В КБР ученые создадут уникальный полимер для очистки воды

Ученые Кабардино-Балкарского государственного университета имени Х. М. Бербекова выиграли грант Российского научного фонда на разработку принципиально нового полимера — он станет основой для высокопроницаемых мембран, способных фильтровать воду и удалять из нее бактерии и вирусы. Проект планируется реализовать в ближайшие три года совместно с сотрудниками Института нефтехимического синтеза. Ежегодно на испытания будут тратить семь миллионов рублей.

О том, что качественная питьевая вода с каждым годом становится все более дефицитной, ученые говорят давно. Неполная очистка сточных промышленных и бытовых вод (в некоторых случаях ее полное отсутствие), а также попадание в водоемы отходов животноводства приводят к загрязнению естественных источников и, как следствие, к риску вспышек инфекционных заболеваний. Информация о массовых отравлениях после употребления воды из-под крана нередко попадает в новостные топы.

В конце марта управление Роспотребнадзора по Дагестану завершило расследование причин массового отравления жителей Каспийска. Вспышка кишечной инфекции была вызвана загрязненной питьевой водой, которая пришла в негодное состояние, в том числе из-за неэффективной промывки и дезинфекции водопроводных сетей и сооружений после окончания ремонтных работ, а также из-за того, что вода не проходила вторичного хлорирования.

Недавно в больницы Дагестана обратились более 300 человек. Рассмотрев дело, суд оштрафовал на 100 тысяч рублей и. о. руководителя Буйнакского водоканала после массового отравления жителей города. Его обвинили в том, что он своевременно и должным образом не проводил обслуживание подведомственных объектов водоснабжения. Прошлой весной резонансный случай произошел в селе Марьины Колодцы на Ставрополье: число отравившихся превысило 180 человек, власти ввели в населенном пункте режим повышенной готовности.

Мембранная фильтрация сейчас становится одной из самых востребованных технологий очистки воды. По данным экспертов, мировой рынок мембран составляет пять-шесть миллиардов долларов в год, причем подавляющая их часть — полимерные. Группа ученых из Кабардино-Балкарии решила работать с малоизученным в России модифицированным полифениленсульфоном (ПФСФ) с оптимизированной химической структурой. На выходе он должен не только отвечать всем требованиям, которые предъявляют к мембранным полимерам, но и превосходить существующие образцы. Таким образом, кабардино-балкарская продукция станет импортозамещающей.

— Дело в том, что мембраны из импортных материалов требуют периодической стерилизации. Самый дешевый и простой способ — обработка паром при температуре более 100 градусов, — поясняет проректор по научно-исследовательской работе КБГУ, руководитель центра прогрессивных материалов и аддитивных технологий университета Светлана Хаширова. — Но немногие промышленные полимерные мембраны в состоянии выдерживать такое воздействие, тем более регулярно. Полифениленсульфон в этом плане очень перспективен, он обладает рядом положительных характеристик: совершенно нетоксичен (в западных странах из него делают бутылочки для детского питания, имплантаты, которые годами могут находиться внутри организма) и термоустойчив. Размягчаться он начинает при температуре выше 200 градусов, а перерабатывается при температуре плюс 350-370 градусов. Это одна из причин, почему он мало исследован.

Стоит отметить, что в России производством полифениленсульфона никто не занимается, его выпуск на данный момент освоили только на малом инновационном предприятии при университете. Сил и средств лаборатории достаточно, чтобы синтезировать новый материал, варьировать его характеристики и выпускать опытно-промышленные партии.

Сил и средств лаборатории достаточно, чтобы синтезировать новый материал, варьировать его характеристики и выпускать опытно-промышленные партии

Главная задача исследователей — изучение потенциала новых материалов при использовании в мембранах. Правильная "рецептура" будет определена после серии экспериментов. Мембрана из данного полимера должна быть прочной и устойчивой к деформациям, хорошо пропускать воду, не засоряться, без проблем проходить неоднократную стерилизацию.

— Новый полимер может применяться и в качестве конструкционного материала, например для создания имплантата, — рассказывает Светлана Хаширова. — Спектр его использования огромен: его можно применять не только для водоочистки, но и в пищевой промышленности, медицине (для очищения крови), фармакологии и биотехнологиях, электронике и авиастроении. Что касается сферы ЖКХ, то там сейчас другие методы очистки: механический и с помощью специальных реагентов, которые вступают в реакцию с веществами в воде, что приводит к выпадению нерастворимого осадка. Использование же тонких микрофильтров очень дорого и нерентабельно. В университете мы разрабатываем нанокомпозиты на основе глинистых минералов, обладающих высокими сорбционными свойствами в отношении тяжелых металлов и различных микроорганизмов. Но это уже другой проект.

Параллельно на базе Института нефтехимического синтеза создадут различные мембранные модули (ультра- и микрофильтрационные), с помощью которых ученые будут изучать процессы фильтрации воды, содержащей искусственные бактерии и вирусы, в том числе COVID-19. Аппарат состоит из полых волоконных мембран, объединенных в большой пучок для отвода очищенной жидкости.

В доступности новой технологии для производителей авторы проекта не сомневаются. Единственная проблема заключается в нехватке реагентов, которые сейчас поставляются из-за рубежа.

— Мы научились работать с китайским сырьем, но, на мой взгляд, для скорейшего решения задачи импортозамещения в сфере высокоэффективных полимеров и композитов, в том числе необходимых медицине, мембранным и аддитивным технологиям, необходимо развивать в России малотоннажную химию, — говорит Светлана Хаширова. — У КБГУ есть уникальные технологии получения суперконструкционных полимеров, композитов и применения их в 3D-печати (вплоть до изготовления функциональных изделий), что позволяет экономить до 50 процентов временных и денежных ресурсов.

Если результаты будут хорошими, то предприятие сможет тиражировать наукоемкие технологии производства полифениленсульфона и заключать договоры с компаниями, решившими наладить выпуск полимеров.

Тем временем

В апреле нынешнего года группа ученых Пермского национального исследовательского университета (ПНИПУ) заявила о создании новой технологии, с помощью которой композитные материалы можно сделать более прочными и гибкими. Основа обрабатывается с помощью гамма- и СВЧ-облучения. Такое воздействие разрушает молекулы вещества, при этом образуются более мелкие фрагменты, вследствие чего структура полимеров существенно изменяется. Такие материалы совершенно безопасны для окружающей среды. По словам доцента кафедры прикладной физики Пермского политеха Эргаша Нуруллаева, полимерные композиты сегодня применяются в автомобиле-, авиа- и судостроении. Однако промышленники хотели бы повысить их долговечность. Новая технология как раз позволит этого добиться.

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here