Исследовательская группа с участием ученых Кабардино-Балкарского государственного университета разработала половолоконные мембраны для очистки воды, рассчитанные на многократную стерилизацию перегретым паром. После 270 часов испытаний при температуре 121 °C и давлении 1,3 бар материал сохранил механическую прочность, пористость и скорость фильтрации. Результаты работы опубликованы в журнале Separation and Purification Technology, о чем сообщило РИА Новости.
Такие фильтры состоят из множества тонких пористых трубок. Их стенки пропускают воду, но задерживают растворенные частицы, вирусы и бактерии, поэтому волокна можно объединять в компактные модули. Обычно для их производства применяют полисульфон, полиэфирсульфон и поливинилиденфторид.
В процессе эксплуатации на поверхности мембран образуются микробные биопленки. Они ухудшают прохождение воды, снижают производительность, увеличивают энергозатраты и сокращают срок службы оборудования. Для удаления таких загрязнений используют автоклавирование, однако нагрев способен деформировать поры и ухудшить работу фильтра.
Ученые КБГУ вместе со специалистами Института нефтехимического синтеза РАН синтезировали около 30 вариантов термостойкого полимера — полифениленсульфона. Подходящий состав выбрали после изучения химической структуры и молекулярной массы, затем из него изготовили мембраны и проверили их пористость, прочность, пропускную способность и способность задерживать примеси. «Мы исследовали их химическую структуру и молекулярную массу и выбрали наиболее подходящий. В ИНХС РАН из него получили половолоконные мембраны, изучили структуру пор, прочность, скорость прохождения воды и способность задерживать примеси. После этого проводили повторные циклы обработки паром в автоклаве при 121 °C и снова проверяли характеристики», — рассказал ведущий научный сотрудник Центра прогрессивных материалов и аддитивных технологий КБГУ Илья Борисов.
После испытаний волокна сохранили форму, пористую структуру, скорость фильтрации и способность удерживать загрязнения, сообщила младший научный сотрудник ИНХС РАН Алиса Борисова. По ее словам, предельный срок службы в эксперименте определить не удалось, но результаты указывают на значительный запас устойчивости. Разработку могут использовать для получения безопасной пресной воды в небольших поселениях и труднодоступных районах, где централизованная водоподготовка затруднена или экономически нецелесообразна.
Авторы считают, что мембраны подходят для ультрафильтрационного удаления патогенов в системах с периодической стерилизацией автоклавом. Их применение возможно в медицине, пищевой промышленности, фармацевтике и биотехнологиях, где оборудование требуется регулярно обеззараживать. В дальнейшем специалисты намерены испытать материал на реальных средах, изучить влияние загрязнения, очистки и рабочего давления, определить срок службы, разработать мембранный модуль и наладить выпуск крупных партий; исследование поддержал Российский научный фонд в рамках проекта № 22-19-00711.