Цементная промышленность отвечает примерно за 8% мировых выбросов CO₂, главным образом из-за производства портландцемента — смеси клинкера, гипса и добавок, широко используемой в строительстве. В поисках более экологичных материалов ученые обратились к геополимерам, создаваемым щелочной активацией природных алюмосиликатов, которые имеют меньший углеродный след и применимы для неконструкционных элементов.
Команда исследователей из Высшей политехнической школы Литораля (Эквадор) вместе с коллегами из Университета Буэнос-Айреса (Аргентина) разработала композит на основе эквадорского цеолита, армированный хитозаном — биополимером, получаемым из отходов панцирей креветок. Работа опубликована в журнале Construction and Building Materials.
Хитозан обладает биоразлагаемостью и антибактериальными свойствами. В исследовании его синтезировали контролируемым химическим методом с использованием креветочных отходов, что позволяет эффективно перерабатывать побочные продукты агропромышленного комплекса.
Добавление хитозана в геополимерные матрицы в малых дозах (0,075–0,2% от массы) значительно улучшило прочность материала на сжатие — до 67%, с 2,1 МПа у исходного образца до 3,51 МПа у оптимизированного. Хотя эти значения ниже, чем у традиционного бетона, они подходят для изготовления облицовочных плит, панелей и архитектурных элементов, не несущих нагрузок.
Кроме того, новые геополимеры продемонстрировали выраженную антибактериальную активность против Klebsiella aerogenes и Staphylococcus aureus — бактерий, вызывающих внутрибольничные инфекции. Микроскопический анализ показал, что хитозан улучшает микроструктуру и сцепление матрицы при умеренной концентрации, тогда как избыток биополимера приводит к формированию агломератов, снижающих прочность.
Данная разработка способствует экономике замкнутого цикла: использование местного цеолита уменьшает зависимость от импорта, а переработка креветочных отходов снижает экологическую нагрузку. В будущем такие материалы могут стать частью национальных стратегий устойчивого строительства, помогая бороться с изменениями климата и улучшать общественное здоровье.