Rørformede ultrafiltreringsmembraner er en membranteknologi som under trykk utnytter membranens selektive permeasjon og mekaniske siktevirkning for å oppnå effektiv separasjon av komponenter med forskjellige partikkelstørrelser i en løsning. Dets kjernearbeidsprinsipp ligger i forskjellen mellom membranporestørrelsen og partikkelstørrelsen til komponentene i mateløsningen. Gjennom en unik rørformet strømningskanaldesign dannes en kryss-filtreringsmodus for å undertrykke begroing og opprettholde en stabil fluks.
Fra et separasjonsmekanismeperspektiv har separasjonslaget til en rørformet ultrafiltreringsmembran en jevn porestørrelse som strekker seg fra nanometer til mikrometer, typisk i området 2–100 nanometer, tilsvarende en molekylvektsgrense på omtrent 1.000–500.000 Dalton. Når mateløsningen strømmer gjennom den indre eller ytre veggen av membranrøret under et visst trykk (typisk 0,1–0,5 MPa), kan vannmolekyler og små-molekylløse stoffer mindre enn membranporestørrelsen trenge gjennom membranlaget inn i permeatsiden og danne renset permeat. I mellomtiden holdes suspenderte partikler, kolloider, bakterier, proteiner, polysakkarider, etc., større enn membranens porestørrelse, av membranen og slippes ut aksialt langs membranrøret med konsentratet. Denne prosessen er i hovedsak fysisk sikting, ytterligere forsterket av den elektrostatiske frastøtingen av ladede partikler av membranoverflateladningen, og forbedrer dermed separasjonsnøyaktigheten.
Den rørformede strømningskanaldesignen er en avgjørende støtte for dets arbeidsprinsipp. I motsetning til kompakte membraner som hulfibermembraner, bruker rørformede membraner porøse støtterør med diametre fra flere millimeter til titalls millimeter som en bærer, og skaper en høy-kryssstrøm- av mateløsningen inne i eller utenfor røret. Dette kryss-strømningsmønsteret sikrer at hoveddelen av mateløsningen flyter kontinuerlig parallelt med membranoverflaten, med bare en liten mengde væske som trenger gjennom membranlaget, noe som effektivt reduserer membrangrenselaget og senker konsentrasjonens polarisasjon og avsetningshastigheten til oppløste stoffer på membranoverflaten. I mellomtiden reduserer de brede strømningskanalene risikoen for tilstopping av partikler. Selv med høye suspenderte faste stoffer eller høy-mateløsninger med høy viskositet, opprettholder turbulent skuring membranoverflatens renhet, noe som er nøkkelen til dens overlegne bunnstoffevne sammenlignet med andre konfigurasjoner.
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) er avgjørende for å undertrykke begroing. Moderat oppvarming kan redusere mateviskositeten og forbedre masseoverføringseffektiviteten, men den må kontrolleres innenfor membranmaterialets temperaturmotstandsområde.
Oppsummert oppnår rørformede ultrafiltreringsmembraner, gjennom en synergistisk mekanisme med «trykk-drevet-porestørrelsessikting-kryss-strømning av begroing, effektiv klaring, konsentrasjon og fraksjonering av komplekse mateløsninger. Dens arbeidsprinsipp følger de grunnleggende prinsippene for membranseparasjon, mens dens strukturelle innovasjon overvinner begrensningene til tradisjonell membranteknologi når det gjelder bunnstoff og tilpasningsevne til driftsforhold, noe som gjør den til en pålitelig løsning for utfordrende væskeseparasjonsoppgaver.
