Трубчатые ультрафильтрационные мембраны представляют собой мембранную технологию, которая под давлением использует селективное проникновение и механическое просеивающее действие мембраны для достижения эффективного разделения компонентов частиц разного размера в растворе. Его основной принцип работы заключается в разнице между размером пор мембраны и размером частиц компонентов в исходном растворе. Благодаря уникальной конструкции трубчатого проточного канала создается режим фильтрации с поперечным-потоком для подавления загрязнения и поддержания стабильного потока.
С точки зрения механизма разделения, разделительный слой трубчатой ультрафильтрационной мембраны имеет однородный размер пор в диапазоне от нанометров до микрометров, обычно в диапазоне 2–100 нанометров, что соответствует пороговому значению молекулярной массы примерно 1 000–500 000 Дальтон. Когда исходный раствор протекает через внутреннюю или внешнюю стенку мембранной трубки под определенным давлением (обычно 0,1–0,5 МПа), молекулы воды и растворенные вещества малых-молекул, размер которых меньше размера пор мембраны, могут проникать через мембранный слой в сторону пермеата, образуя очищенный пермеат. При этом взвешенные частицы, коллоиды, бактерии, белки, полисахариды и т. д., размер которых превышает размер пор мембраны, удерживаются мембраной и выводятся аксиально вдоль мембранной трубки с концентратом. По сути, этот процесс представляет собой физическое просеивание, которое дополнительно усиливается за счет электростатического отталкивания заряженных частиц поверхностным зарядом мембраны, что повышает точность разделения.
Конструкция трубчатого канала потока является решающей поддержкой принципа его работы. В отличие от компактных мембран, таких как мембраны из полых волокон, в трубчатых мембранах в качестве носителя используются пористые опорные трубки диаметром от нескольких миллиметров до десятков миллиметров, что создает высокоскоростной-поперечный-поток исходного раствора внутри или снаружи трубки. Такая схема поперечного -потока гарантирует, что основная часть исходного раствора течет непрерывно параллельно поверхности мембраны, при этом лишь небольшое количество жидкости проникает через мембранный слой, что эффективно уменьшает пограничный слой мембраны и снижает концентрационную поляризацию и скорость осаждения растворенных веществ на поверхности мембраны. Между тем, широкие каналы потока снижают риск засорения твердыми частицами. Даже при наличии высокого содержания взвешенных веществ или питательных растворов с высокой-вязкостью турбулентная очистка поддерживает чистоту поверхности мембраны, что является ключом к ее превосходной способности к предотвращению обрастания по сравнению с другими конфигурациями.
During operation, the coordinated control of pressure, flow rate, and temperature directly affects operational efficiency. Appropriately increasing pressure can increase flux, but excessive pressure will exacerbate membrane fouling and energy consumption. Maintaining a sufficiently high cross-flow velocity (typically >2 м/с) имеет решающее значение для предотвращения загрязнения. Умеренный нагрев может снизить вязкость сырья и повысить эффективность массообмена, но его необходимо контролировать в пределах температурной устойчивости материала мембраны.
Таким образом, трубчатые ультрафильтрационные мембраны благодаря синергетическому механизму «давления-управляемого-просеивания по размеру пор-поперечного-подавления загрязнения потока» обеспечивают эффективное осветление, концентрирование и фракционирование сложных исходных растворов. Его принцип работы соответствует основным принципам мембранного разделения, а его структурные инновации преодолевают ограничения традиционных мембранных технологий с точки зрения защиты от обрастания и адаптации к условиям эксплуатации, что делает его надежным решением для сложных задач разделения жидкостей.
