Машину времени из конструктора «Лего» собирают хабаровские ученые. И это не шутка, не розыгрыш, а реальный эскиз устройства, которое, вполне возможно, уже скоро будет внедрено в производство. К этому устройству подойдет любой эпитет: машина времени, машина желаний, машина мечты.
Оно позволит преобразить разные сферы жизни, придет на выручку и промышленникам, и домохозяйкам. И при этом действительно ускорит ход времени. Не за счет виртуальных квантовых переходов, а благодаря особым кристаллам. Особенно приятно, что в числе изобретателей «чудо-машины» есть и представительницы прекрасного пола. Знакомьтесь: Анна Штарева, научный сотрудник физико-химической лаборатории ИТиГ ДВО РАН.

Природа Земли и отходов

А началось это вот с чего. Около пяти лет назад сотрудники одной из лабораторий хабаровского института тектоники и геофизики (ИТиГ) Дальневосточного отделения РАН заинтересовались проблемой переработки бытовых и промышленных стоков.
Они решили найти вещества, ускоряющие расщепление, или, выражаясь обыденным языком, утилизацию различных органических загрязнителей. В их числе - и продукты жизнедеятельности, и всевозможные технические масла, а также тяжелые фракции нефти, самые стойкие к традиционным средствам очистки.
Взяв за основу известные на тот момент наработки, исследователи открыли новые горизонты применения соединений на основе металла висмута.
- Изучаем каталитическую активность соединений висмута с другими металлами - способность ускорять определенные химические реакции, - вводит в курс дела Анна Штарева. - Перебрав сотни разных вариантов, мы нашли такие составы и условия, при которых процесс расщепления органических загрязнителей происходит быстро и с определенной степенью эффективности.
Часть экспериментов проводилась на предприятиях железнодорожной отрасли. Анализировались перспективы использования висмутатов при очистке сточной воды от нефтепродуктов, в том числе технических масел.
Особенность научного поиска - сложность предсказания результатов. Куда выведет избранный путь, даст ли он решения, которые можно внедрить, или потребует дополнительных исследований, - заранее никогда не известно. Но нашим землякам повезло.
- Активная фаза действующего вещества представляет собой частицы, которые через электронный микроскоп выглядят как бесформенные губчатые образования - в ямках и узелках. Это многократно увеличивает их поверхность. Состав частиц, архитектура и даже расположение отдельных составляющих определяются условиями создания - их «выпекания» в специальной печи. И вот, найдя удачную рецептуру, мы получили реагенты, с помощью которых даже устойчивые к распаду тяжелые фракции углеводородов в принципе могут быть превращены в более простые и менее опасные для природной среды, причем без особых затрат, - объясняет Анна.

Дело для математиков и коммерсантов

Немаловажное качество творческого процесса - кооперация представителей разных сфер. В работу над «висмутовым проектом» включились местные программисты. Специалисты одного из дальневосточных университетов разработали специальную математическую модель.
Программный комплекс, в некоторой степени подобный тем, что применятся в исследованиях на знаменитом европейском коллайдере, позволяет предсказывать поведение соединений висмута в зависимости от различных условий.
Результаты тестовых вычислений совпали с экспериментальными. А это означает, что дальше поиск «идеальной формулы чистоты» пойдет гораздо быстрее.
Сейчас исследователи готовятся перейти к натурным экспериментам. Для этого они собирают макет установки, на которой будут отрабатываться технологии утилизации различных видов органики. Машина похожа на трубу или тоннель, внутренняя поверхность которого покрыта светодиодами с определенным спектром излучения. Там же разместятся пластины с нанесенным на них слоем активного вещества.
Параллельно идет поиск материала, который обеспечит надежную фиксацию висмутового порошка без потери его каталитических качеств. Решение этой задачи позволит значительно увеличить область применения «кристаллов чистоты».
Невидимые пленки с создаваемым реагентом будут востребованы не только на очистных станциях, но и на транспорте. Скажем, превращая отработавшие токсичные масла в безобидные вещества, легко расщепляемые естественными биологическими фильтрами - растениями и бактериями. В быту они придут на помощь домохозяйкам. В сочетании с другими микротехнологичными разработками обеспечат моментальное удаление грязи и непрерывное поддержание чистоты в помещениях. А это уже интересы не только научные, но и коммерческие.

В очереди - «хвосты»

«Висмутовые исследования» сотрудников физико-химической лаборатории ИТиГ ДВО РАН нацелены на комплекс проблем. Помимо озвученных выше это и профильные - связанные с новыми методами извлечения промышленно значимых элементов, к примеру, из так называемых хвостов - отходов дальневосточных добывающих предприятий. Это и проблематика фундаментального уровня: раскрытие закономерностей протекания процессов, которые определяют свойства веществ.
В немалой степени проводимой в Хабаровске работе способствует интерес со стороны Российского научного фонда, который поддерживает перспективные проекты грантами. Помогают и ведущие российские центры, в частности, Санкт-Петербургский государственный университет. На его мощной технической базе наши земляки периодически проводят отдельные наиболее трудоемкие исследования.
Результатам хабаровчан посвящены публикации солидных международных журналов, таких, как Journal of Materials Chemistry. В этом году в планах сотрудников института тектоники и геологии - очередные доклады на представительных конференциях, которые состоятся в Японии и Швейцарии.
А вот дома ажиотажа их открытия пока не вызывают. Хоть и отмечены губернаторскими наградами в недавно состоявшемся конкурсе молодых ученых. Наша хабаровская «машина времени», пусть и условная, конечно, не суперкар - торговые сети вряд ли проявят к ней интерес. Зато она может открыть путь к прорывным технологиям будущего.

Алексей СТАХОВ.
Фото автора.




В старину висмут считался разновидностью других металлов, например, легкоплавкого олова и благородного серебра. Древние жители североамериканского континента - инки - использовали его при изготовлении оружия, добиваясь необычного радужного блеска своих клинков.
С развитием технологий свойства висмута оказались востребованы в различных сферах промышленности: от производства полупроводников и элементов питания до маникюрного лака.
Кроме того, соединения висмута обладают способностью ускорять химические реакции. Именно это качество и стало ключевым в работе хабаровских исследователей.



Один из исследователей висмутовых соединений - Анна Штарева. Она - лауреат недавно состоявшегося краевого конкурса молодых ученых. Свойства новых составов Анна изучает вместе с супругом Дмитрием, работающим в той же лаборатории. Сейчас Дмитрий Штарев - в командировке в Санкт-Петербурге, выполняет ряд трудоемких исследований, которые невозможно провести на нашей технической базе.
Параллельно хабаровские ученые приступили к сборке тестовой модели установки очистки стоков. Конструируя реактор, исследователи решили воспользоваться конструктором «Лего» как более универсальным и сравнительно недорогим средством моделирования. При некоторой доле воображения, контуры будущей установки можно сравнить с машиной времени. Более того, внутри этого агрегата время действительно будет ускоряться. Правда, исключительно для веществ, участвующих в реакциях расщепления загрязнителей под влиянием соединений висмута.