Teknoloji separasyon manbràn, ak avantaj li yo nan efikasite segondè, ekonomize enèji, ak fasilite nan operasyon, se lajman ki itilize nan tretman dlo, pwosesis manje, byomedsin, ak endistri chimik. Sepandan, pandan operasyon alontèm-, fouling manbràn rete yon pwoblèm kle ki limite pèfòmans li ak lavi. Espesyalman pou manbràn pore tankou ultrafiltrasyon, nanofiltrasyon, ak osmoz envès, fouling pa sèlman mennen nan diminye flux ak ogmante konsomasyon enèji, men tou ka lakòz domaj irevokabl nan eleman manbràn. Se konsa, ki faktè enfliyans manbràn fouling? Soti nan pwopriyete materyèl nan kondisyon fonksyònman, atik sa a revize sistematikman sis gwo faktè ki enfliyanse manbràn fouling epi, konbine avèk fòmil teyorik klasik, gide ou konprann kòz rasin fouling nan yon pèspektiv mekanik.
I. Gwosè patikil oswa solitè ak mòfoloji
Lè patikil oswa koloyid apwoche sifas manbràn, yo sibi fòs divès kalite, tankou fòs van der Waals, fòs elektwostatik, ak fòs taye likid. Si gwosè patikil la piti oswa esferik, yo gen plis chans yo fòme yon kouch peple sou sifas manbràn, sa ki lakòz blokaj ak fouling irevokabl. Kontrèman, patikil fib oswa dendritik yo plis afekte pa twoub jaden koule, sa ki lakòz adsorption relativman pi fèb.
Espesyalman lè patikil yo chaje, fòs iyonik la, distribisyon chaj, ak potansyèl manbràn sifas nan solisyon an siyifikativman afekte tandans fouling la. Pou egzanp, koloid chaje pozitivman gen plis chans yo adsorbe sou sifas manbràn chaje negatif, konsa fòme yon "kouch adsorption netralize." Anplis de sa, koloid oswa polymère total yo enstab nan likid epi yo ka tou rasanble ak depoze anba fòs taye, akselere manbràn fouling.
II. Solitè-Entèaksyon manbràn
Fòs entèraksyon ant solute a ak materyèl manbràn se youn nan faktè ki pi enpòtan ki enfliyanse manbràn. Ki baze sou mekanis la, sa yo ka kategori nan fòs elektwostatik, fòs van der Waals, lyezon idwojèn, ak antrav esterik.
1. Fòs Electrostatic
Si sifas materyèl manbràn la pote gwoup chaje (tankou gwoup carboxyl oswa amine), adsorption elektwostatik pral rive lè solute a nan solisyon an pote chaj opoze a, ankouraje fòmasyon kouch fouling. Kontrèman, si manbràn ak solute pote menm chaj la, repouse elektwostatik ede diminye fouling.
2. Fòs Van der Waals
Sa a se yon atraksyon inivèsèl entèmolekilè, karakterize pa konstan Hamaker la. Fòs van der Waals ant solut la ak manbràn an ka kalkile lè l sèvi avèk fòmil sa a:
Ki kote H11, H22, ak H33 se konstan Hamaker nan materyèl manbràn, solut, ak solisyon, respektivman.
Pi piti valè H213, se pi fèb atraksyon ant manbràn ak solut la, ak pi ba tandans nan move. Sa vle di ke seleksyon an nan materyèl manbràn ta dwe evite jenere fò atraksyon molekilè ak solut la. Pou egzanp, nan tretman dlo, materyèl manbràn ak idrofilisite fò ak enèji sifas ki ba yo jeneralman pi rezistan a fouling.
3. Lyezon idwojèn Lyezon idwojèn se yon kalite lyezon chimik ki gen gwo -enèji, patikilyèman enpòtan pou solut polè. Lè konpoze òganik ki gen gwoup fonksyonèl tankou gwoup idroksil ak gwoup karboksil antre an kontak ak sifas manbràn, yo ka fòme yon kouch idwojèn -kouch, ki mennen nan fouling grav. Molekil òganik natirèl (NOM) oswa biomolekil yo espesyalman gen tandans fòme yon "kouch fouling òganik" sou sifas manbràn nan lyezon idwojèn.
4. Antravay Esterik Pou polymère oswa byomolekil ki gen chenn molekilè long, mouvman nan porositë manbràn oswa sou sifas la se espasyal restriksyon. Lè gwo antrav esterik egziste nan sistèm nan, polyan yo difisil pou apwoche sifas manbràn, kidonk diminye kontaminasyon nan yon sèten mezi.
III. Estrikti manbràn ak pwopriyete
Karakteristik estriktirèl yon manbràn detèmine dirèkteman pèfòmans antifouling li yo. Mikwoskopik, paramèt tankou distribisyon gwosè pò yo, brutality sifas, karakteristik chaj, ak idrofilisite tout afekte kontaminasyon.
1. Gwosè pò ak estrikti pò
Ultrafiltrasyon oswa manbràn nanofiltrasyon ak pi piti gwosè pò yo gen plis tandans fè rediksyon flux akòz blokaj patikil. Si distribisyon gwosè pò a se inegal oswa domaj po egziste, kontaminasyon vin pi grav. Sa a eksplike poukisa manbràn ultrafiltrasyon yon sèten konpayi US la, orijinal nominalman gen yon gwosè pò nan 0.02 mikromèt, te gen inifòmite gwosè pò ki ba; nan dènye ane yo, yo te lanse manbràn ultrafiltrasyon seri XP ak gwosè pò ki gen plis inifòm.
