การทำความเข้าใจขนาดรูขุมขนตัวกรองเมมเบรน: คู่มือที่ครอบคลุม

ประเภทของการกรองเมมเบรนขึ้นอยู่กับขนาดรูขุมขน

ความท้าทายในการกรองที่กว้างตั้งแต่การกำจัดของแข็งแขวนลอยขนาดใหญ่ไปจนถึงการแยกไอออนแต่ละตัวจำเป็นต้องใช้เทคโนโลยีเมมเบรนที่หลากหลาย เทคโนโลยีเหล่านี้มีความโดดเด่นเป็นหลักโดยขนาดรูขุมขนที่มีลักษณะเฉพาะซึ่งนำไปสู่การจำแนกประเภทเป็นสี่ประเภทหลักของการกรองเมมเบรน: การกรองไมโครฟิล์ม, การกรองแบบ ultrafiltration, nanofiltration และ reverse osม.osis แต่ละประเภทมีระดับการแยกที่เฉพาะเจาะจงและเหมาะสำหรับแอปพลิเคชันที่แตกต่างกัน

ไมโครฟิล์ม (MF-

ไมโครฟิล์ม (MF) แสดงถึงจุดสิ้นสุดที่หยาบที่สุดของการกรองเมมเบรน เมมเบรน MF ได้รับการออกแบบมาเพื่อกำจัดของแข็งแขวนลอยแบคทีเรียและคอลลอยด์ขนาดใหญ่จากของเหลวหรือก๊าซ

• ขนาดรูขุมขน: มักจะอยู่ในช่วงจาก 0.1 ถึง 10 ไมครอน (µm) - ขนาดรูขุมขนทั่วไปและใช้กันอย่างแพร่หลาย: 0.22 µm, 0.45 µm, 0.8 µm และ 1.0 µm

มาตรฐาน: แนวทางการกำกับดูแลจำนวนมากและมาตรฐานอุตสาหกรรม (เช่นสำหรับการทดสอบคุณภาพน้ำการผลิตยา) ระบุการใช้ขนาดรูขุมขนบางขนาดโดยเฉพาะ 0.22 µm และ 0.45 µm

• แอปพลิเคชันทั่วไป:
  • การบำบัดน้ำ: การกำจัดของแข็งแขวนลอยความขุ่นและโปรโตซัว (เช่น Giardia และ Cryptospหรือidium ) จากน้ำดื่ม ใช้เป็นก่อนการรักษาสำหรับกระบวนการเมมเบรนอื่น ๆ (UF, NF, RO)
  • อาหารและเครื่องดื่ม: การชี้แจงน้ำผลไม้ไวน์และเบียร์ การกำจัดยีสต์และแบคทีเรียในการแปรรูปนม
  • เภสัชกรรม: การฆ่าเชื้อของของเหลวเย็นการชี้แจงวิธีการแก้ปัญหาทางชีวภาพ
  • เทคโนโลยีชีวภาพ: การเก็บเกี่ยวเซลล์การแยกชีวมวล

• 0.22 µm:

  • "การฆ่าเชื้อเกรด": นี่คือมาตรฐานทองคำสำหรับ การกรองที่ผ่านการฆ่าเชื้อ . แบคทีเรียส่วนใหญ่มีขนาดใหญ่กว่า 0.22 µm ดังนั้นตัวกรองที่มีขนาดรูขุมขนนี้โดยทั่วไปถือว่ามีประสิทธิภาพในการกำจัดแบคทีเรียและทำให้มั่นใจได้ว่าการฆ่าเชื้อในของเหลว สิ่งนี้มีความสำคัญในด้านเภสัชกรรมเทคโนโลยีชีวภาพ (เช่นการเตรียมสื่อการเพาะเลี้ยงเซลล์) และการผลิตน้ำที่ผ่านการฆ่าเชื้อ
  • สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าในขณะที่กำจัดแบคทีเรียส่วนใหญ่แบคทีเรียขนาดเล็กบางตัว (เช่น Mycoplasma ) และไวรัสสามารถผ่านได้

• 0.45 µm:

  • การกรองทางจุลชีววิทยาทั่วไป: ขนาดรูขุมขนนี้ถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางสำหรับ การวิเคราะห์ทางจุลชีววิทยา รวมถึงการทดสอบน้ำและการควบคุมคุณภาพอาหาร/เครื่องดื่ม มันยอดเยี่ยมสำหรับการจับแบคทีเรียที่พบบ่อยที่สุดสำหรับการแจงนับ (นับอาณานิคม) เพราะช่วยให้การแพร่กระจายของสารอาหารที่ดีผ่านรูขุมขนสนับสนุนการเจริญเติบโตของแบคทีเรียที่แข็งแกร่งบนพื้นผิวตัวกรองหลังจากการกรอง
  • การชี้แจง: นอกจากนี้ยังใช้บ่อยสำหรับทั่วไป การชี้แจง ของการแก้ปัญหาในการกำจัดอนุภาค, จุลินทรีย์ที่มีขนาดใหญ่ขึ้นและความขุ่นโดยไม่จำเป็นต้องได้รับการฆ่าเชื้ออย่างเต็มที่

• 0.8 µm:

  • การกำจัดอนุภาคและการกรองล่วงหน้า: มักใช้สำหรับ การกำจัดอนุภาคหยาบ และเป็น กรองล่วงหน้า เพื่อป้องกันเยื่อหุ้มที่ละเอียดกว่า (เช่น 0.45 µm หรือ 0.22 µm ตัวกรอง) จากการอุดตันก่อนกำหนดโดยเศษซากที่ใหญ่กว่า
  • การใช้งานทางจุลชีววิทยาเฉพาะ: บางครั้งใช้สำหรับการตรวจทางจุลชีววิทยาที่เฉพาะเจาะจงหรือการตรวจสอบอนุภาคที่อนุภาคขนาดใหญ่หรือชนิดของเซลล์เฉพาะจำเป็นต้องได้รับการเก็บรักษาในขณะที่ช่วยให้ส่วนประกอบเล็ก ๆ ผ่าน พบได้ทั่วไปในการตรวจสอบอากาศ (เช่นการวิเคราะห์แร่ใยหิน) และการวิเคราะห์ของเหลวบางอย่าง

• 1.0 µm:

  • การกรองหยาบ/การกรองก่อน: ใช้โดยทั่วไปสำหรับ การกรองหยาบ เพื่อกำจัดของแข็งที่มีขนาดใหญ่ขึ้นตะกอนและอนุภาคขั้นต้นจากของเหลว นี่เป็นเรื่องธรรมดา การกรองล่วงหน้า ขั้นตอนในกระบวนการอุตสาหกรรมและห้องปฏิบัติการหลายแห่งเพื่อยืดอายุการใช้งานของตัวกรองที่ดีขึ้นในภายหลัง
  • การเก็บเกี่ยวเซลล์/การชี้แจง: สามารถใช้ในการใช้งานทางชีวภาพบางอย่างสำหรับการเก็บเกี่ยวเซลล์ที่มีขนาดใหญ่หรือชี้แจงโซลูชันที่ขุ่นสูง

Ultrafiltration (UF)

Ultrafiltration (UF) ทำงานในระดับที่ดีกว่าการกรองไมโครฟิล์มสามารถกำจัดอนุภาคขนาดเล็กและ macromolecules ได้ โดยทั่วไปแล้วเมมเบรน UF จะยังคงไวรัสโปรตีนและโมเลกุลอินทรีย์ขนาดใหญ่ในขณะที่อนุญาตให้น้ำและเกลือละลายเล็ก ๆ ผ่าน

