Ученые Санкт Петербургского государственного университета (СПбГУ) совместно с коллегами из Тяньцзиньского университета (Китай) создали эффективные и экологически безопасные ультрафильтрационные мембраны для очистки воды на основе производных целлюлозы: нитрата и ацетата целлюлозы. Эта технология может стать альтернативой существующим мембранам из нефтяных полимеров.
Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в научном журнале Carbohydrate Polymers.
В настоящее время 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.
По сообщению пресс-службы СПбГУ, научная группа из России и Китая 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 словам автора исследования, профессора кафедры аналитической химии СПбГУ Анастасии Пеньковой, для создания мембран 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 применили методы машинного обучения для оптимизации состава мембран и улучшения их транспортных характеристик.
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.
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.
Работа выполнена в рамках проекта «Разработка новых мембран со смешанной матрицей на основе производных целлюлозы для высокоэффективного, экологически чистого и ресурсосберегающего мембранного разделения жидких смесей и создания каталитических мембранных реакторов», поддержанного грантом РНФ. В исследовании использовалась инфраструктура восьми центров Научного парка СПбГУ.
Фото: пресс-служба СПбГУ
