Cjevaste ultrafiltracione membrane ključni su proces u transformaciji polimernih ili keramičkih sirovina u elemente separacijske membrane sa specifičnim performansama odvajanja, mehaničkom čvrstoćom i stabilnom strukturom kroz precizne fizičko-hemijske procese. Ovaj proces se može sažeti kao: priprema sirovine → priprema potpore → formiranje separacionog sloja → oblikovanje i očvršćavanje → naknadna- obrada i testiranje → inkapsulacija modula.
Priprema sirovina i priprema membranskog rastvora Prvi korak u proizvodnji je odabir odgovarajućeg membranskog materijala na osnovu indikatora kao što su ograničenje ciljane molekulske težine, otpornost na temperaturu i koroziju i mehanička čvrstoća. Uobičajeni organski materijali za membranu uključuju polietersulfon (PES), poliviniliden fluorid (PVDF) i polipropilen (PP); anorganske membrane se uglavnom sastoje od glinice (Al₂O₃), cirkonijum oksida (ZrO₂) i titanijum dioksida (TiO₂).
Nakon odabira materijala potrebno je precizno pripremiti otopinu za livenje. Uzimajući PES ili PVDF kao primjere, oni se obično miješaju sa rastvaračima (kao što je N,N-dimetilacetamid, DMAC) i aditivima (kao što je polivinilpirolidon, PVP) u specifičnom masenom omjeru (npr. polimer 10-35%, aditivi 1-20-8%), rastvarač Smjesa se miješa na 50-90 stepeni 12-48 sati kako bi se osiguralo potpuno otapanje, nakon čega slijedi filtracija i otplinjavanje kako bi se formirala homogena i stabilna otopina za livenje.
Priprema nosača (osnovna cijev): Da bi se podržao lomljivi sloj za odvajanje i osigurao fluks, prvo se moraju pripremiti porozne potporne cijevi. Postoje dva glavna procesa:
• Organska potporna cijev: trake od netkanog materijala kao što su poliester i polietilen spiralno su namotane na metalnu centralnu cijev na mašini za automatsko namotavanje cijevi. Ojačanje se postiže vrućim topljivim ljepilom i ultrazvučnim zavarivanjem, formirajući potpornu cijev sa unutrašnjim i vanjskim ne-kompozitnim slojem od netkanog materijala.
• Neorganske potporne cijevi: Napravljene od keramičkih prahova kao što su aluminij i cirkonijum oksid, ove cijevi se pripremaju kao kaša, ekstrudiraju, suše i zatim sinteruju na visokim temperaturama kako bi se formirale keramičke cijevi visoke{0}}porozne strukture.
• Formiranje separacionog sloja: Sloj za odvajanje je ključni faktor koji određuje performanse membrane. Proces njegovog formiranja uglavnom je podijeljen u dvije kategorije: inverzija mokre faze i kompozitni premaz.
1. Inverzija mokre faze (Mainstream Proces): Ovaj proces se široko koristi u organskim tubularnim ultrafiltracijskim membranama. Pripremljeni rastvor za livenje ravnomerno se nanosi na unutrašnji ili spoljašnji zid potporne cevi, koji se zatim uranja u koagulacionu kupku (obično vodu). Razdvajanje faza se dešava između rastvora membrane i koagulacione kupke, uz izmjenu rastvarača i ne-otapala, formirajući ultratanki sloj za razdvajanje asimetrične strukture na površini nosača. Kontrolom formulacije otopine za livenje, temperature, vremena geliranja i ugla ulaza vode u potpornu cijev, može se precizno kontrolirati veličina pora i protok membrane.
2. Kompozitni premaz: Da bi se poboljšala svojstva membrane protiv obraštanja ili da bi se postigle posebne funkcije razdvajanja, kompozitni sloj se često konstruiše na površini poroznog nosača. Na primjer, oblaganje unutrašnjeg zida PVDF potporne cijevi hidrofilnim PDA (dopamin) slojem, a zatim nanošenjem GO (grafenskog oksida) nanoplasta može proizvesti kompozitnu nanofiltracijsku membranu sa visokim -fluksom, velikom-odbacivanjem-brzinom. Keramičke membrane često koriste proces višeslojnog sol-gel premaza, uzastopno taloženjem nanosola glinice, bemita i titanijum dioksida na grubu{7}}poroznu podlogu, postepeno smanjujući veličinu pora od nivoa mikrometara do nivoa ultrafiltracije (<100 nm).
Formiranje, očvršćavanje i naknadni{0}}tretman
Nakon nanošenja premaza, membranu je potrebno formirati i očvrsnuti. Organske membranske cijevi se hlade i stvrdnjavaju, a zatim režu na standardne dužine prema potrebi. Da bi se poboljšala fleksibilnost i otpornost na savijanje, ponekad se uranjaju u hidratantnu otopinu kao što je glicerin. Keramičke membrane zahtijevaju sušenje i visoko{3}}sinteriranje kako bi se osigurala jaka veza između sloja za razdvajanje i nosača, formirajući stabilnu hijerarhijsku strukturu pora.
Inspekcija i kontrola kvaliteta
Svaka serija proizvoda prolazi rigoroznu inspekciju kvaliteta kako bi se osiguralo da performanse ispunjavaju standarde. Ključni indikatori uključuju:
• Osnovne performanse: tok čiste vode pod standardnim pritiskom (npr. 0,1-0,25 MPa). • Performanse razdvajanja: Stopa zadržavanja standardnih supstanci sa specifičnim molekularnim težinama (kao što su PEG, BSA) za određivanje granične molekulske težine.
• Fizička svojstva: Izgled, dimenzije, debljina zida, mehanička čvrstoća i otpornost na pritisak.
Inkapsulacija modula: Testirane membranske cijevi će biti inkapsulirane kako bi se formirao konačni cijevni membranski modul. Proces inkapsulacije uključuje:
1. Završno zaptivanje: Zagrijte-završne poklopce za topljenje ili zalijepite na oba kraja membranske cijevi kako bi se formirala zatvorena šupljina.
2. Spajanje: umetanje više membranskih cijevi u kućište otporno na pritisak-u skladu sa zahtjevima dizajna, i instaliranje ulaznih/izlaznih priključaka, konektora i drugih komponenti.
3. Završna inspekcija: Izvođenje općeg ispitivanja nepropusnosti i pritiska na inkapsuliranom modulu. Kada se kvalificira, može se skladištiti kao standardni proizvod ili isporučiti za upotrebu.
