Membran ultraturasan tiub ialah proses utama dalam mengubah bahan mentah polimer atau seramik kepada unsur membran pengasingan dengan prestasi pengasingan tertentu, kekuatan mekanikal dan struktur yang stabil melalui proses fizikokimia yang tepat. Proses ini boleh diringkaskan sebagai: penyediaan bahan mentah → penyediaan sokongan → pembentukan lapisan pengasingan → pengacuan dan pengawetan → pasca-pemprosesan dan ujian → pengkapsulan modul.
Penyediaan Bahan Mentah dan Penyediaan Penyelesaian Membran Langkah pertama dalam pengeluaran ialah memilih bahan membran yang sesuai berdasarkan penunjuk seperti pemotongan berat molekul sasaran, suhu dan rintangan kakisan, dan kekuatan mekanikal. Bahan membran organik biasa termasuk polyethersulfone (PES), polyvinylidene fluoride (PVDF), dan polypropylene (PP); membran bukan organik terutamanya terdiri daripada alumina (Al₂O₃), zirkonium oksida (ZrO₂), dan titanium dioksida (TiO₂).
Selepas memilih bahan, penyelesaian tuangan perlu disediakan dengan tepat. Mengambil PES atau PVDF sebagai contoh, ia biasanya dicampur dengan pelarut (seperti N,N-dimethylacetamide, DMAC) dan aditif (seperti polyvinylpyrrolidone, PVP) dalam nisbah jisim tertentu (cth, polimer 10-35%, aditif 1-20%, pelarut 50-8%). Campuran dikacau pada 50-90 darjah selama 12-48 jam untuk memastikan pembubaran lengkap, diikuti dengan penapisan dan penyahgas untuk membentuk larutan tuangan yang homogen dan stabil.
Penyediaan Sokongan (Tiub Asas): Untuk menyokong lapisan pemisah yang rapuh dan memastikan fluks, tiub sokongan berliang mesti disediakan terlebih dahulu. Terdapat dua proses utama:
• Tiub Sokongan Organik: Pita fabrik bukan tenunan seperti poliester dan polietilena dililit secara berpusar pada tiub pusat logam pada mesin penggulungan tiub automatik. Pengukuhan dicapai melalui pelekat cair panas dan kimpalan ultrasonik, membentuk tiub sokongan dengan lapisan komposit-fabrik bukan tenunan dalam dan luar.
• Tiub Sokongan Bukan Organik: Diperbuat daripada serbuk seramik seperti alumina dan zirkonium oksida, tiub ini disediakan sebagai buburan, disemperit, dikeringkan dan kemudian disinter pada suhu tinggi untuk membentuk tiub seramik-kekuatan tinggi dengan struktur berliang.
• Pembentukan Lapisan Pemisahan: Lapisan pemisahan ialah faktor teras yang menentukan prestasi membran. Proses pembentukannya terbahagi kepada dua kategori: penyongsangan fasa basah dan salutan komposit.
1. Penyongsangan Fasa Basah (Proses Arus Perdana): Proses ini digunakan secara meluas dalam membran ultraturasan tiub organik. Larutan tuangan yang disediakan disalut secara seragam pada dinding dalam atau luar tiub sokongan, yang kemudiannya direndam dalam mandi pembekuan (biasanya air). Pemisahan fasa berlaku di antara larutan membran dan mandian koagulasi, dengan pertukaran pelarut dan bukan{3}}pelarut, membentuk lapisan pemisah ultranipis dengan struktur tidak simetri pada permukaan sokongan. Dengan mengawal formulasi larutan tuangan, suhu, masa gelilasi, dan sudut salur masuk air tiub sokongan, saiz liang dan fluks membran boleh dikawal dengan tepat.
2. Salutan Komposit: Untuk meningkatkan sifat antikotoran membran atau mencapai fungsi pemisahan khas, lapisan komposit sering dibina pada permukaan sokongan berliang. Contohnya, menyalut dinding dalam tiub sokongan PVDF dengan lapisan PDA (dopamin) hidrofilik dan kemudian mendepositkan helaian nano GO (graphene oxide) boleh menghasilkan membran penapisan komposit komposit-fluks tinggi,{3}}tinggi-kadar tinggi. Membran seramik selalunya menggunakan proses salutan gel-pelbagai lapisan, secara berurutan mendeposit nanosol alumina, boehmite dan titanium dioksida pada sokongan berliang-kasar, secara beransur-ansur mengurangkan saiz liang daripada paras mikrometer kepada paras ultraturasan (<100 nm).
Membentuk, Mengawet dan Menyiapkan-rawatan
Selepas salutan, membran perlu dibentuk dan disembuhkan. Tiub membran organik disejukkan dan diawetkan, kemudian dipotong mengikut panjang standard mengikut keperluan. Untuk meningkatkan fleksibiliti dan rintangan lipatan, mereka kadangkala direndam dalam larutan pelembab seperti gliserin. Membran seramik memerlukan pengeringan dan pensinteran-suhu tinggi untuk memastikan ikatan yang kuat antara lapisan pemisah dan sokongan, membentuk struktur liang hierarki yang stabil.
Pemeriksaan dan Kawalan Kualiti
Setiap kumpulan produk menjalani pemeriksaan kualiti yang ketat untuk memastikan prestasi memenuhi piawaian. Petunjuk utama termasuk:
• Prestasi asas: Fluks air tulen di bawah tekanan standard (cth, 0.1-0.25 MPa). • Prestasi Pengasingan: Kadar pengekalan bahan standard dengan berat molekul tertentu (seperti PEG, BSA) untuk menentukan pemotongan berat molekul.
• Sifat Fizikal: Rupa, dimensi, ketebalan dinding, kekuatan mekanikal dan rintangan tekanan.
Enkapsulasi Modul: Tiub membran yang diuji akan dikapsulkan untuk membentuk modul membran tiub akhir. Proses enkapsulasi termasuk:
1. Pengedap Akhir: Haba-pencairan atau ikatan penutup hujung ke kedua-dua hujung tiub membran untuk membentuk rongga tertutup.
2. Himpunan: Memuatkan berbilang tiub membran ke dalam-perumah tahan tekanan mengikut keperluan reka bentuk dan memasang port masuk/alir keluar, penyambung dan komponen lain.
3. Pemeriksaan Akhir: Melakukan ujian kedap udara dan tekanan keseluruhan pada modul berkapsul. Setelah layak, ia boleh disimpan sebagai produk standard atau dihantar untuk digunakan.