• ขนาดรูขุมขน: อยู่ในช่วงจาก 0.01 ถึง 0.1 ไมครอน (µm) หรือมักจะแสดงเป็น การตัดน้ำหนักโมเลกุล (MWCO) จาก 1,000 ถึง 500,000 daltons MWCO หมายถึงน้ำหนักโมเลกุลโดยประมาณของโปรตีนทรงกลมที่เล็กที่สุดที่ยังคงอยู่ 90% โดยเมมเบรน
• แอปพลิเคชันทั่วไป:
  • การบำบัดน้ำ: การกำจัดไวรัสเอนโดท็อกซินคอลลอยด์และโมเลกุลขนาดใหญ่สำหรับการทำให้บริสุทธิ์น้ำดื่ม การบำบัดน้ำเสียเพื่อนำกลับมาใช้ใหม่
  • อาหารและเครื่องดื่ม: ความเข้มข้นของโปรตีนนมการชี้แจงน้ำผลไม้การกู้คืนของเอนไซม์
  • เวชภัณฑ์และเทคโนโลยีชีวภาพ: ความเข้มข้นและการทำให้บริสุทธิ์ของโปรตีนเอนไซม์และวัคซีน การกำจัดไพโรเจน
  • ทางอุตสาหกรรม: การแยกอิมัลชันน้ำมัน/น้ำการกู้คืนสีในกระบวนการไฟฟ้า

Nanofiltration (NF)

เมมเบรน Nanofiltration (NF) มักถูกเรียกว่า "การปฏิเสธเยื่อหุ้มเซลล์ RO" อย่างหลวม ๆ "เพราะมันอยู่ระหว่าง UF และ RO ในแง่ของความสามารถในการแยก เมมเบรน NF มีประสิทธิภาพในการกำจัดไอออนหลายชนิด (เช่นไอออนความแข็ง) โมเลกุลอินทรีย์ขนาดเล็กบางตัวและไวรัสส่วนใหญ่ในขณะที่ช่วยให้ไอออนโมโนวาเลนต์ (เช่นโซเดียมคลอไรด์) และน้ำผ่านเมมเบรน RO ได้อย่างอิสระ

• ขนาดรูขุมขน: อยู่ในช่วงจาก 0.001 ถึง 0.01 ไมครอน (µm) หรือ MWCO โดยทั่วไปจาก 150 ถึง 1,000 Daltons
• แอปพลิเคชันทั่วไป:
  • น้ำอ่อนลง: การกำจัดความแข็ง (แคลเซียมแมกนีเซียม) จากน้ำโดยไม่ต้องมีการฟื้นฟูสารเคมี
  • น้ำดื่ม: การกำจัดสียาฆ่าแมลงและคาร์บอนอินทรีย์ที่ละลาย (DOC)
  • อาหารและเครื่องดื่ม: demineralization ของเวย์, การกลั่นน้ำตาล, ความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์
  • เภสัชกรรม: ความเข้มข้นของยาปฏิชีวนะแยกออกจากกัน
  • ทางอุตสาหกรรม: การกำจัดสีย้อมจากน้ำเสียการแยกส่วนประกอบเฉพาะในกระบวนการทางเคมี

Reverse Osmosis (RO)

Reverse Osmosis (RO) แสดงถึงระดับที่ดีที่สุดของการแยกเมมเบรนสามารถปฏิเสธเกลือที่ละลายได้ทั้งหมดโมเลกุลอนินทรีย์และโมเลกุลอินทรีย์ขนาดใหญ่ มันทำงานได้โดยการใช้แรงดันที่มากกว่าแรงดันออสโมติกบังคับให้น้ำผ่านเยื่อหุ้มเซลล์หนาแน่นสูงมากในขณะที่ทิ้งสิ่งสกปรกที่ละลายอยู่ไว้ข้างหลัง

• ขนาดรูขุมขน: อย่างมีประสิทธิภาพ <0.001 ไมครอน (µm) , หรือ ไม่มีรูพรุน ในความหมายดั้งเดิมการทำงานเพิ่มเติมเกี่ยวกับกลไกการตอบสนองการแก้ปัญหา พวกเขาปฏิเสธเป็นหลักตามประจุและขนาดลบไอออนได้อย่างมีประสิทธิภาพ
• แอปพลิเคชันทั่วไป:
  • การกลั่นน้ำทะเล: การเปลี่ยนน้ำทะเลหรือน้ำกร่อยเป็นน้ำดื่ม
  • การผลิตน้ำพิเศษ: การผลิตน้ำที่มีความบริสุทธิ์สูงสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เวชภัณฑ์และการผลิตพลังงาน
  • การบำบัดน้ำเสีย: การทำให้บริสุทธิ์ระดับสูงสำหรับการใช้น้ำและการปลดปล่อย
  • อาหารและเครื่องดื่ม: ความเข้มข้นของน้ำผลไม้การผลิตน้ำปราศจากไอออน
  • ทางอุตสาหกรรม: ประมวลผลการชำระล้างน้ำการกู้คืนผลิตภัณฑ์

เกี่ยวข้องเพิ่มเติม:

รู้เบื้องต้นเกี่ยวกับตัวกรองเมมเบรนและขนาดรูขุมขน

ตัวกรองเมมเบรนเป็นเครื่องมือแยกที่ซับซ้อนซึ่งปฏิวัติอุตสาหกรรมต่าง ๆ ตั้งแต่การทำให้บริสุทธิ์น้ำจนถึงยา ที่แกนกลางของพวกเขาตัวกรองเหล่านี้ทำหน้าที่โดยทำหน้าที่เป็นอุปสรรคที่เลือกได้ทำให้สารบางชนิดผ่านเข้ามาในขณะที่ยังคงรักษาผู้อื่นไว้ ประสิทธิผลของตัวกรองเมมเบรนในการดำเนินงานที่สำคัญนี้บานพับเกือบทั้งหมดในลักษณะสำคัญเดียว: มัน ขนาดรูขุมขน .

ขนาดรูขุมขนของตัวกรองเมมเบรนกำหนดว่าอนุภาคโมเลกุลหรือแม้แต่ไอออนสามารถแยกออกจากกระแสของเหลวได้ ลองนึกภาพตะแกรงด้วยกล้องจุลทรรศน์ ขนาดของรูในตะแกรงนั้นเป็นตัวกำหนดสิ่งที่ผ่านและสิ่งที่ถูกจับได้ ในทำนองเดียวกันรูขุมขน miniscule ภายในตัวกรองเมมเบรนได้รับการออกแบบมาสู่มิติที่เฉพาะเจาะจงเพื่อให้ได้ผลลัพธ์การแยกที่ต้องการ

การทำความเข้าใจขนาดรูขุมขนเมมเบรนเป็นสิ่งสำคัญยิ่งในกระบวนการกรอง ขนาดรูขุมขนที่เลือกไม่ถูกต้องอาจนำไปสู่การกรองที่ไม่มีประสิทธิภาพการเปรอะเปื้อนของเยื่อก่อนวัยอันควรหรือแม้กระทั่งความเสียหายต่อเมมเบรนเอง ในทางกลับกันการเลือกขนาดรูขุมขนที่ดีที่สุดช่วยให้มั่นใจได้ว่าการแยกที่มีประสิทธิภาพขยายอายุการใช้งานของเมมเบรนและในที่สุดก็นำไปสู่กระบวนการที่มีประสิทธิภาพและประหยัดมากขึ้น

ตอนนี้เรามาเจาะลึกลงไปในโลกที่ซับซ้อนของขนาดรูขุมขนตัวกรองเมมเบรน เราจะกำหนด:

- ขนาดรูขุมขนหมายถึงอะไรอย่างแท้จริง
- สำรวจการกรองเมมเบรนประเภทต่าง ๆ ตามขนาดรูขุมขน
- หารือเกี่ยวกับปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการเลือกขนาดรูขุมขน
- เน้นแอพพลิเคชั่นที่หลากหลายซึ่งตัวกรองเหล่านี้ขาดไม่ได้

* นอกจากนี้เราจะตรวจสอบวิธีการในการกำหนดขนาดรูขุมขนจัดการกับความท้าทายทั่วไปและดูแนวโน้มที่น่าตื่นเต้นที่กำหนดอนาคตของเทคโนโลยีเมมเบรน

ขนาดรูขุมขนคืออะไร?

