Les membranes tubulars d'ultrafiltració són una tecnologia de membrana que, sota pressió, utilitza la permeació selectiva i l'acció de tamisatge mecànic de la membrana per aconseguir una separació eficient de components de diferents mides de partícules en una solució. El seu principi bàsic de funcionament rau en la diferència entre la mida dels porus de la membrana i la mida de les partícules dels components de la solució d'alimentació. Mitjançant un disseny de canal de flux tubular únic, es forma un mode de filtració de flux-creuat per suprimir l'encrassement i mantenir un flux estable.
Des de la perspectiva del mecanisme de separació, la capa de separació d'una membrana d'ultrafiltració tubular té una mida de porus uniforme que va des dels nanòmetres fins als micròmetres, normalment entre 2 i 100 nanòmetres, que correspon a un tall de pes molecular d'aproximadament 1.000 a 500.000 Daltons. Quan la solució d'alimentació flueix a través de la paret interna o externa del tub de la membrana sota una certa pressió (normalment 0,1-0,5 MPa), les molècules d'aigua i els soluts de molècules petites-menys que la mida dels porus de la membrana poden penetrar a través de la capa de membrana cap al costat del permeat, formant un permeat purificat. Mentrestant, la membrana reté partícules en suspensió, col·loides, bacteris, proteïnes, polisacàrids, etc., més grans que la mida dels porus de la membrana i es descarreguen axialment al llarg del tub de la membrana amb el concentrat. Aquest procés és essencialment un tamisat físic, millorat encara més per la repulsió electrostàtica de les partícules carregades per la càrrega superficial de la membrana, millorant així la precisió de la separació.
El disseny del canal de flux tubular és un suport crucial per al seu principi de funcionament. A diferència de les membranes compactes com les membranes de fibra buida, les membranes tubulars utilitzen tubs de suport porosos amb diàmetres que van des de diversos mil·límetres fins a desenes de mil·límetres com a portador, creant un flux transversal-de gran velocitat de la solució d'alimentació dins o fora del tub. Aquest patró de flux creuat -assegura que la major part de la solució d'alimentació flueixi contínuament paral·lela a la superfície de la membrana, amb només una petita quantitat de líquid que penetra a través de la capa de membrana, reduint eficaçment la capa límit de la membrana i reduint la concentració de polarització i la taxa de deposició de soluts a la superfície de la membrana. Mentrestant, els amples canals de flux redueixen el risc d'obstrucció de partícules. Fins i tot amb sòlids en suspensió elevats o solucions d'alimentació d'alta-viscositat, el fregat turbulent manté la neteja de la superfície de la membrana, que és clau per a la seva capacitat antiincrustante superior en comparació amb altres configuracions.
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) és crucial per suprimir la contaminació. L'escalfament moderat pot reduir la viscositat de l'alimentació i millorar l'eficiència de transferència de massa, però s'ha de controlar dins del rang de resistència a la temperatura del material de la membrana.
En resum, les membranes tubulars d'ultrafiltració, a través d'un mecanisme sinèrgic de "supressió d'incrustacions de flux-creuats-de tamisatge de mida de porus impulsada per pressió--", aconsegueixen una clarificació, concentració i fraccionament eficients de solucions complexes d'alimentació. El seu principi de funcionament segueix els principis bàsics de la separació de membranes, mentre que la seva innovació estructural supera les limitacions de la tecnologia tradicional de membrana en termes d'antifouling i adaptabilitat a les condicions de funcionament, el que la converteix en una solució fiable per a tasques difícils de separació de líquids.
