Химики Санкт‑Петербургского государственного университета совместно с коллегами из Тяньцзиньского университета (Китай) создали эффективные и экологически безопасные ультрафильтрационные мембраны для водоочистки на основе производных целлюлозы: нитрата и ацетата целлюлозы. Эта технология может стать альтернативой существующим мембранам из нефтяных полимеров.
Сегодня для очистки воды в качестве фильтрационных мембран используются полимеры на основе нефти, такие как полисульфон, полиэфирсульфон, полиамиды и поливинилиденфторид. Эти материалы обладают хорошими механическими свойствами и справляются со своей задачей, однако их применение связано с серьезными экологическими рисками и приводит к зависимости изготовителей таких фильтров от нефтехимического сырья. Кроме того, производство таких материалов оставляет значительный углеродный след, а утилизация отходов приводит к выработке токсичных веществ и образованию микропластика, который может накапливаться в воде и почве.
Химики Санкт‑Петербургского университета совместно с китайскими коллегами предложили более экологичную альтернативу — мембраны на основе производных целлюлозы.
«Наша научная группа разработала ультрафильтрационные мембраны из композиции ацетата и нитрата целлюлозы, специально предназначенные для разделения белковых растворов. Принцип работы основан на методе ультрафильтрации — процессе мембранного разделения под давлением по принципу сита. То есть мелкие частицы проходят сквозь фильтр, а крупные загрязнители остаются на нем», — рассказала автор исследования, профессор кафедры аналитической химии СПбГУ Анастасия Пенькова.
По ее словам, для создания мембран ученые использовали метод инверсии фаз, индуцированный нерастворителем. В этом случае приготовленный полимерный раствор наносится на нетканую подложку, формируя тонкий однородный слой, который затем помещается в коагуляционную ванну. На завершающем этапе химики применили методы машинного обучения для оптимизации состава мембран и улучшения их транспортных характеристик.
Данное исследование — первый опыт применения нитрата целлюлозы для создания ультрафильтрационных мембран, предназначенных для разделения белков. Для полной оценки эффективности таких мембран планируется продолжить работы по масштабированию технологии и изучению их долговременной стабильности.
Уже сейчас можно выделить ключевые преимущества новой технологии: использование возобновляемого сырья, частичная биоразлагаемость (что снижает нагрузку на экосистемы), а также более низкая себестоимость по сравнению с синтетическими аналогами. Кроме того, инновационные мембраны демонстрируют рекордную производительность при фильтрации белка, сохраняя при этом фильтрующие свойства. Так, при схожих значениях задержания и противообрастающих свойств новые мембраны продемонстрировали более чем в полтора раза большую производительность по сравнению с аналогами из ацетата целлюлозы, представленными в научной литературе.
Результаты исследования опубликованы в научном журнале Carbohydrate Polymers.
Фото: пресс-служба СПбГУЭто новость от журнала ММ «Машины и механизмы». Не знаете такого? Приглашаем прямо сейчас познакомиться с этим удивительным журналом.