Tubulární ultrafiltrační membrány jsou membránovou technologií, která pod tlakem využívá selektivní permeaci a mechanické prosévání membrány k dosažení účinné separace složek různých velikostí částic v roztoku. Jeho hlavní pracovní princip spočívá v rozdílu mezi velikostí pórů membrány a velikostí částic složek v napájecím roztoku. Díky jedinečné konstrukci trubicového průtokového kanálu je vytvořen režim křížové{2}}protokové filtrace, který potlačuje znečištění a udržuje stabilní tok.
Z hlediska separačního mechanismu má separační vrstva tubulární ultrafiltrační membrány jednotnou velikost pórů v rozmezí od nanometrů do mikrometrů, typicky v rozmezí 2–100 nanometrů, což odpovídá hranici molekulové hmotnosti přibližně 1 000–500 000 daltonů. Když napájecí roztok protéká vnitřní nebo vnější stěnou membránové trubice pod určitým tlakem (obvykle 0,1–0,5 MPa), molekuly vody a malé-rozpuštěné molekuly menší než velikost pórů membrány mohou pronikat membránovou vrstvou na stranu permeátu a vytvářet vyčištěný permeát. Mezitím suspendované částice, koloidy, bakterie, proteiny, polysacharidy atd., větší než je velikost pórů membrány, jsou zadržovány membránou a vypouštěny axiálně podél membránové trubice s koncentrátem. Tento proces je v podstatě fyzikální prosévání, dále zesílené elektrostatickým odpuzováním nabitých částic povrchovým nábojem membrány, čímž se zlepšuje přesnost separace.
Konstrukce trubkového průtokového kanálu je zásadní podporou pro jeho princip fungování. Na rozdíl od kompaktních membrán, jako jsou membrány z dutých vláken, tubulární membrány používají jako nosič porézní nosné trubice o průměru od několika milimetrů do desítek milimetrů, které vytvářejí vysokorychlostní -příčný- tok napájecího roztoku uvnitř nebo vně trubice. Tento křížový-protokový vzor zajišťuje, že většina přiváděného roztoku proudí kontinuálně paralelně s povrchem membrány, přičemž membránovou vrstvou proniká pouze malé množství kapaliny, což účinně snižuje hraniční vrstvu membrány a snižuje koncentrační polarizaci a rychlost ukládání rozpuštěných látek na povrch membrány. Mezitím široké průtokové kanály snižují riziko ucpání částicemi. I v případě vysoce suspendovaných pevných látek nebo vysoce viskózních napájecích roztoků udržuje turbulentní odmašťování čistotu povrchu membrány, což je klíčové pro její vynikající schopnost proti znečištění ve srovnání s jinými konfiguracemi.
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) je rozhodující pro potlačení zanášení. Mírné zahřívání může snížit viskozitu nástřiku a zlepšit účinnost přenosu hmoty, ale musí být řízeno v rozsahu teplotní odolnosti membránového materiálu.
Stručně řečeno, tubulární ultrafiltrační membrány dosahují prostřednictvím synergického mechanismu „tlakem-řízeným-sítováním velikosti pórů-potlačením zanášení napříč-průtokem účinného čištění, koncentrace a frakcionace komplexních vstupních roztoků. Jeho pracovní princip se řídí základními principy membránové separace, zatímco její strukturální inovace překonává omezení tradiční membránové technologie z hlediska ochrany proti znečištění a adaptability na provozní podmínky, což z ní činí spolehlivé řešení pro náročné úkoly separace kapalin.