หัวใจของกระบวนการกรองเมมเบรนทุกขั้นตอนคือแนวคิดของ ขนาดรูขุมขน - ในบริบทของตัวกรองเมมเบรนขนาดรูขุมขนหมายถึง เส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ยของช่องเปิดกล้องจุลทรรศน์หรือช่องทางที่ซึมผ่านวัสดุเมมเบรน - รูขุมขนเหล่านี้ไม่ได้เป็นเพียงแค่หลุม แต่เป็นเส้นทางที่ซับซ้อนซึ่งออกแบบมาเพื่อให้ทางผ่านของของเหลวในขณะที่การปิดกั้นอนุภาคที่ใหญ่กว่ามิติที่กำหนดไว้

โดยทั่วไปแล้วหน่วยการวัดขนาดรูขุมขนจะแสดงเป็นอย่างใดอย่างหนึ่ง ไมครอน (µm) or นาโนเมตร (NM) - เพื่อให้หน่วยเหล่านี้เป็นมุมมอง:

• 1 ไมครอน (µm) เป็นหนึ่งล้านเมตร ( $10^6$ เมตร) สำหรับการเปรียบเทียบเส้นผ่านศูนย์กลางของมนุษย์มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 50-100 ไมโครเมตร
• 1 นาโนเมตร (นาโนเมตร) เป็นหนึ่งพันล้านเมตร ( $10^9$ เมตร) โมเลกุลน้ำเดียวมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 0.27 นาโนเมตร

ทางเลือกของหน่วยมักขึ้นอยู่กับขนาดของการกรอง ไมครอนมักใช้สำหรับขนาดรูขุมขนที่ใหญ่กว่าที่พบในการกรองไมโครฟิล์มในขณะที่นาโนเมตรมีความแพร่หลายมากขึ้นเมื่อพูดถึงรูขุมขนที่ดีมากของการกรองอัลตร้าเลชั่น, การกรองนาโนและเยื่อหุ้มเซลล์ออสโมซิสแบบย้อนกลับ

ผลกระทบที่ลึกซึ้งของขนาดรูพรุนต่อประสิทธิภาพการกรองไม่สามารถพูดเกินจริงได้ มันโดยตรงกำหนดไฟล์ จุดตัด สำหรับการแยก ลองนึกภาพเมมเบรนที่มีขนาดรูขุมขน 0.2 µm เมมเบรนนี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อรักษาอนุภาคหรือจุลินทรีย์ใด ๆ ที่มีขนาดใหญ่กว่า 0.2 µm ในขณะที่ช่วยให้โมเลกุลและน้ำเล็กผ่านไปได้

• ขนาดรูขุมขนที่เล็กกว่า โดยทั่วไปจะนำไปสู่ประสิทธิภาพการกรองที่สูงขึ้นเนื่องจากสามารถกำจัดอนุภาคที่ละเอียดกว่าของแข็งที่ละลายและแม้แต่ไวรัสบางชนิด อย่างไรก็ตามสิ่งนี้มักจะมาจากต้นทุนของการลดลงของฟลักซ์ (อัตราการไหล) และเพิ่มความดันลดลงในเมมเบรนเนื่องจากความต้านทานต่อการไหลสูงขึ้น
• ขนาดรูขุมขนที่ใหญ่ขึ้น อนุญาตให้ฟลักซ์ที่สูงขึ้นและความต้องการความดันลดลงทำให้เหมาะสำหรับการกำจัดอนุภาคหยาบหรือขั้นตอนการกรองล่วงหน้า อย่างไรก็ตามการแลกเปลี่ยนเป็นระดับที่ต่ำกว่าของการแยกและไม่สามารถกำจัดสารปนเปื้อนที่ดีมาก

ดังนั้นการเลือกขนาดรูขุมขนของเมมเบรนอย่างระมัดระวังจึงเป็นพารามิเตอร์การออกแบบที่สำคัญซึ่งสัมพันธ์กับระดับความบริสุทธิ์ที่ต้องการโดยตรงและประสิทธิภาพการทำงานของระบบการกรอง มันเป็นความสมดุลที่ละเอียดอ่อนระหว่างการบรรลุการแยกที่จำเป็นและการรักษาอัตราการไหลเชิงปฏิบัติสำหรับแอปพลิเคชันที่กำหนด

ปัจจัยที่มีผลต่อการเลือกขนาดรูขุมขน

การเลือกขนาดรูขุมขนตัวกรองเมมเบรนที่ถูกต้องเป็นการตัดสินใจที่สำคัญที่ส่งผลกระทบโดยตรงต่อความสำเร็จประสิทธิภาพและความคุ้มค่าของกระบวนการกรองใด ๆ การเลือกนี้ไม่ได้เป็นไปตามอำเภอใจ มันเป็นการกระทำที่สมดุลอย่างระมัดระวังซึ่งได้รับอิทธิพลจากปัจจัยสำคัญหลายประการที่กำหนดให้แยกการแยกความเข้ากันได้ของเมมเบรนและความเป็นไปได้ในการปฏิบัติงาน

ขนาดอนุภาคเป้าหมาย: วิธีเลือกขนาดรูขุมขนที่เหมาะสม

ปัจจัยพื้นฐานที่สุดในการเลือกขนาดรูขุมขนคือ ขนาดของอนุภาคหรือโมเลกุลที่คุณตั้งใจจะลบหรือเก็บรักษาไว้ .

• สำหรับการลบ (การชี้แจงการทำให้บริสุทธิ์): ขนาดรูขุมขนเมมเบรนจะต้องมีขนาดเล็กกว่าสารปนเปื้อนเป้าหมายอย่างมีนัยสำคัญ ตัวอย่างเช่นหากคุณต้องการลบแบคทีเรียที่มีขนาดเฉลี่ย 0.5 µm คุณอาจเลือกเมมเบรนไมโครไฟกรีฑาที่มีขนาดรูพรุน 0.2 µm หรือเล็กกว่าเพื่อให้แน่ใจว่ามีการเก็บรักษาที่มีประสิทธิภาพ กฎทั่วไปของหัวแม่มือคือการเลือกขนาดรูขุมขน 1/3 ถึง 1/10 ขนาดของอนุภาคที่เล็กที่สุดที่คุณต้องการลบออกโดยคิดเป็นรูปร่างของอนุภาคและเยื่อหุ้มเซลล์ที่มีศักยภาพ
• สำหรับการเก็บรักษา (สมาธิเก็บเกี่ยว): ในทางกลับกันหากเป้าหมายของคุณคือการมีสมาธิกับสารที่ต้องการ (เช่นโปรตีนหรือเซลล์) ขนาดรูขุมขนเมมเบรนควรมีขนาดเล็กพอที่จะรักษาสารเป้าหมายในขณะที่อนุญาตให้ตัวทำละลายและสิ่งสกปรกเล็กลง นี่คือที่แนวคิดของการลดน้ำหนักโมเลกุล (MWCO) มีความเกี่ยวข้องโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับเยื่อหุ้มเซลล์ UF และ NF

การทำความเข้าใจการกระจายขนาดของส่วนประกอบในกระแสของเหลวของคุณเป็นสิ่งสำคัญยิ่ง สิ่งนี้มักจะต้องมีการวิเคราะห์ก่อนหน้าของกระแสฟีดโดยใช้เทคนิคเช่นการกระเจิงของแสงแบบไดนามิกหรือกล้องจุลทรรศน์

