Почему обычные фильтры не выдерживают стерилизацию
Традиционные мембранные фильтры из распространенных полимеров – полисульфона, полиэфирсульфона или поливинилиденфторида – со временем покрываются биопленками из микробов. Это снижает скорость фильтрации, повышает энергозатраты и сокращает срок службы оборудования. Стандартное решение – стерилизация в автоклаве, аппарате, где обрабатывают паром под давлением. Но большинство материалов такого воздействия не выдерживают.
В Центре прогрессивных материалов и аддитивных технологий КБГУ синтезировали 30 модификаций полифениленсульфона – термостойкого конструкционного пластика. Каждый образец прошел отбор: исследователи анализировали молекулярную массу и химическую архитектуру, пока не нашли оптимальный вариант. Из отобранного полимера их коллеги из Института нефтехимического синтеза РАН (ИНХС РАН) сформировали половолоконные мембраны – тонкие пористые капилляры, стенки которых пропускают воду, но задерживают вирусы, бактерии и растворенные примеси.
Как проходили испытания "вечных" фильтров
"Мы изучили микроструктуру, механические показатели и селективность, а затем подвергли образцы циклической паровой стерилизации", – пояснил ведущий научный сотрудник центра КБГУ Илья Борисов.
Суммарно мембраны провели в автоклаве 270 часов. После каждого цикла ученые фиксировали сохранность пористой структуры, прочностных характеристик и производительности. Ни один из ключевых параметров не ухудшился, хотя формально предельный ресурс материала так и не был исчерпан.
"Мы видим значительный запас прочности. Особенно ценно, что технология основана на методе фазового разделения (NIPS) и использует коммерчески доступный полимер – это открывает путь к масштабированию", – подчеркнула соавтор работы, младший научный сотрудник ИНХС РАН Алиса Борисова.
Фазовое разделение – метод, при котором полимерный раствор разделяется на две фазы, и одна из них формирует поры. Технология не требует редких компонентов, поэтому ее можно масштабировать.
Где могут применяться "вечные" фильтры
Разработка востребована в отраслях, где обеззараживание оборудования – обязательное условие: пищевая и фармацевтическая промышленность, биотехнологическое производство, медицинские учреждения. Компактные мембранные модули могут стать решением для автономного водоснабжения отдаленных поселков, где прокладка централизованных сетей экономически не оправдана. Исследование, проведенное совместно с ИНХС РАН, опубликовано в международном журнале Separation and Purification Technology.
Мембраны для стерилизуемых фильтров для производств в России в основном зарубежные, в условиях санкций их поставки осложнены. Разработка КБГУ использует коммерчески доступный полимер и метод фазового разделения – значит, производство можно организовать внутри страны. Если проект дойдет до промышленных партий, у фармацевтики, пищевой промышленности и биотехнологических производств появится отечественная альтернатива импортным мембранам. Пока речь о лабораторных образцах: впереди апробация на реальных средах и проектирование готового фильтрующего модуля.
