Bei röhrenförmigen Ultrafiltrationsmembranen handelt es sich um eine Membrantechnologie, die unter Druck die selektive Permeation und mechanische Siebwirkung der Membran nutzt, um eine effiziente Trennung von Komponenten unterschiedlicher Partikelgröße in einer Lösung zu erreichen. Sein grundlegendes Funktionsprinzip liegt in der Differenz zwischen der Membranporengröße und der Partikelgröße der Komponenten in der Zufuhrlösung. Durch ein einzigartiges röhrenförmiges Strömungskanaldesign wird ein Querstrom-Filtrationsmodus gebildet, um Verschmutzungen zu unterdrücken und einen stabilen Fluss aufrechtzuerhalten.
Aus Sicht des Trennmechanismus weist die Trennschicht einer röhrenförmigen Ultrafiltrationsmembran eine einheitliche Porengröße im Bereich von Nanometern bis Mikrometern auf, typischerweise im Bereich von 2–100 Nanometern, was einer Molekulargewichtsgrenze von etwa 1.000–500.000 Dalton entspricht. Wenn die Zufuhrlösung unter einem bestimmten Druck (typischerweise 0,1–0,5 MPa) durch die Innen- oder Außenwand des Membranrohrs fließt, können Wassermoleküle und gelöste kleine -Moleküle, die kleiner als die Porengröße der Membran sind, durch die Membranschicht in die Permeatseite eindringen und so gereinigtes Permeat bilden. Währenddessen werden suspendierte Partikel, Kolloide, Bakterien, Proteine, Polysaccharide usw., die größer als die Porengröße der Membran sind, von der Membran zurückgehalten und mit dem Konzentrat axial entlang des Membranrohrs abgeleitet. Bei diesem Prozess handelt es sich im Wesentlichen um eine physikalische Siebung, die durch die elektrostatische Abstoßung geladener Partikel durch die Membranoberflächenladung noch verstärkt wird und so die Trenngenauigkeit verbessert.
Das röhrenförmige Strömungskanaldesign ist eine entscheidende Unterstützung für sein Funktionsprinzip. Im Gegensatz zu kompakten Membranen wie Hohlfasermembranen verwenden röhrenförmige Membranen poröse Stützröhren mit Durchmessern im Bereich von mehreren Millimetern bis zu mehreren zehn Millimetern als Träger, wodurch ein Hochgeschwindigkeits-Querfluss der Zufuhrlösung innerhalb oder außerhalb der Röhre entsteht. Dieses Querströmungsmuster stellt sicher, dass der Großteil der Zufuhrlösung kontinuierlich parallel zur Membranoberfläche fließt, wobei nur eine kleine Menge Flüssigkeit durch die Membranschicht dringt, wodurch die Membrangrenzschicht effektiv reduziert und die Konzentrationspolarisation und Ablagerungsrate gelöster Stoffe auf der Membranoberfläche verringert wird. Gleichzeitig verringern die breiten Strömungskanäle das Risiko einer Verstopfung durch Partikel. Selbst bei hohen Schwebstoffen oder hochviskosen Zufuhrlösungen sorgt die turbulente Reinigung für die Sauberkeit der Membranoberfläche, was der Schlüssel zu ihrer überlegenen Antifouling-Fähigkeit im Vergleich zu anderen Konfigurationen ist.
During operation, the coordinated control of pressure, flow rate, and temperature directly affects operational efficiency. Appropriately increasing pressure can increase flux, but excessive pressure will exacerbate membrane fouling and energy consumption. Maintaining a sufficiently high cross-flow velocity (typically >2 m/s) ist entscheidend für die Unterdrückung von Fouling. Eine mäßige Erwärmung kann die Viskosität des Zulaufs verringern und die Stoffübertragungseffizienz verbessern, sie muss jedoch innerhalb des Temperaturbeständigkeitsbereichs des Membranmaterials kontrolliert werden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass röhrenförmige Ultrafiltrationsmembranen durch einen synergistischen Mechanismus der „druck-gesteuerten-Porengrößensiebung-Querstrom-Fouling-Unterdrückung“ eine effiziente Klärung, Konzentration und Fraktionierung komplexer Zulauflösungen erreichen. Sein Funktionsprinzip folgt den Grundprinzipien der Membrantrennung, während seine strukturelle Innovation die Einschränkungen der herkömmlichen Membrantechnologie in Bezug auf Antifouling und Anpassungsfähigkeit an Betriebsbedingungen überwindet und es zu einer zuverlässigen Lösung für anspruchsvolle Flüssigkeitstrennungsaufgaben macht.