วัสดุเมมเบรน: อิทธิพลต่อขนาดรูขุมขนและความเข้ากันได้

วัสดุที่สร้างเมมเบรนมีบทบาทสำคัญในโครงสร้างรูขุมขนโดยธรรมชาติความต้านทานทางเคมีและประสิทธิภาพโดยรวม วัสดุที่แตกต่างกันยืมตัวเองในช่วงขนาดรูขุมขนและแอปพลิเคชันที่แตกต่างกัน:

• เยื่อโพลีเมอร์: เหล่านี้เป็นประเภทที่พบมากที่สุดและรวมถึงวัสดุเช่น polysulfone (PS), polyethersulfone (PES), polyvinylidene fluoride (PVDF), เซลลูโลสอะซิเตต (CA), polyamide (PA) และโพรพิลีน (PP)

  • มีอิทธิพลต่อขนาดรูขุมขน: กระบวนการผลิต (เช่นการผกผันเฟสยืด) และพอลิเมอร์เองกำหนดช่วงขนาดรูขุมขนและการกระจายที่ทำได้ ยกตัวอย่างเช่นเยื่อหุ้มเซลลูโลสมักใช้สำหรับการกรองทั่วไปซึ่งต้องการคุณสมบัติที่ชอบน้ำในขณะที่ PVDF เป็นที่รู้จักกันดีสำหรับความต้านทานทางเคมีและความพร้อมใช้งานขนาดรูขุมขนในวงกว้าง Polyamide เป็นวัสดุที่โดดเด่นสำหรับเยื่อหุ้มเซลล์ RO และ NF เนื่องจากคุณสมบัติการปฏิเสธเกลือที่ยอดเยี่ยม
  • ความเข้ากันได้: ความเข้ากันได้ทางเคมีของวัสดุเมมเบรนกับของเหลวอาหารสัตว์ (pH, ตัวทำละลาย, ออกซิไดเซอร์) และสารเคมีทำความสะอาดเป็นสิ่งสำคัญ การใช้วัสดุที่เข้ากันไม่ได้สามารถนำไปสู่การสลายตัวของเมมเบรนการเปลี่ยนแปลงขนาดรูพรุนและความล้มเหลวของระบบ ข้อ จำกัด อุณหภูมิของวัสดุยังมีผลต่อความเหมาะสม

• เมมเบรนเซรามิก: ทำจากวัสดุเช่นอลูมินาเซอร์โคเนียหรือไททาเนียเยื่อหุ้มเหล่านี้มักจะแข็งแกร่งกว่า

  • มีอิทธิพลต่อขนาดรูขุมขน: โดยทั่วไปเยื่อหุ้มเซรามิคมีขนาดรูขุมขนที่สม่ำเสมอทำให้เหมาะสำหรับการแยกที่แม่นยำ พวกเขามักพบในแอปพลิเคชัน MF และ UF
  • ความเข้ากันได้: พวกเขาแสดงความเสถียรทางเคมีและความร้อนที่ยอดเยี่ยมช่วยให้พวกเขาสามารถทนต่อสภาพแวดล้อมทางเคมีที่รุนแรงอุณหภูมิสูงและระบบทำความสะอาดที่ก้าวร้าวซึ่งเยื่อหุ้มโพลีเมอร์ไม่สามารถทำได้

เงื่อนไขการทำงาน: ความดันอุณหภูมิและอัตราการไหล

เงื่อนไขที่กระบวนการกรองทำงานยังมีผลต่อการเลือกขนาดรูขุมขนและประสิทธิภาพของเมมเบรนอย่างมาก

• ความดัน: ตามที่กล่าวไว้จำเป็นต้องมีแรงดันในการขับขี่ที่สูงขึ้นเพื่อเอาชนะความต้านทานต่อไฮดรอลิกที่เพิ่มขึ้นของรูขุมขนขนาดเล็ก เมมเบรนที่เลือกจะต้องสามารถทนต่อแรงกดดันในการทำงานที่จำเป็นโดยไม่ต้องมีการบีบอัดหรือรักษาความเสียหาย ความดันไม่เพียงพอจะนำไปสู่ฟลักซ์ต่ำในขณะที่ความดันที่มากเกินไปสามารถทำลายโครงสร้างเมมเบรน
• อุณหภูมิ: อุณหภูมิมีผลต่อความหนืดของของเหลวและดังนั้นฟลักซ์ผ่านเมมเบรน อุณหภูมิที่สูงขึ้นโดยทั่วไปจะนำไปสู่ความหนืดของของเหลวที่ลดลงและทำให้ฟลักซ์สูงขึ้น อย่างไรก็ตามวัสดุเมมเบรนมีขีด จำกัด อุณหภูมิซึ่งเกินความสมบูรณ์ของโครงสร้างหรือความเสถียรของขนาดรูขุมขนอาจถูกบุกรุก
• อัตราการไหล (ฟลักซ์): อัตราการไหลของการแทรกซึมที่ต้องการ (ฟลักซ์) เป็นพารามิเตอร์การออกแบบที่สำคัญ ในขณะที่รูขุมขนที่เล็กกว่านั้นมีการแยกที่ดีขึ้น แต่พวกเขาก็ให้ฟลักซ์ที่ต่ำกว่าที่ความดัน การออกแบบระบบจะต้องสร้างสมดุลระหว่างความจำเป็นในการแยกด้วยปริมาณงานที่จำเป็น อัตราการไหลที่สูงขึ้นอาจทำให้พื้นที่ผิวเมมเบรนขนาดใหญ่ขึ้นหรือแรงกดดันจากการดำเนินงานที่สูงขึ้นส่งผลกระทบต่อเงินทุนและต้นทุนการดำเนินงาน

โดยสรุปการเลือกขนาดรูขุมขนตัวกรองเมมเบรนที่ถูกต้องเป็นการตัดสินใจแบบหลายแง่มุมที่ต้องมีความเข้าใจอย่างถ่องแท้เกี่ยวกับลักษณะฟีดผลการแยกที่ต้องการคุณสมบัติของวัสดุเยื่อหุ้มเซลล์ที่มีอยู่และข้อ จำกัด ในทางปฏิบัติของสภาพแวดล้อมการทำงาน ความผิดพลาดในการเลือกนี้สามารถนำไปสู่ความไร้ประสิทธิภาพที่มีค่าใช้จ่ายสูงหรือแม้กระทั่งความล้มเหลวของกระบวนการ

แอปพลิเคชันของตัวกรองเมมเบรนตามขนาดรูขุมขน

ความสามารถของตัวกรองเมมเบรนเพื่อควบคุมสิ่งที่ผ่านไปได้อย่างแม่นยำและสิ่งที่ถูกเก็บรักษาไว้ส่วนใหญ่เกิดจากขนาดรูขุมขนทางวิศวกรรมของพวกเขาทำให้พวกเขาขาดไม่ได้ในอุตสาหกรรมมากมาย จากการสร้างความมั่นใจว่าน้ำดื่มที่ปลอดภัยไปจนถึงการผลิตยาช่วยชีวิตตัวกรองเหล่านี้เป็นศูนย์กลางของกระบวนการทำให้บริสุทธิ์การแยกและกระบวนการสมาธิ

การกรองน้ำ: น้ำดื่มการบำบัดน้ำเสีย

ตัวกรองเมมเบรนเป็นรากฐานสำคัญของการบำบัดน้ำที่ทันสมัยโดยจัดการกับความท้าทายด้านความบริสุทธิ์ตั้งแต่สารปนเปื้อนขนาดมหึมาไปจนถึงเชื้อโรคด้วยกล้องจุลทรรศน์และเกลือละลาย

