Cevaste ultrafiltracijske membrane so ključni proces pri preoblikovanju polimernih ali keramičnih surovin v elemente ločevalne membrane s posebnimi ločevalnimi zmogljivostmi, mehansko trdnostjo in stabilno strukturo z natančnimi fizikalno-kemijskimi postopki. Ta postopek lahko povzamemo kot: priprava surovine → priprava podpore → oblikovanje ločilne plasti → oblikovanje in utrjevanje → naknadna{1}}obdelava in testiranje → inkapsulacija modula.
Priprava surovin in priprava membranske raztopine Prvi korak v proizvodnji je izbira ustreznega membranskega materiala na podlagi indikatorjev, kot so mejna vrednost ciljne molekulske mase, temperaturna in korozijska odpornost ter mehanska trdnost. Pogosti organski membranski materiali vključujejo polietersulfon (PES), poliviniliden fluorid (PVDF) in polipropilen (PP); anorganske membrane so v glavnem sestavljene iz aluminijevega oksida (Al₂O₃), cirkonijevega oksida (ZrO₂) in titanovega dioksida (TiO₂).
Po izbiri materiala je treba natančno pripraviti raztopino za ulivanje. Če za primer vzamemo PES ali PVDF, sta običajno pomešana s topili (kot je N,N-dimetilacetamid, DMAC) in dodatki (kot je polivinilpirolidon, PVP) v določenem masnem razmerju (npr. polimer 10–35 %, dodatki 1–20 %, topilo 50–89 %). Zmes mešamo pri 50-90 stopinjah 12-48 ur, da zagotovimo popolno raztapljanje, čemur sledi filtracija in razplinjevanje, da nastane homogena in stabilna raztopina za ulivanje.
Priprava podpore (osnovne cevi): Za podporo krhkega ločilnega sloja in zagotovitev pretoka je treba najprej pripraviti porozne podporne cevi. Obstajata dva glavna postopka:
• Organska podporna cev: trakovi iz ne-tkanega blaga, kot sta poliester in polietilen, so spiralno naviti na kovinsko osrednjo cev na avtomatskem stroju za navijanje cevi. Ojačitev je dosežena z vročim talilnim lepilom in ultrazvočnim varjenjem, ki tvori nosilno cev z notranjim in zunanjim kompozitnim slojem iz ne-tkane tkanine.
• Anorganske podporne cevi: izdelane iz keramičnih praškov, kot sta aluminijev oksid in cirkonijev oksid, so te cevi pripravljene kot gošča, ekstrudirane, posušene in nato sintrane pri visokih temperaturah, da nastanejo -keramične cevi visoke trdnosti s porozno strukturo.
• Oblikovanje ločevalne plasti: ločevalna plast je ključni dejavnik, ki določa delovanje membrane. Njegov proces nastajanja je v glavnem razdeljen na dve kategoriji: inverzija mokre faze in kompozitni premaz.
1. Inverzija mokre faze (mainstream proces): Ta postopek se pogosto uporablja v organskih cevastih ultrafiltracijskih membranah. Pripravljeno livno raztopino enakomerno nanesemo na notranjo ali zunanjo steno nosilne cevi, ki jo nato potopimo v koagulacijsko kopel (običajno vodo). Med membransko raztopino in koagulacijsko kopeljo pride do ločevanja faz z izmenjavo topila in ne-topila, ki tvori ultratanko ločilno plast z asimetrično strukturo na nosilni površini. Z nadzorom formulacije raztopine za ulivanje, temperature, časa geliranja in kota vstopa vode v nosilno cev je mogoče natančno nadzorovati velikost por in pretok membrane.
2. Kompozitna prevleka: Za izboljšanje lastnosti membrane proti obraščanju ali doseganje posebnih funkcij ločevanja je na površini porozne podlage pogosto izdelana kompozitna plast. Če na primer prekrijete notranjo steno nosilne cevi PVDF s hidrofilno plastjo PDA (dopamin) in nato nanesete nanoplaste GO (grafen oksid), lahko ustvarite kompozitno nanofiltracijsko membrano z visokim-pretokom in visoko-zavrnitvijo-. Keramične membrane pogosto uporabljajo postopek nanosa večplastne sol-gelske prevleke, pri čemer zaporedno odlagajo nanosole aluminijevega oksida, bemita in titanovega dioksida na grobo-porozno podlago, pri čemer se velikost por postopoma zmanjšuje od mikrometrske ravni do ravni ultrafiltracije (<100 nm).
Oblikovanje, strjevanje in naknadna{0}}obdelava
Po nanosu je treba membrano oblikovati in utrditi. Organske membranske cevi se ohladijo in strdijo, nato pa po potrebi razrežejo na standardne dolžine. Za izboljšanje prožnosti in odpornosti na gube jih včasih potopimo v vlažilno raztopino, kot je glicerin. Keramične membrane zahtevajo sušenje in visoko{3}}temperaturno sintranje, da se zagotovi močna vez med ločilno plastjo in nosilcem, ki tvori stabilno hierarhično strukturo por.
Inšpekcija in kontrola kakovosti
Vsaka serija izdelkov je podvržena strogemu pregledu kakovosti, da zagotovimo, da zmogljivost ustreza standardom. Ključni kazalniki vključujejo:
• Osnovna zmogljivost: pretok čiste vode pod standardnim tlakom (npr. 0,1–0,25 MPa). • Učinkovitost ločevanja: Stopnja zadrževanja standardnih snovi s specifičnimi molekulskimi masami (kot je PEG, BSA) za določitev mejne vrednosti molekulske mase.
• Fizikalne lastnosti: Videz, mere, debelina stene, mehanska trdnost in odpornost na pritisk.
Enkapsulacija modula: Preizkušene membranske cevi bodo inkapsulirane v končni cevni membranski modul. Postopek inkapsulacije vključuje:
1. Zapiranje koncev: toplotno-taljenje ali lepljenje končnih pokrovčkov na oba konca membranske cevi, da se tvori zaprta votlina.
2. Združevanje: nalaganje več membranskih cevi v tlačno{1}}odporno ohišje v skladu z zahtevami zasnove in namestitev vstopnih/izstopnih odprtin, priključkov in drugih komponent.
3. Končni pregled: Izvedba splošnih preskusov zrakotesnosti in tlaka na inkapsuliranem modulu. Ko je kvalificiran, ga je mogoče shraniti kot standardni izdelek ali dostaviti v uporabo.
