В группе профессора Постникова предложили использовать слабые связи для управления свойствами сорбента

Эта работа ведется в лаборатории «Невалентные взаимодействия в химии материалов» под руководством профессора Джузеппе Реснати, созданной в Томском политехе при поддержке 220 Постановления Правительства РФ. Сотрудники лаборатории изучают «слабые связи». Управляя этими связями, можно управлять и свойствами веществ, создавать передовые материалы с использованием новых принципов молекулярного дизайна.

«Несмотря на то, что сам факт был известен — невалентные взаимодействия можно использовать для селективного, избирательного связывания с конкретно заданными молекулами, практические аспекты их использования еще далеки до внедрения. То есть «слабые связи» — это все еще фундаментальная передовая область, которая только ищет практическое приложение, здесь еще очень много нерешенных вызовов. Наша работа доказывает возможность использования эффекта формирования слабых связей для практического приложения — для дизайна сорбентов вредных веществ. В этом ключевое значение работы: мы взяли уже известные материалы, достаточно простые реакции и получили эффективный и самое главное, применимый для дальнейшей технологической проработки материал», — говорит инженер-исследователь лаборатории «Невалентные взаимодействия в химии материалов» Роман Гуляев.

Более того химики использовали эффект слабых связей для получения сорбента на основе материала из обычных пластиковых бутылок — полиэтилентерефталата, то есть ПЭТ. Главная «рабочая» часть сорбента — это металлоорганический каркас из органических соединений и ионов металлов, его химики «вырастили» непосредственно на ПЭТ. Именно каркас улавливает нужные молекулы. В этой работе ученые ввели в органическую часть каркаса всего один элемент, придавший новые свойства всему материалу – атом йода. Он является донором невалентных взаимодействий, то есть он благодаря своим химическим свойствам легко в них вступает.

«В данном случае конкретный сорбент — это пример, демонстрирующий принцип. Оказалось, что введение атома такого донора в структуру каркаса ключевым образом меняет его свойства в отношении способности поглощать хлорароматические соединения, а это весьма распространенные экотоксиканты, использующиеся в разных отраслях промышленности. Наш каркас оказался способен улавливать исключительно хлорароматическое соединение в присутствии молекул, не содержащих хлор», — комментирует научный сотрудник лаборатории «Невалентные взаимодействия в химии материалов» Ольга Гусельникова.

Особенность невалентных взаимодействий в том, что между молекулами, способных к таких взаимодействиям, не образуется прочная связь, и ее легко нарушить. В случае с сорбентом это влияет на то, что сорбент можно легко очистить и использовать многократно — это очевидный экологический и экономический эффект.

«В этой статье фундаментальные находки в области химии невалентных взаимодействий объединены с новым, но уже ставшим традиционным, направлением нашей научной группы – функциональным апцайклингом полимерных отходов. Данная методология позволяет получать полезные материалы с высокой добавленной стоимостью из обычных отходов. Полученный сорбент имеет уникальные характеристики — емкость, селективность, способность к повторному применению. Более того использование вторичного сырья позволило существенно снизить стоимость материала», — добавляет профессор Исследовательской школы химических ТПУ Павел Постников.