Руки прочь от моллюсков: российские ученые нашли более экологичный способ получения перламутра

Перламутр – внутренний слой раковин пресноводных и морских моллюсков. Это материал натурального происхождения, который появляется благодаря наращиванию моллюском внутренней поверхности раковины в целях защиты от пыли, бактерий и паразитов. Перламутр часто сравнивают с жемчугом, но если образование жемчуга – защитная реакция моллюска или раковины на инородные тела, попавшие в мантию или между мантией и раковиной, то перламутр – необходимая защитная оболочка, которая покрывает доступные моллюску поверхности изнутри.

Перламутр считается первым в мире композитным материалом – то есть состоящим из нескольких компонентов с разными свойствами. Он состоит из шестиугольных пластин арагонита (кристаллов карбоната кальция), которые склеены между собой хитином, белками и люстрином. Таким образом получается мягкий и легко поддающийся царапинам, но достаточно прочный материал. Блеск перламутра также обуславливается его слоистостью: перламутровое покрытие нарастает тонкими слоями, которые расположены ступенчато. Именно они по-разному отражают свет, формируя яркий блеск, серебристое сияние и радужные переливы.

Мать жемчуга

«Перламутр» с немецкого звучит как «perl mutter» и переводится как «мать жемчуга». В старой России перламутр называли просто «раковиной», а в Европе до конца XVI века на французский манер – «кок-де-перл».

Доктора в античном мире использовали порошок перламутра в качестве антисептика при ранениях, а врачи средневековья на перламутровой пыли делали настойки и снадобья. В то же время пыль блестящего материала использовали при создании косметических кремов, так как считалось, что этот ингредиент хорошо отбеливал кожу лица. Российская и европейская знати в XVII-XVIII веках украшали перламутром предметы интерьера: переливчатые столешницы туалетных столиков, табакерки, коробочки. Перламутр также использовали при декорировании будуаров и кабинетов.

Украшения, обработанные раковины и другие предметы с вкраплениями перламутра находили при раскопках везде, где поблизости были водоемы, в которых обитали жемчужницы. После развития и налаживания торговых путей изделия из перламутра могли обнаружить и совсем в неожиданных местах.

Несколько лет назад на западе Марокко в горном массиве Бени-Снассен исследователи обнаружили самые древние бусы из раковин, которым более 82 тысяч лет. Сокровище из двенадцати раковин Nassarius gibbosulus с отверстиями по центру обнаружили в известняковой пещере грота Тафоральт. Подобные украшения, только из раковин Nassarius kraussianus, находили раньше в известняковой пещере Бломбос в ЮАР. Возраст тех раковин был чуть скромнее, около 75 тысячи лет.

Как сегодня добывают перламутр

Сегодня главными местами добычи перламутра из раковин и моллюсков считаются Персидский залив, Цейлон, Япония, Борнео, Красное море, Филиппины, а также тропические острова в Тихом океане.

В основном перламутр добывают из некоторых пресноводных моллюсков, например, перловицы обыкновенной или европейской жемчужницы. Однако из-за существующих проблем с добычей естественных раковин пришлось научиться искусственно добывать этот материал. Самый популярный способ имитации перламутра – получение «жемчужной эссенции», то есть суспензии серебристого пигмента из чешуи уклеек в желатине. Также многие практикуют создание синтетических пигментов и полимеров из различной слюды, стекла с мелкими частицами металлов и мелкодисперсных порошков. Еще перламутр получают из умерших искусственно выращенных раковин жемчужниц.

Глобальное потепление и токсичность

Сейчас в мире наблюдается тренд на получение перламутра искусственным путем. Одна из причин – глобальное потепление, которое помимо своего губительного воздействия в виде аномальной жары, таяния ледников и разрушительных природных катаклизмов, приводит и к вымиранию некоторых видов живых существ.

