Torukujulised ultrafiltratsioonimembraanid on võtmeprotsess polümeersete või keraamiliste toorainete muutmisel täpsete füüsikalis-keemiliste protsesside abil spetsiifiliste eraldusvõime, mehaanilise tugevuse ja stabiilse struktuuriga eraldusmembraanielementideks. Selle protsessi võib kokku võtta järgmiselt: tooraine ettevalmistamine → toe ettevalmistamine → eralduskihi moodustamine → vormimine ja kõvenemine → järel{1}}töötlemine ja testimine → mooduli kapseldamine.
Tooraine ettevalmistamine ja membraanilahuse ettevalmistamine Tootmise esimene samm on sobiva membraanimaterjali valimine selliste näitajate alusel nagu sihtmolekulmassi piirväärtus, temperatuur ja korrosioonikindlus ning mehaaniline tugevus. Levinud orgaaniliste membraanide materjalide hulka kuuluvad polüeetersulfoon (PES), polüvinülideenfluoriid (PVDF) ja polüpropüleen (PP); anorgaanilised membraanid koosnevad peamiselt alumiiniumoksiidist (Al2O3), tsirkooniumoksiidist (ZrO₂) ja titaandioksiidist (TiO₂).
Pärast materjali valimist tuleb valulahus täpselt ette valmistada. Võttes näiteks PES-i või PVDF-i, segatakse need tavaliselt lahustite (nagu N,N-dimetüülatseetamiid, DMAC) ja lisanditega (nagu polüvinüülpürrolidoon, PVP) kindlas massisuhtes (nt polümeer 10–35%, lisandid 1–20%, lahusti 50–8%). Segu segatakse 50-90 kraadi juures 12-48 tundi, et tagada täielik lahustumine, millele järgneb filtreerimine ja degaseerimine, et moodustada homogeenne ja stabiilne valulahus.
Toetuse (alustoru) ettevalmistamine: Hapra eralduskihi toetamiseks ja voolavuse tagamiseks tuleb esmalt ette valmistada poorsed tugitorud. On kaks peamist protsessi:
• Orgaaniline tugitoru: lausriidest teibid, nagu polüester ja polüetüleen, keritakse spiraalselt automaatsel torukeerimismasinale metallist kesktorule. Tugevdamine saavutatakse kuumsulamliimi ja ultrahelikeevitusega, moodustades sisemise ja välimise mittekootud komposiitkihiga tugitoru.
• Anorgaanilised tugitorud: valmistatud keraamilistest pulbritest, nagu alumiiniumoksiid ja tsirkooniumoksiid, valmistatakse need suspensioonidena, ekstrudeeritakse, kuivatatakse ja seejärel paagutatakse kõrgel temperatuuril, et moodustada kõrge -tugeva poorse struktuuriga keraamilisi torusid.
• Eralduskihi moodustumine: eralduskiht on membraani jõudlust määrav põhitegur. Selle moodustamise protsess jaguneb peamiselt kahte kategooriasse: märgfaasi inversioon ja komposiitkatmine.
1. Märgfaasi inversioon (põhiprotsess): seda protsessi kasutatakse laialdaselt orgaanilistes torukujulistes ultrafiltratsioonimembraanides. Valmistatud valulahus kaetakse ühtlaselt tugitoru sise- või välisseinale, mis seejärel kastetakse koagulatsioonivanni (tavaliselt vesi). Membraanilahuse ja koagulatsioonivanni vahel toimub faaside eraldumine koos lahusti ja mitte-lahusti vahetumisega, moodustades toetuspinnale asümmeetrilise struktuuriga üliõhukese eralduskihi. Reguleerides valulahuse koostist, temperatuuri, geelistumisaega ja tugitoru vee sisselaskenurka, saab membraani pooride suurust ja voogu täpselt kontrollida.
2. Komposiitkate: membraani saastumisvastaste omaduste parandamiseks või spetsiaalsete eraldusfunktsioonide saavutamiseks konstrueeritakse poorse toe pinnale sageli komposiitkiht. Näiteks PVDF-i tugitoru siseseina katmine hüdrofiilse PDA (dopamiini) kihiga ja seejärel GO (grafeenoksiid) nanolehtede sadestamine võib tekitada suure -voolu, suure -heeldumiskiirusega- komposiitnanofiltratsioonimembraani. Keraamiliste membraanide puhul kasutatakse sageli mitmekihilist sool{6}}geelkatmisprotsessi, mille käigus sadestatakse alumiiniumoksiidi, böömiidi ja titaandioksiidi nanosoolid järjestikku jämedale-poorsele alusele, vähendades järk-järgult pooride suurust mikromeetri tasemelt ultrafiltratsiooni tasemele (<100 nm).
Vormimine, kõvenemine ja{0}}järgne töötlemine
Pärast katmist tuleb membraan vormida ja kõvendada. Orgaanilised membraantorud jahutatakse ja kõvastatakse, seejärel lõigatakse vastavalt vajadusele standardpikkusteks. Painduvuse ja voltimiskindluse parandamiseks kastetakse need mõnikord niisutavasse lahusesse, näiteks glütseriini. Keraamilised membraanid vajavad kuivatamist ja kõrgel temperatuuril{3}}paagutamist, et tagada tugev side eralduskihi ja toe vahel, moodustades stabiilse hierarhilise pooride struktuuri.
Kvaliteedi kontroll ja kontroll
Iga tootepartii läbib range kvaliteedikontrolli, et tagada toimivuse vastavus standarditele. Peamised näitajad hõlmavad järgmist:
• Põhijõudlus: puhas veevool standardrõhul (nt 0,1-0,25 MPa). • Eraldamise jõudlus: kindla molekulmassiga standardainete (nt PEG, BSA) retentsioonimäär molekulmassi piirmäära määramiseks.
• Füüsikalised omadused: välimus, mõõtmed, seina paksus, mehaaniline tugevus ja survekindlus.
Mooduli kapseldamine: testitud membraanitorud kapseldatakse lõpliku torukujulise membraanimooduli moodustamiseks. Kapseldamise protsess hõlmab järgmist:
1. Otsa tihendamine: kuumutage-sulamist või ühendage otsakorgid membraanitoru mõlema otsa külge, et moodustada suletud õõnsus.
2. Pakkimine: mitme membraanitoru laadimine survekindlasse korpusesse vastavalt konstruktsiooninõuetele ning sisse-/väljalaskeportide, pistikute ja muude komponentide paigaldamine.
3. Lõplik ülevaatus: kapseldatud mooduli üldise õhutiheduse ja rõhu katsete tegemine. Pärast kvalifitseerimist saab seda hoiustada standardtootena või tarnida kasutamiseks.
