Современная промышленность, сталкиваясь с потребностью в высокоэффективных системах фильтрации и очистки, получает новые перспективы благодаря инновационным решениям российских ученых. Исследовательская команда под руководством Михаила Симунина, доцента Сибирского федерального университета (СФУ), а также при активном участии специалистов Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ), Национального исследовательского университета "МИЭТ", создала уникальные нанокомпозитные мембраны на основе электропроводящей керамики. Этот прорыв не только совершенствует фильтрационные системы, но и открывает дорогу технологиям будущего, способным кардинально изменить процессы очистки и разделения жидкостей различных составов.
Прорыв в фильтрационных технологиях: интеллектуальные мембраны
Главной особенностью новой разработки стала возможность селективно поддерживать прохождение определённых ионов через мембрану, удерживая остальные. Такой контроль обеспечивается благодаря многоуровневой наноструктуре нового материала. Использование инновационной нанокомпозиции на базе оксида алюминия, покрытого углеродом, расширяет потенциал применения мембрановой фильтрации в самых разнообразных сферах: пищевой и химической промышленности, энергетике, текстильном и полиграфическом производстве.
Роль анфиновых нановолокон: материалы будущего
Ключевым компонентом новой мембраны стал нафен — инновационный материал, впервые полученный компанией ANF Technologies (Эстония), признанной иноагентом. Нафен состоит из нановолокон оксида алюминия, отличающихся малым диаметром (10–15 нм) и значительной длиной (до нескольких сантиметров). Такой материал формирует уникальную пространственную структуру, которая становится идеальной основой для создания прочных, лёгких и пористых фильтров, способных выдерживать экстремальные условия эксплуатации.
Технология производства включает разъединение волокон нафена, их диспергирование в воде при помощи магнитного перемешивания и ультразвука. Затем суспензия фильтруется через специальную подложку: волокна укладываются хаотично, создавая прочный и проницаемый каркас. Дополнительная термическая обработка придаёт материалу необходимую механическую устойчивость.
Преимущества углеродного покрытия: новая электропроводимость
Новизна предлагаемого учёными подхода заключается в нанесении на поверхность каждого нановолокна тонкого слоя углерода. Этот углеродный "слой" формируется благодаря химическому осаждению из газовой фазы, используя пары спирта и инертный газ в контролируемой температурной среде. Такое покрытие обеспечивает мембране стабильную электрическую проводимость, при этом функциональные группы углерода на поверхности мембраны играют роль "ворот" для прохождения определённых ионов.
В результате этот нанокомпозит удачно сочетает преимущества двух материалов: прочную структуру, заложенную нановолокнами, и высокую электропроводимость, обеспечиваемую углеродом. Сам Михаил Симунин отмечает, что благодаря контролю толщины осаждения углерода можно задавать структуру мембраны с точностью до нанометра — что и открывает возможности для управляемой ионной селективности.
Технология и инновации: взгляд в будущее фильтрации
Разработка российских учёных отличается высоким уровнем технологичности. Электропроводящие мембраны, будучи устойчивыми к агрессивным средам, высоким температурам и давлениям, могут эксплуатироваться как в промышленных линиях производства, так и в научных лабораториях, где требуется высочайшая чистота процесса. За короткое время удалось создать материал, который, согласно лабораторным тестам, не уступает аналогам мировых лидеров отрасли по прочности, надёжности и работоспособности в экстремальных условиях.
Контроль пористости мембраны позволяет оптимизировать фильтрацию для задач промышленной очистки воды, разделения сложных смесей и производства особо чистых веществ. Ионная селективность открывает перспективы и для электрохимических датчиков нового поколения, которые востребованы в медицине, фармацевтике, экологическом мониторинге.
Партнёрство ведущих вузов и интеграция знаний
В ходе работы над этим проектом объединились специалисты сразу нескольких флагманских научных центров России: Сибирский федеральный университет, Санкт-Петербургский государственный университет, НИУ "МИЭТ", а также Институт вычислительного моделирования и Институт химии и химической технологии СО РАН. Такое партнёрство не только способствует обмену лучшими практиками и технологиями, но и содействует подготовке молодых инженеров и исследователей нового поколения.
Научное сотрудничество сделало возможным всестороннее тестирование материала: каждый этап, от синтеза до проверки проводимости, прошёл через многоуровневую экспертную оценку и был подтверждён серией успешных экспериментов.
Позитивный вклад инноваций в промышленность и науку
Новые разработки в области керамических нанокомпозитных мембран представляют собой впечатляющий шаг вперёд как для российской, так и для мировой науки. Их внедрение уже в ближайшие годы способно поспособствовать модернизации отечественной промышленности, увеличить эффективность производственных процессов и снизить издержки при выполнении сложных задач по очистке и разделению веществ.
Участие Михаила Симунина и коллектива Сибирского федерального университета в столь масштабном проекте свидетельствует о высоком потенциале российских научных школ, а эффективное взаимодействие учёных с разных регионов доказывает, что только синергия знаний и технологий может приводить к по-настоящему революционным результатам. Перспективные разработки в области "умных" фильтров привлекают интерес промышленников, изыскателей и инвесторов, формируя прочную основу для роста как науки, так и экономики.
Источник: scientificrussia.ru