• Microfiltration (MF) และ Ultrafiltration (UF): เมมเบรนเหล่านี้มีขนาดรูขุมขนใน 0.1 ถึง 10 µm (MF) และ 0.01 ถึง 0.1 µm (UF) ช่วงใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการกำจัดของแข็งแขวนลอยความขุ่นแบคทีเรียโปรโตซัว (เช่น Cryptosporidium และ Giardia ) และไวรัสจากแหล่งน้ำดื่ม พวกเขาเป็นขั้นตอนการรักษาล่วงหน้าที่ยอดเยี่ยมสำหรับระบบเมมเบรนขั้นสูงมากขึ้นปกป้องเยื่อหุ้มที่ดีขึ้นจากการเปรอะเปื้อน ในการบำบัดน้ำเสีย MF/UF สามารถผลิตน้ำทิ้งคุณภาพสูงที่เหมาะสมสำหรับการปล่อยหรือนำกลับมาใช้ซ้ำโดยการกำจัดของแข็งแขวนลอยแบคทีเรียและสารอินทรีย์บางอย่าง
• Nanofiltration (NF): ด้วยขนาดรูขุมขนโดยทั่วไป 0.001 ถึง 0.01 µm เมมเบรน NF ใช้สำหรับการทำให้น้ำอ่อนลงโดยการกำจัดไอออนความแข็งหลายชนิด (แคลเซียมแมกนีเซียม) และเพื่อลดระดับของคาร์บอนอินทรีย์ที่ละลาย (DOC) สีและสารประกอบอินทรีย์สังเคราะห์ (เช่นสารกำจัดศัตรูพืช) จากน้ำดื่ม สิ่งนี้ให้การซึมผ่านที่มีคุณภาพสูงกว่า UF
• Reverse Osmosis (RO): มีประสิทธิภาพ <0.001 µm ขนาด 'รูขุมขน' (ทำงานผ่านการแก้ปัญหาการแก้ปัญหา) เยื่อหุ้มเซลล์เป็นอุปสรรคสูงสุดสำหรับการทำให้บริสุทธิ์น้ำ พวกเขามีความสำคัญสำหรับ การกลั่นน้ำทะเล น้ำทะเลและน้ำกร่อยผลิตน้ำดื่ม RO ยังเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการผลิต น้ำพิเศษ จำเป็นในอุตสาหกรรมเช่นอิเล็กทรอนิกส์ยาและการผลิตพลังงานโดยการกำจัดเกลือและสิ่งสกปรกที่ละลายได้เกือบทั้งหมด

การกรองอากาศ: ระบบ HVAC, Cleanrooms

ในขณะที่คำว่า "ขนาดรูขุมขน" มักจะเกี่ยวข้องกับการกรองของเหลวหลักการใช้อย่างเท่าเทียมกันกับการกรองอากาศ (ก๊าซ) ซึ่งเยื่อหุ้มเซลล์กรองอนุภาคในอากาศ

• Microfiltration (MF) (และสื่อ HEPA/ULPA): สื่อที่มีลักษณะคล้ายเมมเบรนเฉพาะมักจะถูกจำแนกตามประสิทธิภาพการกำจัดอนุภาคมากกว่าขนาดรูขุมขนที่ไม่ต่อเนื่อง ตัวอย่างเช่น, HEPA (อากาศที่มีประสิทธิภาพสูง) ตัวกรองมักจะจับอนุภาค 99.97% $0.3\mu m$ ในขนาดและ ULPA (อากาศที่มีฝุ่นละอองต่ำเป็นพิเศษ) ตัวกรองนั้นดีกว่า สิ่งเหล่านี้มีความสำคัญสำหรับ:
  • ระบบ HVAC: การปรับปรุงคุณภาพอากาศในร่มโดยการกำจัดฝุ่นละอองละอองเรณูสปอร์เชื้อราและสารก่อภูมิแพ้บางส่วน
  • ห้องทำความสะอาด: การสร้างและบำรุงรักษาสภาพแวดล้อมที่มีการควบคุมสูง (เช่น ISO Class 1 ถึง 9) จำเป็นสำหรับการผลิตเซมิคอนดักเตอร์การผลิตยาและการวิจัยที่ละเอียดอ่อนซึ่งแม้แต่อนุภาคย่อยไมครอนอาจทำให้เกิดการปนเปื้อนหรือข้อบกพร่อง

เภสัชกรรม: การทำหมันการพัฒนายา

ข้อกำหนดด้านความบริสุทธิ์ที่เข้มงวดของอุตสาหกรรมยาทำให้ตัวกรองเมมเบรนขาดไม่ได้

• Microfiltration (MF): การกรองของเหลวที่ผ่านการฆ่าเชื้อ (เช่นสื่อวัฒนธรรม, บัฟเฟอร์, สารละลายจักษุ) ก่อนที่บรรจุภัณฑ์เป็นแอปพลิเคชันทั่วไปสำหรับ 0.1 หรือ 0.2 µm เมมเบรน MF ทำให้มั่นใจได้ว่าการกำจัดแบคทีเรียและเชื้อราในขณะที่หลีกเลี่ยงส่วนผสมที่ไวต่อความร้อน
• Ultrafiltration (UF): เมมเบรน UF (โดยทั่วไป 0.01 ถึง 0.1 µm หรือ MWCOs เฉพาะ) มีความสำคัญสำหรับ:
  • ความเข้มข้นของโปรตีนและการทำให้บริสุทธิ์: มุ่งเน้นโปรตีนการรักษาเอนไซม์และวัคซีน
  • การกรอง: การลบเกลือหรือแลกเปลี่ยนบัฟเฟอร์ในระหว่างการทำให้บริสุทธิ์โปรตีน
  • การกำจัด Pyrogen: กำจัดเอนโดท็อกซิน (ไพโรเจน) จากน้ำเพื่อฉีด (WFI)
• Nanofiltration (NF) และ Reverse Osmosis (RO): ใช้สำหรับการบำบัดน้ำป้อนล่วงหน้าสำหรับระบบ UF/RO และสำหรับการสร้าง น้ำเกรดยา (เช่นน้ำบริสุทธิ์น้ำสำหรับการฉีด) ซึ่งต้องการสิ่งสกปรกในระดับต่ำมากรวมถึงเกลือที่ละลายและสารประกอบอินทรีย์

อาหารและเครื่องดื่ม: การชี้แจงการทำหมัน

ตัวกรองเมมเบรนช่วยเพิ่มคุณภาพชีวิตการเก็บรักษาและความปลอดภัยของผลิตภัณฑ์อาหารและเครื่องดื่มที่หลากหลาย

• Microfiltration (MF):
  • คำชี้แจงเครื่องดื่ม: การชี้แจงไวน์เบียร์ (เอายีสต์ออกแบคทีเรียและอนุภาคหมอกควัน) และน้ำผลไม้
  • การประมวลผลนม: การพาสเจอร์ไรซ์เย็นของนม (ลดภาระของแบคทีเรียโดยไม่ต้องใช้ความร้อน) การแยกส่วนของส่วนประกอบนม
• Ultrafiltration (UF):
  • ความเข้มข้นของโปรตีน: มุ่งเน้นโปรตีนนม (เช่นการผลิตชีส) ความเข้มข้นของเวย์โปรตีน
  • การชี้แจงน้ำผลไม้: การกำจัดของแข็งและโมเลกุลขนาดใหญ่ออกจากน้ำผลไม้ในขณะที่รักษารสชาติ
• Nanofiltration (NF):
  • การกลั่นน้ำตาล: การฆ่าล้างเผ่าพันธุ์และการทำให้บริสุทธิ์ของสารละลายน้ำตาล
  • ความเข้มข้นของน้ำผลไม้: ความเข้มข้นบางส่วนของน้ำผลไม้ที่มี demineralization พร้อมกัน
• Reverse Osmosis (RO):
  • ความเข้มข้น: ความเข้มข้นของของเหลวที่ไวต่อความร้อนเช่นกาแฟน้ำผลไม้หรือผลิตภัณฑ์นมที่ให้การประหยัดพลังงานเมื่อเทียบกับการระเหย
  • น้ำสำหรับการประมวลผล: ให้น้ำที่มีความบริสุทธิ์สูงสำหรับการกำหนดผลิตภัณฑ์และการทำความสะอาด

