Обычные мембранные фильтры со временем покрываются биопленками из микроорганизмов. Из-за этого снижается скорость очистки воды, растут энергозатраты, а оборудование приходится чаще менять. Для обеззараживания фильтры помещают в автоклав, однако многие полимерные материалы плохо переносят воздействие высокой температуры и давления: меняется структура пор, падает прочность, ухудшается производительность.

Команда Центра прогрессивных материалов и аддитивных технологий КБГУ решила начать с подбора материала. В университете синтезировали около 30 модификаций полифениленсульфона - термостойкого конструкционного пластика. Исследователи сравнивали молекулярную массу и химическую структуру образцов, чтобы найти оптимальный состав.

Из отобранного полимера специалисты ИНХС РАН изготовили половолоконные мембраны. Это тонкие пористые капилляры: их стенки пропускают воду, но задерживают бактерии, вирусы и часть растворенных примесей.

- Мы изучили микроструктуру, механические показатели и селективность, а затем подвергли образцы циклической паровой стерилизации, - рассказал ведущий научный сотрудник Центра прогрессивных материалов и аддитивных технологий КБГУ Илья Борисов.

В общей сложности мембраны провели в автоклаве 270 часов при температуре 121 градус и давлении 1,3 бара. После каждого цикла ученые проверяли, сохранила ли структура пористость, прочность и способность фильтровать воду. Существенного ухудшения параметров не зафиксировали.

- Ни один из ключевых параметров не деградировал, хотя формально предельный ресурс материала так и не был исчерпан, - отметила соавтор исследования младший научный сотрудник ИНХС РАН Алиса Борисова.

Именно поэтому разработчики называют такие мембраны "вечными" - не в буквальном смысле, а как материал с пока не установленным пределом эксплуатации при жесткой стерилизации. Следующим этапом станет проверка фильтров на реальных рабочих средах, где на них будут воздействовать загрязнители и они будут подвергаться постоянным нагрузкам. После этого ученые планируют создать готовый фильтрующий модуль и перейти к выпуску промышленных партий.

По словам Алисы Борисовой, важное преимущество разработки - возможность ее масштабировать. Мембраны получают методом фазового разделения, а исходный полимер доступен на рынке. Это упрощает внедрение технологии в промышленность.

Напомним, Центр прогрессивных материалов и аддитивных технологий - одно из ведущих в России научных подразделений в этой области. Здесь самостоятельно синтезируют материалы для 3D-печати, разрабатывают полимеры и композиционные материалы. Центр работает с суперконструкционными пластиками - материалами, рассчитанными на сложные условия эксплуатации. Их можно использовать в различных высокотехнологичных отраслях.

- Композит делается из чистого полимера, в который добавляют другие вещества, изменяющие его свойства под определенные задачи. У нас широкий спектр возможностей. Ученые лаборатории синтезируют полимеры для медицины, космической отрасли, автомобилестроения. Сейчас занимаемся самыми передовыми пластиками, которые требуют особого подхода, - рассказал директор офиса технологического лидерства, старший научный сотрудник Центра прогрессивных материалов и аддитивных технологий КБГУ Азамат Жанситов.

Такие разработки важны не только для крупных производств. Компактные мембранные установки могут стать хорошим вариантом для обеспечения автономного водоснабжения удаленных поселков, где строительство централизованных сетей обходится слишком дорого.