Rörformade ultrafiltreringsmembran är en nyckelprocess för att omvandla polymera eller keramiska råmaterial till separationsmembranelement med specifik separationsprestanda, mekanisk styrka och stabil struktur genom exakta fysikalisk-kemiska processer. Denna process kan sammanfattas som: beredning av råmaterial → beredning av stöd → bildande av separationsskikt → formning och härdning → efter-bearbetning och testning → modulinkapsling.
Råmaterialberedning och membranlösningsberedning Det första steget i produktionen är att välja ett lämpligt membranmaterial baserat på indikatorer som målmolekylviktsgräns, temperatur och korrosionsbeständighet och mekanisk hållfasthet. Vanliga organiska membranmaterial inkluderar polyetersulfon (PES), polyvinylidenfluorid (PVDF) och polypropen (PP); oorganiska membran består huvudsakligen av aluminiumoxid (Al2O3), zirkoniumoxid (ZrO2) och titandioxid (TiO2).
Efter val av material måste gjutlösningen förberedas exakt. Med PES eller PVDF som exempel blandas de vanligtvis med lösningsmedel (som N,N-dimetylacetamid, DMAC) och tillsatser (som polyvinylpyrrolidon, PVP) i ett specifikt massförhållande (t.ex. polymer 10-35%, tillsatser 1-20%-89%). Blandningen omrörs vid 50-90 grader i 12-48 timmar för att säkerställa fullständig upplösning, följt av filtrering och avgasning för att bilda en homogen och stabil gjutlösning.
Stöd (basrör) Förberedelse: För att stödja det ömtåliga separationsskiktet och säkerställa flöde måste porösa stödrör först förberedas. Det finns två huvudprocesser:
• Organiskt stödrör: Icke-tygtejper som polyester och polyeten spirallindas på ett centralt metallrör på en automatisk rörlindningsmaskin. Förstärkning uppnås genom smältlim och ultraljudssvetsning, vilket bildar ett stödrör med ett inre och yttre fiberdukskompositskikt.
• Oorganiska stödrör: Tillverkade av keramiska pulver som aluminiumoxid och zirkoniumoxid, dessa rör bereds som uppslamningar, extruderas, torkas och sintras sedan vid höga temperaturer för att bilda hög-hållfasta keramiska rör med en porös struktur.
• Bildning av separationsskikt: Separationsskiktet är kärnfaktorn som bestämmer membranets prestanda. Dess bildningsprocess är huvudsakligen uppdelad i två kategorier: våtfasinversion och kompositbeläggning.
1. Våtfasinversion (Mainstream Process): Denna process används i stor utsträckning i organiska tubulära ultrafiltreringsmembran. Den beredda gjutlösningen beläggs likformigt på den inre eller yttre väggen av stödröret, som sedan nedsänks i ett koaguleringsbad (vanligtvis vatten). Fasseparation sker mellan membranlösningen och koaguleringsbadet, med lösningsmedel och icke-lösningsmedel utbyte, vilket bildar ett ultratunt separationsskikt med en asymmetrisk struktur på stödytan. Genom att kontrollera gjutlösningens formulering, temperatur, gelningstid och vatteninloppsvinkeln för stödröret, kan porstorleken och flödet av membranet kontrolleras exakt.
2. Kompositbeläggning: För att förbättra membranets antifouling-egenskaper eller uppnå speciella separationsfunktioner konstrueras ofta ett kompositskikt på ytan av det porösa underlaget. Till exempel kan beläggning av den inre väggen av ett PVDF-stödrör med ett hydrofilt PDA-skikt (dopamin) och sedan avsättning av GO (grafenoxid) nanoark producera ett högt-flöde, hög-avstötningshastighet-kompositnanofiltreringsmembran. Keramiska membran använder ofta en flerskikts sol-gelbeläggningsprocess, som sekventiellt avsätter aluminiumoxid, böhmit och titandioxid nanosoler på ett grovt-poröst underlag, vilket gradvis minskar porstorleken från mikrometernivån till ultrafiltreringsnivån (<100 nm).
Formning, härdning och efter-behandling
Efter beläggning måste membranet formas och härdas. Organiska membranrör kyls och härdas och skärs sedan till standardlängder efter behov. För att förbättra flexibiliteten och veckmotståndet nedsänks de ibland i en fuktgivande lösning som glycerin. Keramiska membran kräver torkning och hög-temperatursintring för att säkerställa en stark bindning mellan separationsskiktet och stödet, vilket bildar en stabil hierarkisk porstruktur.
Kvalitetsinspektion och kontroll
Varje parti av produkter genomgår rigorös kvalitetsinspektion för att säkerställa att prestanda uppfyller standarderna. Nyckelindikatorer inkluderar:
• Grundläggande prestanda: Rent vattenflöde under standardtryck (t.ex. 0,1-0,25 MPa). • Separationsprestanda: Retentionshastighet för standardämnen med specifika molekylvikter (som PEG, BSA) för att bestämma molekylviktsgränsen.
• Fysiska egenskaper: Utseende, dimensioner, väggtjocklek, mekanisk hållfasthet och tryckmotstånd.
Modulinkapsling: De testade membranrören kommer att kapslas in för att bilda den slutliga rörformiga membranmodulen. Inkapslingsprocessen inkluderar:
1. Ändförsegling: Värme-smälta eller binda ändlock till båda ändarna av membranröret för att bilda ett slutet hålrum.
2. Buntning: Ladda flera membranrör i det tryckbeständiga-höljet enligt designkraven och installera inlopps-/utloppsportar, kontakter och andra komponenter.
3. Slutinspektion: Utförande av övergripande lufttäthets- och trycktester på den inkapslade modulen. När den väl är kvalificerad kan den lagras som en standardprodukt eller levereras för användning.
