Buisvormige ultrafiltratiemembranen zijn een sleutelproces bij het transformeren van polymere of keramische grondstoffen in scheidingsmembraanelementen met specifieke scheidingsprestaties, mechanische sterkte en stabiele structuur door middel van nauwkeurige fysisch-chemische processen. Dit proces kan worden samengevat als: voorbereiding van grondstoffen → voorbereiding van ondersteuning → vorming van scheidingslagen → vormen en uitharden → post-verwerking en testen → inkapselen van modules.
Voorbereiding van grondstoffen en voorbereiding van membraanoplossingen De eerste stap in de productie is het selecteren van een geschikt membraanmateriaal op basis van indicatoren zoals het beoogde molecuulgewicht, temperatuur- en corrosieweerstand, en mechanische sterkte. Gebruikelijke organische membraanmaterialen omvatten polyethersulfon (PES), polyvinylideenfluoride (PVDF) en polypropyleen (PP); anorganische membranen bestaan voornamelijk uit aluminiumoxide (Al₂O₃), zirkoniumoxide (ZrO₂) en titaniumdioxide (TiO₂).
Na het selecteren van het materiaal moet de gietoplossing nauwkeurig worden voorbereid. Als we PES of PVDF als voorbeeld nemen, worden ze doorgaans gemengd met oplosmiddelen (zoals N,N--dimethylacetamide, DMAC) en additieven (zoals polyvinylpyrrolidon, PVP) in een specifieke massaverhouding (bijv. polymeer 10-35%, additieven 1-20%, oplosmiddel 50-89%). Het mengsel wordt 12-48 uur bij 50-90 graden geroerd om volledige oplossing te garanderen, gevolgd door filtratie en ontgassing om een homogene en stabiele gietoplossing te vormen.
Voorbereiding van de ondersteuning (basisbuis): Om de kwetsbare scheidingslaag te ondersteunen en flux te garanderen, moeten eerst poreuze ondersteuningsbuizen worden voorbereid. Er zijn twee hoofdprocessen:
• Organische steunbuis: Niet-geweven textielbanden zoals polyester en polyethyleen worden spiraalvormig op een metalen centrale buis gewikkeld op een automatische buiswikkelmachine. Versterking wordt bereikt door smeltlijm en ultrasoon lassen, waardoor een steunbuis wordt gevormd met een binnen- en buitenlaag van niet-geweven stof.
• Anorganische steunbuizen: deze buizen zijn gemaakt van keramische poeders zoals aluminiumoxide en zirkoniumoxide en worden bereid als slurries, geëxtrudeerd, gedroogd en vervolgens bij hoge temperaturen gesinterd om keramische buizen met een hoge-sterkte en een poreuze structuur te vormen.
• Vorming van scheidingslagen: De scheidingslaag is de kernfactor die de membraanprestaties bepaalt. Het vormingsproces is hoofdzakelijk verdeeld in twee categorieën: natte fase-inversie en composietcoating.
1. Natte fase-inversie (mainstreamproces): Dit proces wordt veel gebruikt in organische buisvormige ultrafiltratiemembranen. De bereide gietoplossing wordt gelijkmatig op de binnen- of buitenwand van de steunbuis aangebracht, die vervolgens in een coagulatiebad (meestal water) wordt ondergedompeld. Er vindt fasescheiding plaats tussen de membraanoplossing en het coagulatiebad, waarbij oplosmiddel en niet{3}}oplosmiddel worden uitgewisseld, waardoor een ultradunne scheidingslaag met een asymmetrische structuur op het drageroppervlak wordt gevormd. Door de formulering van de gietoplossing, de temperatuur, de geleringstijd en de waterinlaathoek van de steunbuis te regelen, kunnen de poriegrootte en de flux van het membraan nauwkeurig worden geregeld.
2. Composietcoating: Om de aangroeiwerende eigenschappen van het membraan te verbeteren of speciale scheidingsfuncties te bereiken, wordt vaak een composietlaag op het oppervlak van de poreuze drager aangebracht. Als u bijvoorbeeld de binnenwand van een PVDF-steunbuis bedekt met een hydrofiele PDA-laag (dopamine) en vervolgens GO-nanosheets (grafeenoxide) afzet, kunt u een composiet nanofiltratiemembraan met hoge-flux en hoge-afstoting-snelheid produceren. Keramische membranen maken vaak gebruik van een meerlaags sol-gelcoatingproces, waarbij achtereenvolgens nanosols van aluminiumoxide, boehmiet en titaniumdioxide op een grove-poreuze drager worden afgezet, waardoor de poriegrootte geleidelijk wordt verkleind van het micrometerniveau naar het ultrafiltratieniveau (<100 nm).
Vorming, uitharding en na-behandeling
Na het coaten moet het membraan worden gevormd en uitgehard. Organische membraanbuizen worden gekoeld en uitgehard en vervolgens indien nodig op standaardlengtes gesneden. Om de flexibiliteit en vouwweerstand te verbeteren, worden ze soms ondergedompeld in een vochtinbrengende oplossing zoals glycerine. Keramische membranen vereisen drogen en sinteren op hoge- temperatuur om een sterke hechting tussen de scheidingslaag en de drager te garanderen, waardoor een stabiele hiërarchische poriënstructuur ontstaat.
Kwaliteitsinspectie en -controle
Elke partij producten ondergaat een strenge kwaliteitscontrole om ervoor te zorgen dat de prestaties aan de normen voldoen. Belangrijke indicatoren zijn onder meer:
• Basisprestaties: Zuivere waterflux onder standaarddruk (bijv. 0,1-0,25 MPa). • Scheidingsprestatie: retentiegraad van standaardstoffen met specifieke molecuulgewichten (zoals PEG, BSA) om de grenswaarde voor het molecuulgewicht te bepalen.
• Fysische eigenschappen: uiterlijk, afmetingen, wanddikte, mechanische sterkte en drukweerstand.
Module-inkapseling: De geteste membraanbuizen worden ingekapseld om de uiteindelijke buisvormige membraanmodule te vormen. Het inkapselingsproces omvat:
1. Eindafdichting: Verhit- het smelten of verbinden van eindkappen aan beide uiteinden van de membraanbuis om een gesloten holte te vormen.
2. Bundelen: het plaatsen van meerdere membraanbuizen in de druk-bestendige behuizing volgens de ontwerpvereisten, en het installeren van inlaat-/uitlaatpoorten, connectoren en andere componenten.
3. Eindinspectie: uitvoeren van algemene luchtdichtheids- en druktests op de ingekapselde module. Eenmaal gekwalificeerd, kan het als standaardproduct worden opgeslagen of voor gebruik worden afgeleverd.