การใช้งานอุตสาหกรรม: การแปรรูปทางเคมีน้ำมันและก๊าซ

นอกเหนือจากวัสดุสิ้นเปลืองตัวกรองเมมเบรนตอบสนองความต้องการการแยกที่สำคัญและความต้องการการทำให้บริสุทธิ์ในอุตสาหกรรมหนัก

• Microfiltration (MF) และ Ultrafiltration (UF):
  • การบำบัดน้ำเสีย: การชี้แจงทั่วไปและการกำจัดของแข็งแขวนลอยออกจากน้ำทิ้งอุตสาหกรรม
  • อิมัลชันทำลาย: การแยกน้ำมันออกจากน้ำในของเหลวโลหะหรือผลิตน้ำในอุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซ
  • ตัวเร่งปฏิกิริยาการกู้คืน: การรักษาตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีค่าจากการผสมปฏิกิริยา
  • ก่อนการรักษา: ปกป้องอุปกรณ์ปลายน้ำอื่น ๆ และเยื่อหุ้มที่ดีขึ้น
• Nanofiltration (NF) และ Reverse Osmosis (RO):
  • ประมวลผลน้ำบริสุทธิ์: ให้น้ำที่มีความบริสุทธิ์สูงสำหรับหม้อไอน้ำหอคอยทำความเย็นและกระบวนการผลิต
  • การกู้คืนผลิตภัณฑ์: การกู้คืนสารเคมีที่มีค่าจากลำธารของเสีย
  • ความเข้มข้นของน้ำเกลือ: เน้นสารละลายเกลือในกระบวนการทางเคมีต่างๆ
  • การแยกสารเคมี: การแยกส่วนประกอบเฉพาะในการสังเคราะห์ทางเคมีหรือขั้นตอนการทำให้บริสุทธิ์

วิธีกำหนดขนาดรูขุมขนของตัวกรองเมมเบรน

ในขณะที่ขนาดรูขุมขนเป็นลักษณะพื้นฐานของตัวกรองเมมเบรน แต่ก็ไม่ได้เป็นการวัดที่ง่ายและตรงไปตรงมาเสมอไป แต่มักจะอนุมานผ่านการทดสอบมาตรฐานหรือจัดทำโดยผู้ผลิตตามกระบวนการควบคุมคุณภาพ การกำหนดขนาดรูขุมขนที่แม่นยำเป็นสิ่งสำคัญในการทำให้มั่นใจว่าเมมเบรนจะทำงานตามที่คาดไว้สำหรับแอปพลิเคชันที่ตั้งใจไว้

ข้อมูลจำเพาะที่จัดทำโดยผู้ผลิต

วิธีที่พบบ่อยที่สุดในการรู้ขนาดรูขุมขนของตัวกรองเมมเบรนคือการตรวจสอบ ข้อกำหนดทางเทคนิคและแผ่นข้อมูลที่จัดทำโดยผู้ผลิต - ผู้ผลิตที่มีชื่อเสียงลงทุนอย่างมากในการควบคุมคุณภาพและลักษณะของผลิตภัณฑ์ของพวกเขา ข้อมูลจำเพาะเหล่านี้มักจะแสดงรายการ:

• ขนาดรูขุมขนเล็กน้อย: นี่คือการจำแนกทั่วไปซึ่งบ่งบอกถึงขนาดรูขุมขนโดยเฉลี่ย หมายความว่าเมมเบรนได้รับการออกแบบมาเพื่อรักษาเปอร์เซ็นต์ของอนุภาคที่หรือสูงกว่าขนาดที่ระบุไว้ ตัวอย่างเช่นตัวกรองที่กำหนด 0.2 µm อาจเก็บอนุภาค 99.9% ที่ขนาดนั้น มันเป็นค่าเฉลี่ยและไม่ได้หมายความว่ารูขุมขนทุกขนาดนั้นมีขนาดเท่ากัน
• ขนาดรูขุมขนสัมบูรณ์: นี่เป็นข้อกำหนดที่แม่นยำยิ่งขึ้นซึ่งบ่งชี้ว่าอนุภาคทั้งหมดที่มีขนาดใหญ่กว่าขนาดที่ระบุไว้จะถูกเก็บรักษาไว้ (มักจะเก็บรักษาไว้ 100% ภายใต้เงื่อนไขการทดสอบเฉพาะ) นี่เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการใช้งานเช่นการกรองที่ผ่านการฆ่าเชื้อซึ่งจำเป็นต้องมีการกำจัดจุลินทรีย์อย่างสมบูรณ์
• การตัดน้ำหนักโมเลกุล (MWCO): สำหรับการกรองแบบ ultrafiltration และ nanofiltration ผู้ผลิตมักจะระบุ MWCO ใน Daltons ซึ่งอธิบายน้ำหนักโมเลกุลที่ 90% ของโปรตีนทรงกลมที่เฉพาะเจาะจง (หรือ Dextran) จะถูกเก็บไว้โดยเมมเบรน นี่คือการวัดการทำงานของขนาดรูขุมขนสำหรับการแยกโมเลกุล
• การจัดอันดับการเก็บรักษาสำหรับสิ่งมีชีวิตเฉพาะ: โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้ยาหรือการบำบัดน้ำผู้ผลิตอาจระบุความสามารถของเมมเบรนในการรักษาแบคทีเรียที่เฉพาะเจาะจง (เช่น Brevundimonas diminuta สำหรับตัวกรองที่ผ่านการฆ่าเชื้อ 0.22 µm) หรือไวรัส สิ่งนี้นำเสนอการวัดประสิทธิภาพที่ใช้งานได้จริง

เป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องทราบว่าผู้ผลิตที่แตกต่างกันอาจใช้วิธีการทดสอบหรือคำจำกัดความที่แตกต่างกันเล็กน้อยสำหรับ "เล็กน้อย" เทียบกับ "Absolute" ดังนั้นการเปรียบเทียบข้อกำหนดระหว่างแบรนด์ต้องพิจารณาอย่างรอบคอบ

วิธีการทดสอบ: การทดสอบจุดฟอง, การวิเคราะห์ด้วยกล้องจุลทรรศน์

นอกเหนือจากการเรียกร้องของผู้ผลิตแล้วยังมีวิธีการที่จัดตั้งขึ้นเพื่อกำหนดลักษณะหรือตรวจสอบขนาดรูขุมขนที่มีประสิทธิภาพและความสมบูรณ์ของตัวกรองเมมเบรน

1. การทดสอบจุดฟอง

ที่ การทดสอบจุดฟอง เป็นวิธีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายและไม่ทำลายสำหรับการกำหนดขนาดรูขุมขนที่ใหญ่ที่สุดในตัวกรองเมมเบรนและเพื่อตรวจสอบความสมบูรณ์ของเมมเบรน มันขึ้นอยู่กับหลักการที่ว่าของเหลวที่เก็บไว้ในรูขุมขนโดยแรงตึงผิวสามารถถูกบังคับโดยความดันแก๊ส