2. Sifas Rugosité
Sifas manbràn ki graj gen plis mikropor ak genyen siyon, fasil fòme zòn kowonpi lokalize, sa ki lakòz akimilasyon polyan.
3. Idrofilisite
Manbràn idrofil anjeneral gen pi ba enèji sifas ak yon kouch adsorption pi mens, sa ki pèmèt molekil dlo yo fasil fòme yon "fim idratasyon" sou sifas manbràn, kidonk anpeche depozisyon matyè òganik yo. Idrofilisite sitou depann sou ang kontak manbràn an. Valè sa a anjeneral bay nan manyèl manbràn yo pou pwodwi enpòte, ki lektè yo ka refere a lè yo achte manbràn. Sepandan, li se mwens komen nan manyèl yo pou manbràn pwodui domestik.
4. Karakteristik chaj
Sifas manbràn ki chaje negatif repouse koloyid oswa patikil ki chaje negatif, diminye fouling. Sepandan, lè solisyon an gen kasyon, netralizasyon chaj ka rive, ki mennen nan adsorption amelyore. Sa a se youn nan rezon ki fè fouling manbràn rapid nan dlo ize ki gen gwo-salinité.
IV. Enfliyans nan Karakteristik Solisyon Pwopriyete chimik solisyon an gen yon gwo enpak sou manbràn fouling. Sa yo sitou gen ladan: (1) pH chanje eta a chaj nan sifas la solut ak manbràn, kidonk afekte entèraksyon elektwostatik; (2) Segondè fòs iyonik ka konprese kouch doub la, febli repouse elektwostatik epi fè polyan yo vin pi fasil pou adsorbe, tankou nan dlo ki wo -; (3) Ogmante tanperati diminye viskozite solisyon, ogmante flux nan kout tèm, men tou, akselere entèraksyon ki genyen ant matyè òganik ak manbràn nan, ki kapab vin pi mal fouling alontèm; (4) Konpleksite sistèm nan ko-egziste nan matyè òganik, koloyid, ak iyon metal nan solisyon an ka mennen nan fouling konplèks.
V. Pwopriyete fizik manbràn yo
Pwopriyete fizik yo nan manbràn gen ladan sifas brutality, distribisyon gwosè pò, porosite, ak chaj sifas yo. Sifas manbràn lis yo gen mwens tandans fè fouling; distribisyon gwosè pò inifòm rezilta nan koule pèmeat ki estab ak pi dousman fòmasyon kouch fouling. Anplis de sa, si sifas materyèl la manbràn chaje negatif, li ka fòme yon baryè elektwostatik ki estab nan dlo a, anpeche solute ki chaje negatif apwoche; lè chaj la pasyèlman netralize oswa sifas la manbràn gen rejyon idrofob, li gen plis chans pou adsorb matyè òganik.
Se poutèt sa, optimize estrikti manbràn nan yon pèspektiv syans materyèl se yon direksyon enpòtan pou siprime fouling. Pou egzanp, lè l sèvi avèk manbràn konpoze poliamid idrofil oswa entwodwi gwoup polè tankou gwoup idroksil ak carboxyl sou sifas manbràn ka siyifikativman amelyore pwopriyete antisalissure.
VI. Paramèt fonksyònman
Paramèt fonksyònman yon sistèm manbràn jwe yon wòl desizif nan fòmasyon fouling. Paramèt kle yo enkli diferans presyon transmembran (TMP), vitès koule transmembran (CFV), ak flux (J).
1. Flux ak Flux kritik
Lè flux la depase yon sèten limit, to fouling la ogmante sevè. Field et al. premye pwopoze konsèp "kritik flux" an 1995 pou dekri pwen kritik fouling la.
Lè flux fonksyònman an anba a kritik flux Jc, yon kouch fouling irevokabl pa pral fòme sou sifas la manbràn; lè flux la depase Jc, kontaminan yo depoze rapidman, epi rezistans ogmante sou tan.
Pandan operasyon alontèm -, sistèm lan ta dwe kenbe ki estab nan yon seri pi ba pase flux kritik la pa kontwole to koule dlo a manje ak diferans presyon transmembrane.
2. Chea Force ak Pwopriyete likid
Fòs taye ki pi wo ede retire kouch fouling la nan sifas manbràn, men fòs taye twòp ka domaje manbràn oswa ogmante konsomasyon enèji. Se poutèt sa, chwazi pousantaj koule ki apwopriye ak metòd filtraj (tankou filtraj kwa-koule) enpòtan anpil.
3. Tanperati ak Presyon Fonksyònman
Ogmantasyon tanperati diminye viskozite likid ak ogmante pousantaj permeation, men li tou amelyore adsorption solute. Presyon fonksyònman twò wo ka konpak kouch fouling la, fòme yon estrikti blokaj pi dans.
Rezime
Fouling manbràn se yon pwosesis konplèks ki enplike plizyè faktè makonnen, enfliyanse pa tou de pwopriyete materyèl ak kondisyon fonksyònman. Soti nan yon pèspektiv mekanik, gwosè patikil, chaj sifas, fòs entèraksyon molekilè, pwopriyete materyèl manbràn, ak kondisyon dinamik likid kolektivman detèmine fòmasyon ak evolisyon nan fouling. Direksyon nan lavni pou kontwòl manbràn fouling pral konsantre plis sou: modifikasyon sifas ak konsepsyon fonksyonèl nan materyèl manbràn, kontwòl operasyon dinamik ak jesyon flux kritik, règleman solisyon, ak optimize enèji entèfas. Se sèlman lè nou kòmanse nan entèraksyon mikwoskopik ak sistematik konprann mekanis fouling la nou ka reyalize efikasite segondè ak dirab nan pwosesis separasyon manbràn nan pratik jeni.