Ученые из ряда российских институтов и их коллеги из Европы в 2018 году выяснили, что уникальному виду моллюска европейской жемчужницы грозит исчезновение. Все началось в середине XX века, а самой вероятной причиной считается именно глобальное потепление. Исследователи уверяют, что если катаклизмы и добыча жемчуга и перламутра в водоемах будут продолжаться, это приведет к вымиранию вида уже через 60 лет.

Исследования шли на протяжении 13 лет с 2004 по 2017 год, и ученые изучили более 3,2 тысячи раковин из 50 рек по всей Европе. В расчет брали не только моллюсков из нынешних популяций, но и экземпляры из музеев. В результате создания пространственно-временных цифровых моделей, состоящих из морфометрических данных о форме раковин, экологических и климатических данных, выяснилось, что самый благоприятный период жизни для европейской жемчужницы приходился на 1901-1920 годы в районе Центральной и Южной Европы. Сегодня европейскую жемчужницу можно найти только в чистых пресных ручьях и реках Северной Европы.

Глобальная причина – глобальное потепление, но что произошло на локальном уровне на территории обитания жемчужниц? Большая часть прежнего ареала распространения оказалась неблагоприятной для них. Негативный эффект от потепления связан с ускорением роста и метаболизма жемчужниц, что приводит к снижению срока их жизни и высокой смертности молодых особей.

Добыча европейских жемчужниц в начале десятых годов XXI века прекратилась из-за нерентабельности бизнеса, но это не означает, что другие моллюски и раковины не продолжают вымирать. Можно заменить естественное получение перламутра искусственными методами, но и тут все немного сложнее, чем хотелось бы. Дело в том, что традиционный способ получения перламутра с помощью термогидролиза раствора сульфата титана, то есть кипячения под высоким давлением, приводит к токсичным выбросам в атмосферу в виде кислот, а также к сложно перерабатываемым техногенным отходам.

Российские ученые оригинально подошли к этой проблеме

Ученые из Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья имени Тананаева КНЦ РАН предложили свой уникальный способ получения перламутра. Их метод заключается в расщеплении отходов переработки минерально-слоистых материалов, в том числе слюды, с последующим электрогидролизом смеси раствора сульфата титана и чешуйчатых частиц. Звучит сложно, но это поможет сделать добычу перламутра более экологичной, энергосберегающей, а также ускорит процесс переработки техногенных отходов горно-перерабатывающей промышленности.

Слюда – это распространенный для производства разных материалов минерал, чья чешуйчатая слоистая структура, покрытая мелкими частицами, может приобретать перламутровый перелив. Ученые из Кольского научного центра нанесли на чешуйки слюды соль сульфата титана для придания еще большего блеска. Степени окисления титана разные и зависят от условий его получения. В нашем случае использовали рутил с наиболее стабильной фазой, чтобы придать материалу еще наиболее выраженный блеск.

Исследователи взяли частицы слюды с титаном и поместили их в емкость с электролитом. Затем они пропустили через них электрический ток с помощью электрогидролиза и после отправили их в рентгеновский дифрактометр. Этот прибор служит для определения элементов и их свойств в образцах кристаллического материала. Поместив образец в отсек для тестирования, прибор методом рандомизации частиц или «разжижения порошка» выдал результат в виде шелковистого порошка с характерным перламутровым блеском.

Порошки на основе титана будут более экологичными, так как по сравнению с широко используемыми пигментами на основе свинца, не будут токсичными, высокоплотными и неустойчивыми с термической, световой и химической точки зрения. Помимо этого они экономичны, а при использовании в строительных материалах будут выполнять функции фотокатализатора, способствуя самоочищению поверхностей. Новый способ уникален экологичностью и низким потреблением энергии при производстве. Он позволит значительно снизить стоимость конечного продукта и ускорить процесс переработки отходов.

Ученые также отметили, что технология найдет применение в разных областях промышленности: при производстве лаков, красок, пластмасс, бумаги, косметики и ювелирных изделий, а также строительных материалов.