Проект по разработке комплекса оборудования для тонкой очистки жидкостей и газов от вредных примесей считают в Роснауке одним из числа сильнейших в направлении “Энергетика и энергосбережение”. Одна из его особенностей в том, что результаты проекта наряду с решением производственных задач, могут использоваться непосредственно для улучшения качества жизни. При этом применяются лучшие достижения отечественной науки и техники. В частности, изделия из сверхвысокомолекулярного полиэтилена – пористые подложки, совместимые с наноструктурированными мембранами – для очистки питьевой воды.

В декабре всегда появляется ощущение, что время летит быстрее обычного, ведь так хочется завершить начатые дела до Нового года. Мы торопимся, подводим итоги, стараемся ничего не забыть, затевая новые проекты, оглядываемся по сторонам, чтобы понять, каких успехов достигли коллеги и как в связи с этим надо скорректировать собственные программы, чтобы добиться большего. Не исключение из этого правила и ученые.
Начальник отдела жидкометаллических теплоносителей и новых материалов ФГУП ГНЦ РФ “Физико-энергетический институт им. А.И. Лейпунского” (ГНЦ РФ ФЭИ), профессор, доктор технических наук Петр Мартынов размышляет сегодня о том, что успел сделать за прошедший год возглавляемый им коллектив разработчиков комплекса оборудования для тонкой очистки жидкостей и газов от вредных примесей, насколько готово это оборудование к сдаче в производство. Эта работа - один из комплексных проектов Федеральной целевой программы “Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы”. По мнению заместителя руководителя Роснауки Александра Клименко, работа, о которой идет речь, - из числа сильнейших в направлении “Энергетика и энергосбережение”.
Одна из особенностей проекта в том, что его результаты позволят не только решать сложные производственные проблемы, ими смогут воспользоваться в своей повседневной жизни многие люди. Из отпущенных государством на осуществление всего проекта 100 млн рублей примерно четверть пойдет именно на это. Кроме того, коллективу разработчиков удалось привлечь 547 тысяч долларов внебюджетных средств, выделенных Международным научно-техническим центром (МНТЦ), для закупки современного оборудования и организации серийного производства фильтрующих систем.