• หลักการ: เมมเบรนเปียกเป็นครั้งแรกด้วยของเหลว (เช่นน้ำหรือแอลกอฮอล์) เติมรูขุมขนทั้งหมด ความดันก๊าซ (โดยปกติจะใช้อากาศหรือไนโตรเจน) จะถูกนำไปใช้กับด้านหนึ่งของเมมเบรนเปียกในขณะที่อีกด้านหนึ่งเปิดสู่ชั้นบรรยากาศ (หรือจมอยู่ใต้น้ำในของเหลว) เมื่อความดันก๊าซค่อยๆเพิ่มขึ้นในที่สุดก็จะเอาชนะแรงตึงผิวที่ถือของเหลวในรูขุมขนที่ใหญ่ที่สุด ที่ "จุดฟองสบู่" ลำธารของฟองสบู่ต่อเนื่องจะเกิดขึ้นจากด้านเปียกของเมมเบรน
• การคำนวณ: แรงกดดันที่เกิดขึ้นนั้นเกี่ยวข้องโดยตรงกับขนาดรูพรุนที่ใหญ่ที่สุดโดยสมการ Young-Laplace:
• p - ( 4γCOSθ )/d:
  • P คือความดันจุดฟอง
  • γ แรงตึงผิวของของเหลวเปียก
  • θ มุมสัมผัสของของเหลวที่มีผนังรูขุมขน (มักจะถือว่าเป็น 0 สำหรับการเปียกอย่างสมบูรณ์ดังนั้น COS θ = 1 )
  • D เป็นเส้นผ่านศูนย์กลางของรูขุมขนที่ใหญ่ที่สุด

การทดสอบจุดฟองนั้นยอดเยี่ยมสำหรับการควบคุมคุณภาพการตรวจจับข้อบกพร่องการผลิตหรือการตรวจสอบว่าเมมเบรนได้รับความเสียหายหรือถูกบุกรุก (เช่นโดยการโจมตีทางเคมีหรือความดันมากเกินไป) ในการใช้งาน จุดฟองสบู่ที่ต่ำกว่าที่คาดการณ์บ่งบอกถึงรูขุมขนที่มีขนาดใหญ่กว่าซึ่งหมายถึงการสูญเสียความสมบูรณ์

2. การวิเคราะห์ด้วยกล้องจุลทรรศน์ (เช่นกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน)

สำหรับการประเมินภาพโดยตรงของโครงสร้างรูพรุนมากขึ้นสามารถใช้เทคนิคการใช้กล้องจุลทรรศน์ขั้นสูงโดยเฉพาะ:

• กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนสแกน (SEM): SEM ให้ภาพความละเอียดสูงของพื้นผิวเมมเบรนและหน้าตัดช่วยให้การสร้างภาพข้อมูลโดยตรงของรูขุมขน แม้ว่ามันจะไม่ให้ขนาดรูขุมขนที่ใช้งานได้เช่นการทดสอบจุดฟอง แต่ก็สามารถเปิดเผยสัณฐานวิทยาของรูขุมขนการกระจายและโครงสร้างเมมเบรนโดยรวม ซอฟต์แวร์การวิเคราะห์ภาพที่ทันสมัยสามารถใช้ในการวัดขนาดของรูขุมขนที่มองเห็นได้และสร้างการกระจายขนาดรูขุมขน
• กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (TEM): TEM เสนอการขยายและความละเอียดที่สูงขึ้นซึ่งมีประโยชน์สำหรับการจำแนกลักษณะรูขุมขนที่ละเอียดมากของเยื่อหุ้มเซลล์ UF, NF และ RO โดยเฉพาะอย่างยิ่งโครงสร้างภายในของพวกเขา

ในขณะที่มีค่าสำหรับการวิจัยและพัฒนาการวิเคราะห์ด้วยกล้องจุลทรรศน์มักเป็นวิธีการทางห้องปฏิบัติการและไม่ใช่การทดสอบในกระบวนการหรือภาคสนามสำหรับการตรวจสอบขนาดรูขุมขนเนื่องจากความซับซ้อนและค่าใช้จ่าย

ความสำคัญของการกำหนดขนาดรูขุมขนที่แม่นยำ

การกำหนดขนาดรูขุมขนที่แม่นยำเป็นสิ่งสำคัญยิ่งด้วยเหตุผลหลายประการ:

• การประกันประสิทธิภาพ: ทำให้มั่นใจได้ว่าเมมเบรนจะได้รับประสิทธิภาพการแยกที่ต้องการ (เช่นการฆ่าเชื้อ, ความชัดเจน, การปฏิเสธตัวถูกละลาย)
• การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการ: ช่วยในการเลือกเมมเบรนที่เหมาะสมสำหรับแอปพลิเคชันเฉพาะป้องกันการกรองมากเกินไป (รูขุมขนที่เล็กเกินไปราคาสูงฟลักซ์ต่ำ) หรือการกรองต่ำ (รูขุมขนที่มีขนาดใหญ่เกินไปความบริสุทธิ์ไม่เพียงพอ)
• การควบคุมคุณภาพ: ทำหน้าที่เป็นมาตรการควบคุมคุณภาพที่สำคัญสำหรับผู้ผลิตและผู้ใช้ปลายทางยืนยันความสอดคล้องของชุดและความสมบูรณ์ของผลิตภัณฑ์
• การแก้ไขปัญหา: ช่วยในการวินิจฉัยปัญหาเช่นการเปรอะเปื้อนความเสียหายหรือการผลิตข้อบกพร่องที่อาจเปลี่ยนขนาดรูขุมขนที่มีประสิทธิภาพ

ในสาระสำคัญการทำความเข้าใจและการตรวจสอบขนาดรูขุมขนของตัวกรองเมมเบรนไม่ได้เป็นเพียงการออกกำลังกายทางวิชาการ เป็นขั้นตอนสำคัญในการออกแบบการดำเนินงานและการบำรุงรักษาระบบการกรองที่มีประสิทธิภาพ

ปัญหาทั่วไปที่เกี่ยวข้องกับขนาดรูขุมขน

ในขณะที่ตัวกรองเมมเบรนเป็นเครื่องมือแยกที่มีประสิทธิภาพอย่างไม่น่าเชื่อโครงสร้างรูขุมขนที่ซับซ้อนของพวกเขายังทำให้พวกเขาไวต่อปัญหาการปฏิบัติงานหลายประการ ความท้าทายเหล่านี้หลายอย่างเช่นการเปรอะเปื้อนการอุดตันและความต้องการการทดสอบความสมบูรณ์นั้นเชื่อมโยงกับขนาดรูขุมขนของเมมเบรนและการมีปฏิสัมพันธ์กับของเหลวที่ถูกกรอง

การเปรอะเปื้อน: ขนาดรูขุมขนมีผลต่อการเปรอะเปื้อนของเมมเบรนอย่างไร

Fouling เป็นความท้าทายที่แพร่หลายและสำคัญที่สุดในการกรองเมมเบรน มันหมายถึงการสะสมของวัสดุที่ไม่พึงประสงค์ในหรือภายในรูขุมขนเมมเบรนนำไปสู่การลดลงของฟลักซ์แทรกซึม (อัตราการไหล) และ/หรือการเพิ่มขึ้นของความดัน transmembrane (TMP) ที่จำเป็นในการรักษาฟลักซ์ การสะสมนี้ช่วยลดขนาดรูขุมขนที่มีประสิทธิภาพและเพิ่มความต้านทานต่อการไหล

ขนาดรูขุมขนมีผลต่อการเปรอะเปื้อนอย่างไร:

