Трубчатые ультрафильтрационные мембраны являются ключевым процессом в преобразовании полимерного или керамического сырья в элементы разделительной мембраны с особыми характеристиками разделения, механической прочностью и стабильной структурой посредством точных физико-химических процессов. Этот процесс можно резюмировать следующим образом: подготовка сырья → подготовка подложки → формирование разделительного слоя → формование и отверждение → пост-обработка и тестирование → инкапсуляция модуля.
Подготовка сырья и приготовление раствора мембраны. Первым шагом в производстве является выбор подходящего материала мембраны на основе таких показателей, как целевое предельное значение молекулярной массы, температурная и коррозионная стойкость, а также механическая прочность. Обычные органические мембранные материалы включают полиэфирсульфон (ПЭС), поливинилиденфторид (ПВДФ) и полипропилен (ПП); неорганические мембраны состоят в основном из оксида алюминия (Al₂O₃), оксида циркония (ZrO₂) и диоксида титана (TiO₂).
После выбора материала необходимо точно подготовить раствор для литья. Если взять в качестве примера ПЭС или ПВДФ, их обычно смешивают с растворителями (такими как N,N-диметилацетамид, ДМАЦ) и добавками (такими как поливинилпирролидон, ПВП) в определенном массовом соотношении (например, полимер 10-35%, добавки 1-20%, растворитель 50-89%). Смесь перемешивают при температуре 50-90 градусов в течение 12-48 часов для обеспечения полного растворения, после чего следует фильтрация и дегазация с образованием гомогенного и стабильного отливочного раствора.
Подготовка опоры (основной трубки): Для поддержки хрупкого разделительного слоя и обеспечения флюса необходимо сначала подготовить пористые опорные трубки. Есть два основных процесса:
• Опорная трубка из органического материала: ленты из нетканого материала, такого как полиэстер и полиэтилен, спирально наматываются на металлическую центральную трубку на автоматической машине для намотки трубок. Армирование достигается за счет термоплавкого клея и ультразвуковой сварки, образующей опорную трубку с внутренним и внешним композитным слоем из нетканого материала.
• Неорганические опорные трубки: изготовленные из керамических порошков, таких как оксид алюминия и циркония, эти трубки готовятся в виде суспензий, экструдируются, сушатся, а затем спекаются при высоких температурах с образованием высоко-керамических трубок с пористой структурой.
• Формирование разделительного слоя: Разделительный слой является основным фактором, определяющим эксплуатационные характеристики мембраны. Процесс его формирования в основном делится на две категории: инверсия влажной фазы и композитное покрытие.
1. Инверсия влажной фазы (основной процесс). Этот процесс широко используется в органических трубчатых ультрафильтрационных мембранах. Приготовленный заливочный раствор равномерно наносится на внутреннюю или внешнюю стенку опорной трубы, которую затем погружают в коагуляционную ванну (обычно воду). Разделение фаз происходит между мембранным раствором и коагуляционной ванной с заменой растворителя и не-растворителя, образуя ультратонкий разделительный слой с асимметричной структурой на поверхности носителя. Контролируя состав заливочного раствора, температуру, время гелеобразования и угол входа воды в опорную трубку, можно точно контролировать размер пор и поток мембраны.
2. Композитное покрытие. Чтобы улучшить противообрастающие свойства мембраны или добиться особых разделительных функций, на поверхности пористой основы часто создают композитный слой. Например, покрытие внутренней стенки опорной трубки из ПВДФ гидрофильным слоем ПДА (дофамина) и последующее осаждение нанолистов ГО (оксида графена) может создать композитную нанофильтрационную мембрану с высоким-потоком и высокой-скоростью отторжения-. Керамические мембраны часто используют процесс многослойного золь-гельного покрытия, при котором нанозоли оксида алюминия, бемита и диоксида титана последовательно осаждаются на крупнопористую-подложку, постепенно уменьшая размер пор от уровня микрометра до уровня ультрафильтрации (<100 nm).
Формование, отверждение и последующая-обработка
После нанесения покрытия мембрану необходимо сформировать и отвердить. Трубки из органических мембран охлаждают и отверждают, а затем режут на стандартную длину по мере необходимости. Чтобы улучшить гибкость и устойчивость к сгибанию, их иногда погружают в увлажняющий раствор, например глицерин. Керамические мембраны требуют сушки и-спекания при высоких температурах, чтобы обеспечить прочную связь между разделительным слоем и подложкой, образуя стабильную иерархическую пористую структуру.
Проверка и контроль качества
Каждая партия продукции проходит строгий контроль качества, чтобы гарантировать соответствие характеристик стандартам. Ключевые показатели включают в себя:
• Базовые характеристики: поток чистой воды при стандартном давлении (например, 0,1-0,25 МПа). • Эффективность разделения: степень удерживания стандартных веществ с определенной молекулярной массой (таких как ПЭГ, БСА) для определения предельной молекулярной массы.
• Физические свойства: внешний вид, размеры, толщина стенок, механическая прочность и устойчивость к давлению.
Инкапсуляция модуля: Испытанные мембранные трубки будут инкапсулированы для формирования окончательного трубчатого мембранного модуля. Процесс инкапсуляции включает в себя:
1. Торцевое уплотнение: нагрейте-плавление или приклеивание торцевых крышек к обоим концам мембранной трубки, чтобы образовалась закрытая полость.
2. Объединение в пакеты: загрузка нескольких мембранных трубок в -устойчивый к давлению корпус в соответствии с проектными требованиями и установка впускных/выпускных портов, разъемов и других компонентов.
3. Заключительная проверка: проведение испытаний на общую герметичность и давление герметизированного модуля. После сертификации его можно хранить как стандартный продукт или доставлять для использования.