Что же представляют собой технологии, разработанные коллективом специалистов под руководством П.Мартынова?
- Их появлению предшествовали многолетние научные изыскания, - рассказывает Петр Никифорович. - Правда, с самого начала они были нацелены на достижение важных практических результатов в другой области техники: в ГНЦ РФ ФЭИ закладывались фундаментальные основы для разработки атомных реакторов подводных лодок “Альфа”, занесенных в Книгу рекордов Гиннесса за непревзойденную скорость. Технологии, созданные для транспортных энергетических установок, получили новое развитие для более широкого межотраслевого применения. Одна из таких технологий используется для производства нового поколения наноструктурированных мембран, применяющихся в фильтрах для очистки жидкостей.
В чем же суть технологии? В плазмотроне мы генерируем эрозионную плазму из частиц металлов, их оксидов и нитридов в различных сочетаниях. Поток эрозионной плазмы направляем на пористую подложку (размер пор от 5 до 10 мкм), на которой формируем мембрану толщиной от 7 до 12 мкм. Структура поверхности мембраны содержит миллиарды нанощелей, не пропускающих частицы величиной больше 0,1 мкм. Причем при малой толщине наноструктурированной мембраны достигнута ее колоссальная прочность. С этой мембраной не нужно осторожничать, ей не страшны давление, вибрация, она устойчива к истиранию абразивными материалами - свойства не ухудшатся. Технология позволяет подбирать свойства мембраны в зависимости от состава очищаемой жидкости и условий фильтрования. Наномембрану мы можем изготовить многослойной, из разных материалов. Например, мы имеем возможность сделать каждый 5-микронный слой мембраны из различных компонентов. В зависимости от назначения и условий фильтрования подложка может быть полимерной, керамической, металлической или композиционной. От режимов формирования и состава мембраны зависит, например, будет ли осадок прилипать к ее поверхности или, наоборот, будет легко отделяться от нее. По сути, мы уже сейчас имеем базу данных, из которой можно выбрать требуемые параметры мембраны и подложки для конкретных задач фильтрации. Это один из важнейших результатов наших работ по проекту. В дальнейшем мы, вероятно, создадим и программный продукт для автоматизированного управления производством мембран с заданными свойствами.
- Где можно использовать новые мембраны и фильтры на их основе?
- В проекте предусмотрено, что основным видом очищаемой жидкости будут водные растворы, в том числе питьевая вода. Технико-экономическая оценка показала, что для этого необходимо использовать подложку из сверхвысокомолекулярного полиэтилена низкого давления. К сожалению, до последнего времени этот материал нужного качества и в необходимых количествах в России практически не производился. При отработке технологии мы вынуждены были покупать исходное сырье в Германии. Однако в последнее время положение резко изменилось в лучшую сторону. ОАО “Сибур” на заводе “Томскнефтехим” освоил промышленное производство качественного сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Из этого материала ГНЦ РФ ФЭИ совместно с ООО “ОЦНТ” и ЗАО “Полинит” освоил производство пористых подложек, совместимых с наноструктурированными мембранами. Таким образом, проблема с исходным сырьем решена отечественными производителями. Мы сами изготавливаем пористые подложки и фильтрующие мембраны. За один цикл (примерно 5 часов) на промышленном плазмотроне можно получать не менее 100 мембранных фильтроэлементов.
Только один промышленный плазмотрон может за одни сутки обеспечить производство около 400 штук мембранных фильтроэлементов, которые при использовании потребителем способны очистить не менее 40 м3 за час, то есть объем железнодорожной цистерны.
При наличии цехового парка плазмотронов мы сможем производить любое количество фильтроэлементов.
Таким образом, имея отечественное сырье и оборудование, мы готовы обеспечить очистку питьевой воды в школах, больницах, детских садах, ЖКХ и др., а также очистку воды в бассейнах, системах отопления, пищевых жидкостей, топлив, масел и др.
Как уже отмечалось, мембраны очищают воду от мельчайших частиц размером более 0,1 мкм, в том числе от взвесей железа, доводя ее до прозрачности двойного дистиллята. Кроме этого, мембрана производит безреагентное (бесхлорное) обеззараживание воды от широкого класса болезнетворных микроорганизмов с размером более 0,1 мкм. В том числе обеспечивается 100-процентная очистка от кишечной палочки E.coli.
Также новые мембранные фильтроэлементы позволяют повысить эффективность применения сорбентов. Один из них - трепел - давно известен своими хорошими адсорбционными свойствами. Он эффективно сорбирует многие вредные примеси из растворов. Но его применение для очистки воды было ограничено, так как его взвеси трудно выделить из очищаемой жидкости. Мембрана, созданная в ГНЦ РФ ФЭИ, полностью выводит этот сорбент и тем самым резко повышает возможность его использования.
Мы планируем в рамках проекта не только создавать новые фильтры, но и применять их для повышения эффективности работы уже существующих методов очистки. Например, всем известно, что можно обеззараживать воду ультрафиолетом. Это совершенно безо¬пасный способ очистки воды в бассейнах. Но почему же тогда чаще применяют хлорирование? Дело в том, что для достижения наибольшей эффективности использования ультрафиолетовой лампы необходимы высокая прозрачность воды и отсутствие осадка на стекле лампы. Наши фильтры помогают этого добиться. Работая практически в идеальных условиях, лампа обеспечивает длительное и эффективное обеззараживание воды, которое обходится значительно дешевле.
Следует отметить, что санитарно-эпидемиологические требования к воде, используемой для производства напитков, гораздо более жесткие, чем те, которые применяются к питьевой воде, текущей из кранов в наших квартирах. Наши мембраны могут быть эффективно использованы и для этих целей. Мы провели успешные испытания наших мембран в сочетании с новыми сорбентами на одном из предприятий по производству охлажденного чая.
Я перечислил всего несколько возможностей применения нашей продукции, практически они гораздо шире.
- Какие же все-таки инновационные продукты появятся в результате реализации проекта, точнее его части?
- Во-первых, это фильтрующие элементы с различными пористыми подложками и наноструктурированными мембранами, которые можно использовать как в разрабатываемых нами фильтрах, так и в фильтрах других производителей. Это будет наиболее массовый продукт. Во-вторых, мембранные фильтры различной производительности. И, в-третьих, комплексные системы сорбционной и мембранной очистки для переработки радиоактивных отходов, очистки технических масел турбин, трансформаторов, двигателей, гальванических растворов, утилизации моющих средств, очистки воды в отопительных системах, в аквариумах. Ну и, конечно, как отмечалось ранее, для производства высококачественной питьевой воды.
В 2008 году мы планируем создать участок серийного производства фильтроэлементов с наноструктурированными мембранами.
Реализация наших планов будет обеспечиваться за счет финансирования проекта в Роснауке, поддержки МНТЦ, а также поиском и использованием дополнительных средств из других источников.
В целом можно сказать, что нами создан принципиально новый класс фильтрующих материалов, имеющих наноразмерную структуру и ряд важных технико-экономических преимуществ. Разработана и обоснована плазмохимическая технология серийного производства этих материалов, а также фильтров и систем очистки на их основе. Коллектив разработчиков уверен, что созданная инновационная продукция будет востребована как в различных областях науки и техники, так и в быту.

Для справки:
В Обнинске, первом российском наукограде, сосредоточены более 10 научных институтов, занимающихся вопросами разработки ядерных реакторов и проблемами воздействия радиации на человека, окружающую среду, использования радиации для изменения свойств материалов. ГНЦ РФ “Физико-энергетический институт им. А.И.Лейпунского” - самый крупный в городе, здесь работает около 4000 человек. В этом институте была введена в эксплуатацию первая в мире атомная электростанция, которая отработала 48 лет, что позволило ученым обосновать необходимость создания целого поколения атомных реакторов.

По материалам www.poisknews.ru, 27 декабря 2007
(Публикация Елены Моргуновой)