Учёные Санкт‑Петербургского государственного университета (СПбГУ) совершили прорыв: они разработали первое сорбент‑изделие с использованием 3D‑печати. Инновация может изменить подход к очистке газов и жидкостей в промышленности — сделать установки компактнее, долговечнее и эффективнее.
В чём проблема старых методов?
Сейчас в промышленных установках чаще всего используют гранулированные или дроблёные адсорбенты — их засыпают в оборудование в виде насыпной шихты. Но у такого подхода есть серьёзные минусы:
- гранулы со временем разрушаются из‑за внешних воздействий;
- снижается качество очистки;
- повышается риск выхода оборудования из строя.
Решение: блочные адсорбенты нового поколения
Команда материаловедов Передовой инженерной школы СПбГУ предложила альтернативу — блочные углеродные адсорбенты, созданные с помощью аддитивных технологий (3D‑печати). Их ключевые преимущества:
- устойчивость к механическим воздействиям — блоки не крошатся и не разрушаются, как гранулы;
- быстрое насыщение — эффективнее поглощают загрязнители;
- низкое гидравлическое сопротивление — меньше нагрузки на систему;
- управляемая структура — можно задавать нужную форму и свойства на этапе проектирования;
- сотовая структура — снижает диффузионные ограничения и повышает эффективность в динамических условиях.
Такие сорбенты особенно актуальны для химической, нефтеперерабатывающей, электронной и других отраслей промышленности.
Как это сделали: три технологии на выбор
Учёные протестировали три метода 3D‑печати, чтобы найти оптимальный:
- DIW‑печать пастами (экструзионная печать) — подходит для пористых углеродных изделий, но ограничена высокой стоимостью сырья.
- Стереолитография (фотополимеризация) — также применима, но имеет схожие ограничения по цене материалов.
- Селективное лазерное спекание — оказалось наиболее перспективным.
Для последнего метода исследователи подобрали идеальную порошковую смесь:
- 60 % антрацита (каменный уголь высшей степени метаморфизма) — служит высокоуглеродистым неплавким наполнителем;
- 40 % новолачных фенолформальдегидных смол — выполняют роль термореактивного связующего.
Такое сочетание обеспечило оптимальную прочность изделий и высокое качество 3D‑печати.
Новая технология открывает путь к созданию:
- более компактных очистных установок;
- долговечных систем с минимальным обслуживанием;
- эффективных решений для очистки воды, газов, сырья и готовой продукции;
- экологичных производств с меньшим количеством отходов.
«Мы не просто печатаем сорбент — мы проектируем его структуру и свойства под конкретные задачи. Это новый уровень контроля над материалом», — отмечают в СПбГУ.
Разработка учёных СПбГУ — яркий пример того, как аддитивные технологии могут преобразить традиционные промышленные процессы, сделав их надёжнее и экономичнее.