Torukujulised ultrafiltratsioonimembraanid on membraanitehnoloogia, mis rõhu all kasutab membraani selektiivset läbitungimist ja mehaanilist sõelumist, et saavutada lahuses erineva suurusega osakeste komponentide tõhus eraldamine. Selle põhitööpõhimõte seisneb erinevuses membraani pooride suuruse ja toitelahuse komponentide osakeste suuruse vahel. Tänu ainulaadsele torukujulisele voolukanali konstruktsioonile luuakse rist-voolu filtreerimise režiim, et tõkestada saastumist ja säilitada stabiilne voog.
Eraldusmehhanismi seisukohast on torukujulise ultrafiltratsioonimembraani eralduskihi pooride ühtlane suurus vahemikus nanomeetritest mikromeetriteni, tavaliselt vahemikus 2–100 nanomeetrit, mis vastab molekulmassi piirväärtusele ligikaudu 1000–500 000 daltonit. Kui toitelahus voolab teatud rõhu all (tavaliselt 0,1–0,5 MPa) läbi membraanitoru sise- või välisseina, võivad veemolekulid ja membraani pooride suurusest väiksemad molekulaarsed lahustunud ained imbuda läbi membraanikihi permeaadi küljele, moodustades puhastatud permeaadi. Vahepeal jäävad membraani pooride suurusest suuremad suspendeeritud osakesed, kolloidid, bakterid, valgud, polüsahhariidid jne. See protsess on sisuliselt füüsiline sõelumine, mida suurendab veelgi laetud osakeste elektrostaatiline tõrjumine membraani pinnalaengu poolt, parandades seega eraldamise täpsust.
Torukujuline voolukanali disain toetab selle tööpõhimõtet. Erinevalt kompaktsetest membraanidest, nagu õõneskiudmembraanid, kasutavad torukujulised membraanid kandjana poorseid tugitorusid läbimõõduga mitmest millimeetrist kümnete millimeetriteni, luues toitelahuse suure -kiire-voolu toru sees või väljaspool. See rist-voolumuster tagab, et suurem osa toitelahusest voolab pidevalt paralleelselt membraani pinnaga, vaid väike kogus vedelikku imbub läbi membraanikihi, vähendades tõhusalt membraani piirkihti ja alandades kontsentratsiooni polarisatsiooni ja lahustunud ainete sadestumise kiirust membraani pinnal. Samal ajal vähendavad laiad voolukanalid tahkete osakeste ummistumise ohtu. Isegi suure hõljuvainete või suure viskoossusega toitelahuste korral säilitab turbulentne küürimine membraani pinna puhtuse, mis on teiste konfiguratsioonidega võrreldes võti selle suurepärasele saastumisvastasele võimele.
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 m/s) on saastumise tõkestamiseks ülioluline. Mõõdukas kuumutamine võib vähendada etteande viskoossust ja parandada massiülekande efektiivsust, kuid seda tuleb kontrollida membraanimaterjali temperatuurikindluse vahemikus.
Kokkuvõttes saavutavad torukujulised ultrafiltratsioonimembraanid sünergilise mehhanismi, mille eesmärk on "rõhuga -juhitud-pooride suuruse sõelumine-ristvoolu-saastumisvastane toime", mis võimaldab kompleksse toitelahuse tõhusat selgitamist, kontsentreerimist ja fraktsioneerimist. Selle tööpõhimõte järgib membraanide eraldamise põhiprintsiipe, samas kui selle struktuurne uuendus ületab traditsioonilise membraanitehnoloogia piirangud saastumisvastases ja töötingimustega kohanemises, muutes selle usaldusväärseks lahenduseks vedelike eraldamise ülesannete täitmisel.
