28 апреля стало известно о разработке материаловедов СПбГУ: они напечатали сорбционное блочное изделие с заданной геометрией. Для промышленной очистки газовых и жидких сред это важный сдвиг: фильтр становится не просто насыпкой, а рассчитанной деталью.
Что именно сделали в Петербурге
Материаловеды Передовой инженерной школы СПбГУ создали сорбционное блочное изделие с использованием аддитивных технологий. Как сообщает портал «Научная Россия», разработка позволяет задавать структуру и эксплуатационные свойства сорбента ещё на этапе печати.
Речь идёт о материалах, которые поглощают и концентрируют вещества поверхностью. Такие адсорбенты применяют для очистки газовых сред, воды, сырья и готовых продуктов в химической, нефтеперерабатывающей, электронной, фармацевтической, пищевой отраслях и в водоподготовке.
Обычный промышленный адсорбент часто выглядит как гранулы или дроблёная засыпка внутри аппарата. Через этот слой пропускают поток, а материал должен задержать лишние примеси и не мешать движению среды.
Почему гранулы хотят заменить блоком
Главная проблема насыпной шихты — механический износ. В установках есть вибрация, перепады давления и температуры, истирание: гранулы постепенно разрушаются, качество очистки падает, а оборудование получает лишнюю нагрузку.
В напечатанном блоке геометрия фиксирована. По данным СПбГУ, такое изделие устойчивее к механическим воздействиям, быстрее насыщается и показывает меньшее гидравлическое сопротивление. Для газового потока это особенно заметно: чем меньше сопротивление, тем проще проталкивать среду через фильтрующий элемент.
Учёные выделяют сотовую структуру. Она уменьшает диффузионные ограничения по сравнению с насыпной загрузкой: потоку легче проходить через каналы, а активная поверхность остаётся доступной для контакта с очищаемой средой.
Три технологии и выбор в пользу лазера
Команда СПбГУ проверила три подхода: DIW-печать пастами, стереолитографию и селективное лазерное спекание. Mashnews уточняет, что первые два метода применимы для пористых углеродных изделий, но ограничены стоимостью сырья.
В фокусе исследователей оказался SLS-метод — селективное лазерное спекание. В нём изделие формируется из порошка: лазер послойно связывает материал там, где должна появиться деталь сложной формы.
Профессор Передовой инженерной школы СПбГУ Вячеслав Самонин объяснил «Научной России», что этот подход позволяет использовать традиционные источники сырья для пористых углеродных материалов. Для будущего промышленного применения это важнее эффектной формы: себестоимость определяет, сможет ли технология выйти за пределы лаборатории.
Из чего напечатали сорбент
Для лазерного спекания исследователи подбирали порошковую смесь с высокой плотностью, хорошим выходом углерода после высокотемпературной обработки и низкой усадкой при печати. В итоге основой стал антрацит — высокоуглеродистый неплавкий наполнитель.
Второй компонент — новолачные фенолформальдегидные смолы, которые выступили термореактивным связующим. По данным ТАСС, оптимальным оказалось соотношение 60% антрацита и 40% смол: оно дало лучший баланс прочности изделия и качества 3D-печати.
Такой состав важен не только как рецепт. Он показывает, что аддитивная технология здесь работает не с декоративной моделью, а с функциональным материалом: у детали должны сохраняться пористость, прочность и предсказуемое поведение в потоке.
Где это может пригодиться
Разработка рассчитана на установки очистки газовых и жидких сред. В сообщении о проекте перечислены химическая, нефтеперерабатывающая и электронная промышленность — отрасли, где стабильность состава среды влияет на работу оборудования и качество продукта.
Для Петербурга это ещё один пример того, как университетская инженерная школа работает не только с фундаментальной химией, но и с формой будущего изделия. Деталь печатают так, чтобы она сразу соответствовала задаче: выдерживала поток, не крошилась и давала нужную площадь контакта.
Пока это исследовательская разработка, а не бытовой фильтр для квартиры. Но логика понятна: если форму можно печатать под конкретный аппарат, то сорбент перестаёт быть универсальной засыпкой и становится настраиваемым элементом технологической линии.
Что будут проверять дальше
Следующий этап — довести смесь и геометрию до более точных параметров. Учёные СПбГУ планируют оптимизировать гранулометрический состав порошка, добавлять эксплуатационные модификаторы и пробовать другие термореактивные связующие.
Отдельное направление — форма блоков. Помимо сот, исследователи хотят изучить решётчатые структуры, гироиды и другие геометрии, чтобы понять, как рисунок каналов влияет на сорбционные и эксплуатационные характеристики.
Именно здесь 3D-печать раскрывается сильнее всего. В обычной насыпке инженер управляет материалом, но хуже управляет внутренней архитектурой слоя. В печатном сорбенте можно менять и состав, и маршрут потока — а затем сравнивать, какая форма очищает эффективнее.