспективных методов — включение измельченных резиновых отходов в состав геополимеров. Они состоят из двух компонентов: твердой алюмосиликатной фазы и так называемого активационного вещества, например, щелочи. Поскольку чаще всего твердая фаза представлена минеральным составом, в названии появился корень «гео». Сырьем могут выступать как повсеместные природные образования (например глины), так и крупнотоннажные промышленные отходы (доменные гранулированные шлаки, золы уноса, хвосты обогащения металлических руд и другое).

При смешивании активационного вещества с измельченной твердой фазой получается материал, пригодный для строительной промышленности. Однако претворение этой стратегии в жизнь ограничено из-за снижения прочности геополимеров при введении в них резиновой крошки. Работа российских ученых из Ростовского государственного университета путей сообщения (Ростов-на-Дону) и Инновационного центра «Сколково» (Москва) решила проблему поиска эффективного способа иммобилизации (закрепления) отходов из резиновых шин в геополимерных материалах с улучшенными механическими свойствами.

Для этого авторы сравнили различные варианты предварительной обработки резиновой крошки — щелочью, серной кислотой, ацетоном, перманганатом калия и ультрафиолетом. Общая схема пробоподготовки включала в себя несколько этапов: выдерживание резиновой крошки в соответствующем растворе при комнатной температуре, промывание водой и высушивание, или облучение ультрафиолетом в закрытой камере. Затем смешиванием резиновой крошки с геополимером с последующим их отверждением в сушильной камере авторы получали соответствующие композиты.

Свойства образцов исследовали с помощью инфракрасной спектроскопии — этот метод позволяет делать выводы о строении изучаемых материалов на основе спектров поглощения ими инфракрасного излучения — и оптической микроскопии. Кроме того, авторы проверили прочность композитов. Лучшие результаты показал образец, обработанный раствором перманганата калия: он реже ломался и выдерживал наибольшие нагрузки.

Это объясняется окислением поверхности каучука, что приводит к появлению на ней функциональных химических групп, делающих ее гидрофильной. В результате обеспечивается прочный контакт наполнителя с геополимерной матрицей, что решает проблему снижения прочности.

«Эта работа открывает перспективы переработки большого количества резиновых отходов в экологичных геополимерных бетонах без ущерба их прочности, способствуя уменьшению загрязнения окружающей среды и созданию новых “зеленых” и недорогих конструкционных материалов для строительной отрасли», — объясняет Георгий Лазоренко, кандидат физико-математических наук, руководитель проекта по гранту РНФ, старший научный сотрудник Ростовского государственного университета путей сообщения.