Vamzdinės ultrafiltravimo membranos yra pagrindinis procesas transformuojant polimerines arba keramines žaliavas į atskyrimo membranos elementus, pasižyminčius specifinėmis atskyrimo savybėmis, mechaniniu stiprumu ir stabilia struktūra, atliekant tikslius fizikinius ir cheminius procesus. Šį procesą galima apibendrinti taip: žaliavos paruošimas → atramos paruošimas → atskyrimo sluoksnio formavimas → formavimas ir kietėjimas → po{1}}apdirbimas ir bandymas → modulio kapsuliavimas.
Žaliavos paruošimas ir membranos tirpalo paruošimas Pirmasis gamybos žingsnis yra tinkamos membranos medžiagos parinkimas pagal tokius rodiklius kaip tikslinės molekulinės masės riba, atsparumas temperatūrai ir korozijai bei mechaninis stiprumas. Įprastos organinės membranos medžiagos yra polietersulfonas (PES), polivinilideno fluoridas (PVDF) ir polipropilenas (PP); neorganinės membranos daugiausia sudarytos iš aliuminio oksido (Al2O3), cirkonio oksido (ZrO₂) ir titano dioksido (TiO₂).
Pasirinkus medžiagą, reikia tiksliai paruošti liejimo tirpalą. Pavyzdžiui, PES arba PVDF, jie paprastai maišomi su tirpikliais (pvz., N,N-dimetilacetamidu, DMAC) ir priedais (pvz., polivinilpirolidonu, PVP) tam tikru masės santykiu (pvz., polimeras 10-35%, priedai 1-20%, tirpiklis 50-8%). Mišinys maišomas 50–90 laipsnių temperatūroje 12–48 valandas, kad būtų užtikrintas visiškas ištirpimas, po to filtruojamas ir degazuojamas, kad susidarytų vienalytis ir stabilus liejimo tirpalas.
Atramos (pagrindo vamzdelio) paruošimas: Norint palaikyti trapų atskyrimo sluoksnį ir užtikrinti srautą, pirmiausia reikia paruošti porėtus atraminius vamzdelius. Yra du pagrindiniai procesai:
• Organinis atraminis vamzdis: ne{0}}austinės medžiagos juostos, pvz., poliesteris ir polietilenas, spirale suvyniotos ant metalinio centrinio vamzdelio automatinėje vamzdžių vyniojimo mašinoje. Sutvirtinimas pasiekiamas naudojant karšto lydalo klijus ir ultragarsinį suvirinimą, suformuojant atraminį vamzdelį su vidiniu ir išoriniu neaustinio audinio sluoksniu.
• Neorganiniai pagalbiniai vamzdeliai: pagaminti iš keraminių miltelių, pvz., aliuminio oksido ir cirkonio oksido, šie vamzdeliai paruošiami kaip suspensijos, išspaudžiami, džiovinami ir tada sukepinami aukštoje temperatūroje, kad susidarytų didelio{0}}stiprumo keraminiai porėtos struktūros vamzdeliai.
• Atskyrimo sluoksnio formavimas: Atskyrimo sluoksnis yra pagrindinis veiksnys, lemiantis membranos veikimą. Jo formavimo procesas daugiausia skirstomas į dvi kategorijas: šlapios fazės inversiją ir kompozicinę dangą.
1. Drėgnos fazės inversija (pagrindinis procesas): šis procesas plačiai naudojamas organinėse vamzdinėse ultrafiltravimo membranose. Paruoštu liejimo tirpalu tolygiai padengiama atraminio vamzdžio vidinė arba išorinė sienelė, kuri vėliau panardinama į koaguliacijos vonią (dažniausiai vandenį). Tarp membraninio tirpalo ir koaguliacijos vonios vyksta fazių atskyrimas, keičiantis tirpikliu ir ne Kontroliuojant liejimo tirpalo formulę, temperatūrą, želėjimo laiką ir atraminio vamzdžio vandens įleidimo kampą, galima tiksliai valdyti membranos porų dydį ir srautą.
2. Kompozicinė danga: Siekiant pagerinti membranos antipuvimo savybes arba pasiekti specialias atskyrimo funkcijas, ant porėtos atramos paviršiaus dažnai konstruojamas kompozitinis sluoksnis. Pavyzdžiui, padengus vidinę PVDF atraminio vamzdžio sienelę hidrofiliniu PDA (dopamino) sluoksniu ir nusodinus GO (grafeno oksido) nanoskopus, gali susidaryti didelio -srauto, didelio-atmetimo-greičio kompozitinė nanofiltravimo membrana. Keraminėse membranose dažnai taikomas daugiasluoksnis sol-gelinio dengimo procesas, nuosekliai nusodinant aliuminio oksido, böömo ir titano dioksido nanozolius ant stambios-akytos pagrindo, palaipsniui mažinant porų dydį nuo mikrometro lygio iki ultrafiltravimo lygio (<100 nm).
Formavimas, kietėjimas ir po{0}}apdorojimas
Po dengimo membraną reikia suformuoti ir sukietėti. Organinės membranos vamzdeliai atšaldomi ir kietinami, tada pagal poreikį supjaustomi iki standartinio ilgio. Siekiant pagerinti lankstumą ir atsparumą susilenkimui, kartais jie panardinami į drėkinamąjį tirpalą, pavyzdžiui, gliceriną. Keramines membranas reikia išdžiovinti ir sukepinti aukštoje temperatūroje, kad būtų užtikrintas tvirtas atskyrimo sluoksnio ir atramos ryšys, suformuojant stabilią hierarchinę porų struktūrą.
Kokybės tikrinimas ir kontrolė
Kiekviena produktų partija atlieka griežtą kokybės patikrinimą, siekiant užtikrinti, kad našumas atitiktų standartus. Pagrindiniai rodikliai apima:
• Pagrindinės savybės: gryno vandens srautas esant standartiniam slėgiui (pvz., 0,1-0,25 MPa). • Atskyrimo efektyvumas: standartinių medžiagų, turinčių specifinę molekulinę masę (pvz., PEG, BSA), sulaikymo greitis, siekiant nustatyti molekulinės masės ribą.
• Fizinės savybės: išvaizda, matmenys, sienelės storis, mechaninis stiprumas ir atsparumas slėgiui.
Modulio inkapsuliavimas: Išbandyti membraniniai vamzdeliai bus įkapsuliuoti, kad būtų suformuotas galutinis vamzdinės membranos modulis. Kapsuliavimo procesas apima:
1. Galinis sandarinimas: kaitinkite arba prijunkite galinius dangtelius prie abiejų membranos vamzdžio galų, kad susidarytų uždara ertmė.
2. Sujungimas: kelių membraninių vamzdžių įkėlimas į slėgiui atsparų korpusą pagal konstrukcijos reikalavimus ir įleidimo / išleidimo prievadų, jungčių ir kitų komponentų montavimas.
3. Galutinė apžiūra: atliekami bendrojo sandarumo ir slėgio bandymai ant kapsuliuoto modulio. Kai jis bus kvalifikuotas, jis gali būti laikomas kaip standartinis produktas arba pristatomas naudoti.
