Исследователи и инженеры в разных странах ищут новые материалы и технологии для опреснения и очистки воды.
Наши учёные из Института физико-органической химии НАН предложили свой метод — мембраны, которые эффективно фильтруют воду от органических веществ, хлора и различных загрязнителей. Причём сохраняют свои свойства на протяжении долгого времени. Корреспондент «Р» узнала подробности.
Как это работает?
К воде, особенно питьевой, предъявляются высокие требования. Но и в промышленности вода без подготовки практически не используется. Причём её состав может сильно отличаться в зависимости от целей и области применения. Иногда она должна содержать определённые вещества, а иногда, наоборот, не содержать их. Например, в производстве электроники используется вода высокой чистоты, в которой практически полностью отсутствуют любые соли. Наши учёные создают фильтры, которые могут подготовить воду под конкретные задачи заказчика, чтобы получить нужный химический состав.
— В Беларуси много пресных источников, но любую воду, даже артезианскую, нужно очищать. В ней, как правило, много железа, солей жёсткости, природно-органических веществ, — заведующая лабораторией мембранных процессов Института физико-органической химии НАН Беларуси Татьяна Плиско обозначила спектр вызовов, с которыми приходится работать. — В основном мы занимаемся подготовкой воды для теплоэнергетики. Мало кто знает, но вода, которая поступает на ТЭЦ, должна быть чище той, которую мы пьём. Дело в том, что на станциях установлено дорогостоящее металлическое оборудование, а при контакте с водой и содержащимися в ней солями металл, естественно, окисляется, происходит коррозия…
Татьяна ПЛИСКО: «Наши мембраны нашли применение в пищевой промышленности, целлюлозно-бумажной, фармацевтической».
Область применения разработанных мембран очень широкая, ведь любую воду необходимо очищать, причём не только для питья. На производствах неочищенная вода приводит как минимум к коррозии дорогостоящего оборудования, как максимум — к неудовлетворительному качеству продукта. Полимерные мембраны могут очищать Н2О, разделять жидкости и газы. Какие наночастицы нужно добавить в состав мембраны, чтобы запрограммировать на конкретный алгоритм действий, знает Татьяна Плиско:
— Одна и областей наших исследований сейчас — умные мембраны. За счёт изменения размера и формы макромолекул на поверхности селективного слоя мембраны они способны изменять размер пор, а также свою проницаемость и задерживающую способность. Благодаря этому мембраны меньше засоряются в процессе эксплуатации, а также увеличиваются их эффективность и срок службы. Как происходит фильтрация? В модуль под давлением подаётся жидкость, которую нам нужно очистить. Проходя через мембраны, она разделяется на два потока — фильтрат и концентрат, которые собираются отдельно. Целевым продуктом может быть как фильтрат, так и концентрат.
Мембраны особенным образом упаковываются в модуль, который устанавливается непосредственно на производстве.
Расширяя границы
Выглядят мембраны как обычные полимерные плёнки. Невооружённым глазом их особенную структуру не различишь, но на самом деле она пористая. Такие плёнки особым образом упаковываются в модуль, который устанавливается непосредственно на производстве. Также учёные разрабатывают специальные устройства, в которые можно установить собранный модуль, чтобы управлять его работой в автоматическом режиме.
Замечаю, что некоторые мембраны выглядят как полые трубки. Оказывается, принцип действия у них тот же, что и у плоских. Однако форма в виде спагетти помогает упаковать большее количество мембран в модуль для очистки воды, следовательно, качество очистки и производительность процесса разделения повышаются, а площадь, занимаемая мембранными установками, существенно уменьшается. Именно мембраны такой формы чаще используются в теплоэнергетике, где нужно очищать большие объёмы воды за короткие промежутки времени.
Невооруженным глазом особую структуру мембран не различишь, но на самом деле она пористая.
— Мы производим мембраны из полимеров, — уточняет собеседница. — Они дешевле и проще в производстве, можно выпускать большие объёмы и добиться нужной структуры материала. Для наших условий это оптимальный вариант.
На базе института создано опытно-промышленное производство. Наши мембраны составляют конкуренцию импортным аналогам как по более высокой производительности, так и по меньшей стоимости. Перед учёными стоит задача повысить устойчивость к загрязнениям и увеличить срок службы. Например, сейчас работают над армированными половолоконными мембранами. Они очень жёсткие, их невозможно разорвать или деформировать. Ещё один плюс — в процессе фильтрации они сами практически не загрязняются.
Форма в виде спагетти помогает упаковать большее количество мембран в модуль для очистки воды, следовательно, качество очистки и производительность процесса разделения повышаются.
— Наши мембраны нашли применение в пищевой промышленности, целлюлозно-бумажной, фармацевтической. Также их можно использовать в биотехнологии для разделения и концентрирования целевых компонентов растворов, — перечислила напоследок Татьяна Плиско. — Например, сейчас мы выпускаем мембрану, которая используется для производства векторных вакцин против гриппа. Фармкомпании уже протестировали их, отзывы положительные. В планах разработать аналогичную технологию для производства векторных вакцин от коронавируса «Спутник V». Параллельно занимаемся Smart-мембранами, которые могут реагировать на изменение внешней среды. Меняя температуру или pH среды, мы меняем размер пор, которые влияют на свойства мембраны. В будущем сможем использовать одну мембрану для разных задач.
Источник: sb.by
