غشاهای اولترافیلتراسیون لوله ای یک فناوری غشایی هستند که تحت فشار از نفوذ انتخابی و عمل الک مکانیکی غشا برای دستیابی به جداسازی موثر اجزای با اندازه های مختلف ذرات در محلول استفاده می کند. اصل کار اصلی آن در تفاوت بین اندازه منافذ غشا و اندازه ذرات اجزای محلول خوراک نهفته است. از طریق طراحی کانال جریان لولهای منحصربهفرد، حالت فیلتراسیون متقاطع{2}}برای سرکوب رسوب و حفظ یک شار پایدار شکل میگیرد.
از منظر مکانیزم جداسازی، لایه جداسازی یک غشای اولترافیلتراسیون لولهای دارای اندازه منافذ یکنواختی از نانومتر تا میکرومتر است که معمولاً در محدوده 2 تا 100 نانومتر است که مربوط به بریدگی وزن مولکولی تقریباً 1000-500000 دالتون است. هنگامی که محلول خوراک از دیواره داخلی یا خارجی لوله غشایی تحت فشار معینی (معمولاً 0.1-0.5 مگاپاسکال) جریان مییابد، مولکولهای آب و املاح مولکولی کوچکتر از اندازه منافذ غشاء میتوانند از طریق لایه غشایی به سمت نفوذ نفوذ کنند و تراوش خالص را تشکیل دهند. در همین حال، ذرات معلق، کلوئیدها، باکتری ها، پروتئین ها، پلی ساکاریدها و غیره بزرگتر از اندازه منافذ غشاء توسط غشاء حفظ شده و به صورت محوری در طول لوله غشاء همراه با کنسانتره تخلیه می شوند. این فرآیند اساساً الک فیزیکی است که توسط دفع الکترواستاتیکی ذرات باردار توسط بار سطحی غشاء افزایش مییابد و در نتیجه دقت جداسازی را بهبود میبخشد.
طراحی کانال جریان لولهای یک پشتیبانی حیاتی برای اصل کار آن است. بر خلاف غشاهای فشرده مانند غشاهای فیبر توخالی، غشاهای لولهای از لولههای نگهدارنده متخلخل با قطرهای مختلف از چند میلیمتر تا دهها میلیمتر به عنوان حامل استفاده میکنند که جریان-تقاطع سریع- محلول خوراک در داخل یا خارج لوله را ایجاد میکند. این الگوی جریان متقاطع تضمین میکند که قسمت عمده محلول خوراک بهطور پیوسته به موازات سطح غشاء جریان مییابد، تنها مقدار کمی مایع در لایه غشایی نفوذ میکند، که به طور موثر لایه مرزی غشاء را کاهش میدهد و قطبش غلظت و سرعت رسوب املاح روی سطح غشاء را کاهش میدهد. در همین حال، کانال های جریان گسترده خطر گرفتگی ذرات را کاهش می دهد. حتی با مواد جامد معلق بالا یا محلولهای تغذیه با ویسکوزیته بالا، شستشوی آشفته تمیزی سطح غشاء را حفظ میکند، که در مقایسه با سایر پیکربندیها کلیدی برای توانایی ضد رسوب بالاتر آن است.
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 متر بر ثانیه) برای از بین بردن رسوب بسیار مهم است. گرمایش متوسط می تواند ویسکوزیته خوراک را کاهش دهد و راندمان انتقال جرم را بهبود بخشد، اما باید در محدوده مقاومت دمایی مواد غشایی کنترل شود.
به طور خلاصه، غشاهای اولترافیلتراسیون لولهای، از طریق یک مکانیسم هم افزایی «-محرک-الک اندازه منافذ-سرکوب رسوب جریان متقاطع{3}}» به شفافسازی، غلظت و تقسیم کارآمد محلولهای خوراک پیچیده میرسند. اصل کار آن از اصول اولیه جداسازی غشا پیروی می کند در حالی که نوآوری ساختاری آن بر محدودیت های فناوری غشاء سنتی از نظر ضد رسوب و سازگاری با شرایط عملیاتی غلبه می کند و آن را به یک راه حل قابل اعتماد برای چالش های جداسازی مایع تبدیل می کند.
