A cső alakú ultraszűrő membránok kulcsfontosságú folyamatok a polimer vagy kerámia nyersanyagok specifikus elválasztási teljesítményű, mechanikai szilárdságú és stabil szerkezetű elválasztó membránelemekké alakításában precíz fizikai-kémiai folyamatok révén. Ez a folyamat a következőképpen foglalható össze: nyersanyag előkészítés → hordozó előkészítés → elválasztó réteg kialakítása → formázás és kikeményítés → utó{1}}feldolgozás és tesztelés → modul kapszulázása.
Nyersanyag-előkészítés és membránoldat-előkészítés A gyártás első lépése a megfelelő membránanyag kiválasztása olyan mutatók alapján, mint a célmolekulatömeg-határérték, a hőmérséklet- és korrózióállóság, valamint a mechanikai szilárdság. A szokásos szerves membránanyagok közé tartozik a poliéterszulfon (PES), a polivinilidén-fluorid (PVDF) és a polipropilén (PP); A szervetlen membránok főként alumínium-oxidból (Al2O3), cirkónium-oxidból (ZrO2) és titán-dioxidból (TiO2) állnak.
Az anyag kiválasztása után az öntési megoldást pontosan el kell készíteni. A PES-t vagy a PVDF-et például jellemzően oldószerekkel (például N,N-dimetil-acetamid, DMAC) és adalékanyagokkal (például polivinil-pirrolidonnal, PVP-vel) keverik meghatározott tömegarányban (pl. polimer 10-35%, adalékok 1-20%, oldószer 50-8%). Az elegyet 50-90 fokon 12-48 órán át keverjük, hogy biztosítsuk a teljes oldódást, majd szűrjük és gáztalanítjuk, hogy homogén és stabil öntőoldatot kapjunk.
A támasztó (alapcső) előkészítése: A törékeny elválasztóréteg alátámasztásához és a folyékonyság biztosításához először porózus tartócsöveket kell előkészíteni. Két fő folyamat van:
• Szerves támasztócső: A nem{0}}szövött szövetszalagokat, például a poliésztert és a polietilént, spirálisan feltekerik egy fém központi csőre egy automatikus csőtekercselő gépen. A megerősítést forró olvadékragasztóval és ultrahangos hegesztéssel érik el, amely egy tartócsövet képez egy belső és külső nem-szövet kompozit réteggel.
• Szervetlen hordozócsövek: Kerámiaporokból, például alumínium-oxidból és cirkónium-oxidból készülnek, ezeket a csöveket iszap formájában állítják elő, extrudálják, szárítják, majd magas hőmérsékleten szinterelik, hogy nagyszilárdságú, porózus szerkezetű kerámia csöveket kapjanak.
• Elválasztó réteg kialakulása: Az elválasztó réteg a membrán teljesítményét meghatározó alapvető tényező. Kialakításának folyamata alapvetően két kategóriába sorolható: nedves fázis inverzió és kompozit bevonat.
1. Nedves fázis inverzió (főfolyamat): Ezt az eljárást széles körben alkalmazzák szerves cső alakú ultraszűrő membránokban. Az elkészített öntvényoldatot egyenletesen bevonják a tartócső belső vagy külső falára, amelyet ezután koaguláló fürdőbe (általában vízbe) merítenek. A fázisszétválás a membránoldat és a koagulációs fürdő között történik, oldószer és nem -oldószer cserével, így a hordozófelületen aszimmetrikus szerkezetű ultravékony elválasztóréteg alakul ki. Az öntőoldat összetételének, a hőmérsékletnek, a gélesedési időnek és a tartócső vízbemeneti szögének szabályozásával a membrán pórusmérete és fluxusa pontosan szabályozható.
2. Kompozit bevonat: A membrán lerakódásgátló tulajdonságainak javítása vagy speciális elválasztási funkciók elérése érdekében gyakran kompozit réteget építenek a porózus hordozó felületére. Például egy PVDF tartócső belső falának bevonása hidrofil PDA (dopamin) réteggel, majd GO (grafén-oxid) nanorétegek felvitele nagy-fluxusú, nagy-elutasító-arányú kompozit nanoszűrő membránt eredményezhet. A kerámia membránok gyakran alkalmaznak többrétegű szol-gél bevonási eljárást, amely során egymás után alumínium-oxid, böhmit és titán-dioxid nanoszolokat visznek fel egy durva-porózus hordozóra, fokozatosan csökkentve a pórusméretet a mikrométerről az ultraszűrési szintre (<100 nm).
Formázás, kikeményedés és utókezelés{0}}
A bevonatolás után a membránt meg kell alakítani és meg kell téríteni. A szerves membráncsöveket lehűtik és kikeményítik, majd szükség szerint szabványos hosszra vágják. A rugalmasság és a hajtogatási ellenállás javítása érdekében néha hidratáló oldatba, például glicerinbe merítik. A kerámia membránok szárítást és magas hőmérsékletű szinterezést igényelnek, hogy erős kötést biztosítsanak az elválasztóréteg és a hordozó között, így stabil hierarchikus pórusszerkezet alakul ki.
Minőségellenőrzés és ellenőrzés
Minden egyes tétel termék szigorú minőségellenőrzésen megy keresztül, hogy megbizonyosodjon arról, hogy a teljesítmény megfelel a szabványoknak. A legfontosabb mutatók a következők:
• Alapvető teljesítmény: Tiszta víz fluxus normál nyomáson (pl. 0,1-0,25 MPa). • Elválasztási teljesítmény: specifikus molekulatömegű standard anyagok (például PEG, BSA) retenciós aránya a molekulatömeg határértékének meghatározásához.
• Fizikai tulajdonságok: Megjelenés, méretek, falvastagság, mechanikai szilárdság és nyomásállóság.
Modul tokozása: A tesztelt membráncsöveket a végső cső alakú membránmodul kialakításához kapszulázzák. A kapszulázási folyamat a következőket tartalmazza:
1. Végzáró tömítés: Melegítse- az olvadást vagy ragassza a végsapkákat a membráncső mindkét végére, hogy zárt üreget képezzen.
2. Csomagolás: Több membráncső betöltése a nyomásálló-házba a tervezési követelményeknek megfelelően, valamint a bemeneti/kimeneti portok, csatlakozók és egyéb alkatrészek beszerelése.
3. Végső ellenőrzés: Általános légtömörségi és nyomáspróbák végrehajtása a tokozott modulon. Minősítés után standard termékként tárolható vagy felhasználásra szállítható.
