Cjevaste ultrafiltracijske membrane ključni su proces u transformaciji polimernih ili keramičkih sirovina u elemente membrane za odvajanje sa specifičnom izvedbom odvajanja, mehaničkom čvrstoćom i stabilnom strukturom kroz precizne fizikalno-kemijske procese. Ovaj se proces može sažeti kao: priprema sirovina → priprema potpore → formiranje razdjelnog sloja → oblikovanje i stvrdnjavanje → naknadna{1}}obrada i ispitivanje → inkapsulacija modula.
Priprema sirovog materijala i priprema otopine membrane Prvi korak u proizvodnji je odabir prikladnog materijala membrane na temelju pokazatelja kao što su granična vrijednost ciljne molekularne težine, otpornost na temperaturu i koroziju te mehanička čvrstoća. Uobičajeni organski membranski materijali uključuju polietersulfon (PES), poliviniliden fluorid (PVDF) i polipropilen (PP); anorganske membrane uglavnom se sastoje od aluminijevog oksida (Al₂O₃), cirkonijevog oksida (ZrO₂) i titanijevog dioksida (TiO₂).
Nakon odabira materijala potrebno je precizno pripremiti otopinu za lijevanje. Uzimajući PES ili PVDF kao primjere, oni se obično miješaju s otapalima (kao što je N,N-dimetilacetamid, DMAC) i aditivima (kao što je polivinilpirolidon, PVP) u specifičnom omjeru mase (npr. polimer 10-35%, aditivi 1-20%, otapalo 50-89%). Smjesa se miješa na 50-90 stupnjeva 12-48 sati kako bi se osiguralo potpuno otapanje, nakon čega slijedi filtracija i otplinjavanje kako bi se dobila homogena i stabilna otopina za lijevanje.
Priprema nosača (osnovne cijevi): Za podupiranje krhkog sloja za razdvajanje i osiguranje fluksa prvo se moraju pripremiti porozne potporne cijevi. Dva su glavna procesa:
• Organska potporna cijev: trake od ne{0}}tkane tkanine kao što su poliester i polietilen spiralno se namotavaju na metalnu središnju cijev na automatskom stroju za namatanje cijevi. Ojačanje se postiže pomoću vrućeg ljepila i ultrazvučnog zavarivanja, formirajući potpornu cijev s unutarnjim i vanjskim kompozitnim slojem od ne-tkane tkanine.
• Anorganske potporne cijevi: Izrađene od keramičkih prahova kao što su aluminijev oksid i cirkonijev oksid, ove se cijevi pripremaju kao kaše, ekstrudiraju, suše i zatim sinteriraju na visokim temperaturama kako bi se formirale keramičke cijevi visoke-čvrstoće s poroznom strukturom.
• Formiranje razdjelnog sloja: Razdjelni sloj je ključni faktor koji određuje učinkovitost membrane. Njegov proces formiranja uglavnom se dijeli u dvije kategorije: inverzija mokre faze i kompozitni premaz.
1. Inverzija mokre faze (glavni proces): Ovaj se postupak naširoko koristi u organskim cjevastim ultrafiltracijskim membranama. Pripremljena otopina za lijevanje ravnomjerno se nanosi na unutarnju ili vanjsku stijenku potporne cijevi, koja se zatim uranja u koagulacijsku kupku (obično vodu). Do odvajanja faza dolazi između membranske otopine i koagulacijske kupelji, pri čemu se otapalo i ne-otapalo izmjenjuju, tvoreći ultratanki sloj za odvajanje s asimetričnom strukturom na potpornoj površini. Kontroliranjem formulacije otopine za lijevanje, temperature, vremena geliranja i kuta ulaza vode u potpornu cijev, veličina pora i protok membrane mogu se precizno kontrolirati.
2. Kompozitni premaz: Kako bi se poboljšala svojstva membrane protiv obraštanja ili postigle posebne funkcije odvajanja, kompozitni sloj se često gradi na površini porozne podloge. Na primjer, oblaganje unutarnje stijenke PVDF potporne cijevi hidrofilnim PDA (dopaminskim) slojem i zatim taloženje GO (grafen oksid) nanoploča može proizvesti kompozitnu nanofiltracijsku membranu visokog-protoka, visoke{3}}brzine-odbacivanja. Keramičke membrane često koriste višeslojni sol{6}}postupak oblaganja gelom, uzastopno talažući nanosole glinice, bemita i titanijevog dioksida na grubu-poroznu podlogu, postupno smanjujući veličinu pora od mikrometarske do razine ultrafiltracije (<100 nm).
Oblikovanje, stvrdnjavanje i-naknadna obrada
Nakon premazivanja, membranu je potrebno oblikovati i očvrsnuti. Organske membranske cijevi se hlade i stvrdnjavaju, zatim režu na standardne duljine prema potrebi. Kako bi se poboljšala fleksibilnost i otpornost na savijanje, ponekad se uranjaju u hidratantnu otopinu poput glicerina. Keramičke membrane zahtijevaju sušenje i sinteriranje na visokoj-temperaturi kako bi se osigurala jaka veza između razdjelnog sloja i nosača, tvoreći stabilnu hijerarhijsku strukturu pora.
Inspekcija i kontrola kvalitete
Svaka serija proizvoda prolazi rigoroznu inspekciju kvalitete kako bi se osiguralo da performanse zadovoljavaju standarde. Ključni pokazatelji uključuju:
• Osnovna izvedba: Protok čiste vode pod standardnim tlakom (npr. 0,1-0,25 MPa). • Učinkovitost odvajanja: Stopa zadržavanja standardnih tvari s određenim molekularnim težinama (kao što su PEG, BSA) za određivanje granične vrijednosti molekularne težine.
• Fizička svojstva: Izgled, dimenzije, debljina stjenke, mehanička čvrstoća i otpornost na pritisak.
Inkapsulacija modula: Ispitane membranske cijevi bit će inkapsulirane kako bi se formirao konačni cjevasti membranski modul. Proces kapsuliranja uključuje:
1. Krajnje brtvljenje: topli-tapljenje ili lijepljenje završnih kapica na oba kraja membranske cijevi kako bi se formirala zatvorena šupljina.
2. Spajanje: umetanje višestrukih membranskih cijevi u kućište-otporno na pritisak prema zahtjevima dizajna i ugradnja ulaznih/izlaznih otvora, konektora i drugih komponenti.
3. Završna inspekcija: Izvođenje opće nepropusnosti i ispitivanja tlaka na inkapsuliranom modulu. Nakon što se kvalificira, može se pohraniti kao standardni proizvod ili isporučiti za korištenje.
