Учёные Передовой инженерной школы Санкт‑Петербургского государственного университета (ПИШ СПбГУ) разработали первое сорбционное блочное изделие, созданное с применением аддитивных технологий, то есть с помощью 3D‑печати.
Это достижение может существенно улучшить процессы очистки в разных отраслях промышленности.
Традиционно в промышленности используют гранулированные или дроблёные адсорбенты в виде насыпной шихты. Со временем они разрушаются из‑за вибрации, перепадов температуры и давления, что снижает качество очистки и может вывести оборудование из строя.
Разработанный учёными блочный углеродный адсорбент лишён этих недостатков — более устойчив к механическим воздействиям, быстрее насыщается, имеет меньшее гидравлическое сопротивление, отличается меньшими диффузионными ограничениями (особенно это касается блоков с сотовой структурой).
Исследователи протестировали три метода 3D‑печати — DIW‑печать пастами, стереолитографию (SLA) и селективное лазерное спекание (SLS).
Оптимальным оказался метод селективного лазерного спекания (SLS), он позволяет использовать традиционные источники сырья для пористых углеродных материалов и тем самым снижает стоимость конечного продукта.
Для печати учёные подобрали специальную порошковую смесь: 60 % антрацита (каменный уголь высшей степени метаморфизма), он служит высокоуглеродистым неплавким наполнителем и 40 % новолачных фенолформальдегидных смол, это термореактивное связующее, которое затвердевает при нагревании.
Блоки изготовили на SLS‑принтере ПИШ СПбГУ — он позволяет создавать изделия сложной геометрической формы.
Сорбционно‑активные материалы применяют для очистки воды и других жидкостей, газовых сред, сырья и готовых продуктов.
Это актуально для химической и нефтеперерабатывающей промышленности, электроники, фармацевтики и медицины, пищевой отрасли, строительства, водоподготовки и водоочистки, бытовых нужд.
Команда учёных планирует оптимизировать гранулометрический состав порошковой смеси, добавить модификаторы для улучшения эксплуатационных свойств, изучить сорбенты разной геометрии (решётчатые структуры, гироиды и др.) и оценить, как форма блока влияет на его эффективность.
«3D‑печать — это новый этап в разработке сорбционных систем. Технология поможет создавать более компактные, долговечные и эффективные установки, которые станут перспективной альтернативой существующим методам очистки», — отмечают исследователи. Разработка материаловедов СПбГУ открывает путь к более надёжным и экономичным решениям в промышленной очистке сред — и подтверждает статус университета как одного из ведущих научно‑образовательных центров России.
Наш корр.
Фото — spbu.ru