Истоки разработки
Исследования на Международной кафедре ЮНЕСКО инженерной экологии АлтГТУ адаптируют существующие мембраны для решения специфических экологических задач с эффективностью до 99%.
Ученые кафедры не создают мембраны с нуля, а адаптируют уже существующие, чтобы точечно захватывать опасные примеси. Среди этих загрязнителей – ионы тяжелых металлов, таких как медь и хром, а также токсичные органические соединения, например, сильнейший яд фенол (используемый в производстве пластмасс) и высокотоксичный гидразин.
«Наша философия – ресурсосбережение. Мы берем готовую мембранную основу у производителя и модифицируем ее, придавая специальные свойства для решения конкретных задач, – говорит Илья Красильников, преподаватель кафедры. – Это позволяет не строить сложнейшее новое производство, а адаптировать доступные технологии под острые экологические проблемы».
Как это работает
Принцип мембранного разделения можно описать просто: через полупроницаемую перегородку (мембрану) должны проходить молекулы воды, но не молекулы или ионы загрязнителей.
Однако стандартные промышленные мембраны часто «заточены» под соли жесткости и не справляются со специфическими промышленными загрязнениями.
Именно эту проблему решают в АлтГТУ. Для придания мембранам избирательных свойств используется целый арсенал методов.
Например, биополимерные покрытия – хитозан из панцирей ракообразных и моллюсков, – делают поверхность мембраны «липкой» для определенных загрязнителей.
Метод химической модификации применяется с помощью обработки активными газами, например, оксидом азота, или кислотами, встраивающими в полимер мембраны новые функциональные группы, которые работают как микроскопические «крючки» или «ловушки» для конкретных ядов. Также используют физическое воздействие – плазменными разрядами и электрическими токами.
Эти изменения влияют на фундаментальные транспортные характеристики мембраны, – на то, что и с какой скоростью через нее проходит, – заставляя ее эффективно задерживать целевой загрязнитель, будь то ион металла или молекула фенола.
Фокус на практике: борьба с фенолом
Особое внимание в исследованиях уделяется очистке фенолсодержащих стоков нефтехимических и коксохимических предприятий. Традиционные методы очистки таких вод громоздки, а мембранные технологии компактны и эффективны.
«Не все существующие мембраны хорошо задерживают фенол. Наши методы модификации, например, обработка оксидом азота или нанесение хитозана, кардинально меняют химические свойства поверхности. В результате фенол отталкивается от нее, либо может прочно связываться, что позволяет достичь степени очистки около 99%», – отмечает Илья Красильников.
От студенческого проекта к перспективной технологии
Интерес к этой теме у Ильи Красильникова начался еще в студенческие годы с исследования возможностей стандартных мембран. За три года работы направление выросло в полноценные научные разработки.
«Технологии модификации уже запатентованы. Мы готовы предложить их производителям мембран, которые хотят выходить на рынок промышленной водоочистки», – говорит молодой ученый.
Пока разработки находятся на лабораторной стадии, но сфера их потенциального применения широка: от очистки промышленных стоков и водоподготовки в химической отрасли до производства высокочистых растворов для пищевой и фармацевтической промышленности. Следующий шаг – поиск промышленных партнеров для внедрения и масштабирования технологии.