• ขนาดรูขุมขนที่เล็กลงแนวโน้มการเปรอะเปื้อนที่สูงขึ้น: เยื่อหุ้มเซลล์ที่มีรูขุมขนขนาดเล็ก (UF, NF, RO) โดยทั่วไปจะมีความอ่อนไหวต่อการเปรอะเปื้อนมากขึ้นเนื่องจากพวกมันปฏิเสธสารที่หลากหลายรวมถึงคอลลอยด์ขนาดเล็กขนาดใหญ่ macromolecules และสารอินทรีย์ละลายที่สามารถสะสมบนพื้นผิวเมมเบรนหรือดูดซับเข้าไปในรูขุมขน โครงสร้างที่เข้มงวดมากขึ้นมีเว็บไซต์มากขึ้นสำหรับการโต้ตอบและพื้นที่น้อยลงสำหรับการทำผิดกติกา
• การเสียบรูขุมขน: อนุภาคหรือโมเลกุลที่มีขนาดใหญ่กว่ารูขุมขนของเมมเบรนจะสะสมบนพื้นผิวทำให้เป็น "ชั้นเค้ก" เลเยอร์นี้ทำหน้าที่เป็นตัวกรองรองเพิ่มความต้านทานและลดฟลักซ์
• การปิดกั้นรูขุมขน/การดูดซับ: มีขนาดเล็กลงโดยเฉพาะอย่างยิ่งโมเลกุลอินทรีย์ที่ละลายในการละลายสามารถดูดซับไปยังพื้นผิวภายในของรูขุมขนหรือปิดกั้นทางเข้ารูขุมขนลดขนาดรูขุมขนอย่างมีประสิทธิภาพ นี่เป็นเรื่องยากที่จะทำความสะอาดมากกว่าการเปรอะเปื้อนพื้นผิว
• biofouling: จุลินทรีย์ (แบคทีเรีย, เชื้อรา, สาหร่าย) สามารถยึดติดกับพื้นผิวเมมเบรนและแพร่กระจายทำให้เกิดแผ่นชีวะเหนียว ไบโอฟิล์มนี้สามารถครอบคลุมรูขุมขนได้อย่างรวดเร็วขัดขวางฟลักซ์อย่างมีนัยสำคัญและนำไปสู่ความเสียหายที่กลับไม่ได้หากไม่ได้รับการจัดการอย่างมีประสิทธิภาพ ขนาดรูขุมขนไม่ได้ป้องกันสิ่งที่แนบมาทางชีวภาพ แต่เมมเบรนหนาแน่นสามารถ จำกัด การเจาะได้

การเปรอะเปื้อนช่วยลดประสิทธิภาพการกรองเพิ่มการใช้พลังงาน (เนื่องจากความต้องการแรงดันที่สูงขึ้น) ลดอายุการใช้งานเยื่อหุ้มเซลล์ให้สั้นลงและจำเป็นต้องทำความสะอาดหรือทดแทนบ่อยครั้งซึ่งทั้งหมดนี้ช่วยเพิ่มค่าใช้จ่ายในการดำเนินงาน

การอุดตัน: ปัญหาและกลยุทธ์การป้องกัน

การอุดตัน เป็นรูปแบบที่รุนแรงของการเปรอะเปื้อนที่รูขุมขนเมมเบรนถูกบล็อกอย่างสมบูรณ์มักจะเกิดจากอนุภาคขนาดใหญ่หรือมวลรวมซึ่งนำไปสู่การสูญเสียฟลักซ์ที่รุนแรงหรือสมบูรณ์ ในขณะที่การเปรอะเปื้อนอาจลดลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปการอุดตันอาจเกิดขึ้นได้อย่างกะทันหัน

ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับการอุดตัน:

• ความเสียหายที่กลับไม่ได้: การอุดตันอย่างรุนแรงสามารถทำให้เยื่อหุ้มเซลล์ไม่สามารถทำความสะอาดได้นำไปสู่การทดแทนก่อนวัยอันควร
• การกระจายการไหลที่ไม่สม่ำเสมอ: เยื่อหุ้มเซลล์อุดตันบางส่วนสามารถนำไปสู่การไหลที่ไม่สม่ำเสมอทั่วพื้นผิวเมมเบรนซึ่งอาจสร้างพื้นที่ที่มีความดันและความเครียดที่สูงขึ้น
• การปิดระบบ: การอุดตันบ่อยครั้งจำเป็นต้องหยุดทำงานระบบสำหรับการทำความสะอาดหรือการเปลี่ยนเมมเบรนส่งผลกระทบต่อผลผลิต

กลยุทธ์การป้องกันสำหรับการอุดตัน:

• การรักษาล่วงหน้าที่มีประสิทธิภาพ: นี่เป็นกลยุทธ์ที่สำคัญที่สุดเพียงอย่างเดียว การใช้ตัวกรองที่หยาบกว่า (เช่นตัวกรองตลับหมึกตัวกรองสื่อเม็ด) หรือแม้กระทั่งเมมเบรน MF เป็นตัวกรองล่วงหน้าก่อนระบบ UF, NF หรือ RO สามารถลบของแข็งแขวนลอยขนาดใหญ่และลดภาระบนเยื่อหุ้มที่ดีขึ้น
• การเลือกขนาดรูขุมขนที่เหมาะสม: การเลือกขนาดรูขุมขนที่เหมาะสำหรับคุณภาพน้ำฟีดและระดับการบำบัดล่วงหน้า การกรองมากเกินไป (การใช้ขนาดรูขุมขนเล็กเกินไปสำหรับฟีดที่กำหนด) จะทำให้การอุดตันรุนแรงขึ้น
• การเปลี่ยนแปลงการไหลที่ดีที่สุด: การทำงานที่ความเร็วข้ามการไหลที่เหมาะสมในการกรองการไหลแบบสัมผัส (TFF) ช่วยให้กวาดล้างฟาล์วออกไปจากพื้นผิวเมมเบรนลดการก่อตัวของชั้นเค้กให้น้อยที่สุด
• ระบบทำความสะอาดปกติ: การใช้ตารางเวลาสำหรับการทำความสะอาดสารเคมี (ทำความสะอาดสถานที่หรือ CIP) และ/หรือการทำความสะอาดทางกายภาพ (เช่น backflushing สำหรับ MF/UF) เพื่อกำจัดกติกาสะสมก่อนที่พวกเขาจะถูกอุดตันอย่างถาวร

การทดสอบความสมบูรณ์: สร้างความมั่นใจว่าขนาดรูขุมขนและประสิทธิภาพที่สอดคล้องกัน

เนื่องจากบทบาทที่สำคัญของขนาดรูขุมขนในประสิทธิภาพของเมมเบรนโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานที่ต้องการอนุภาคหรือการเก็บรักษาด้วยจุลินทรีย์ (เช่นการกรองที่ผ่านการฆ่าเชื้อ) การทดสอบความสมบูรณ์ เป็นสิ่งสำคัญยิ่ง การทดสอบความสมบูรณ์ตรวจสอบว่าโครงสร้างรูขุมขนของเมมเบรนยังคงไม่บุบสลายและปราศจากข้อบกพร่องรอยแตกหรือช่องทางที่จะสร้างรูขุมขนที่มีขนาดใหญ่กว่า

• ทำไมมันถึงสำคัญ: แม้แต่ข้อบกพร่องในการผลิตหรือความเสียหายในการดำเนินงานเพียงครั้งเดียว (เช่นจากแรงดันมากเกินไปการโจมตีทางเคมีหรือการจัดการ) สามารถนำไปสู่ ​​"รูเข็ม" หรือฉีกขาด ข้อบกพร่องดังกล่าวผ่านการยกเว้นขนาดรูขุมขนที่ออกแบบมาทำให้สารปนเปื้อนผ่านผ่านกระบวนการกรองทั้งหมด
• วิธีการทั่วไป:
  • การทดสอบจุดฟอง: ตามที่กล่าวไว้นี่เป็นวิธีหลัก การลดลงของแรงดันจุดฟองบ่งบอกถึงข้อบกพร่องขนาดใหญ่
  • การทดสอบการแพร่: วัดการไหลของก๊าซผ่านรูขุมขนเปียกที่ความดันด้านล่างจุดฟอง การไหลที่มากเกินไปบ่งบอกถึงข้อบกพร่อง
  • การทดสอบความดันถือ: วัดความดันสลายตัวเมื่อเวลาผ่านไปในตัวกรองเปียกที่ปิดผนึกด้วยก๊าซ แรงดันลดลงอย่างรวดเร็วแสดงให้เห็นว่ามีการรั่วไหล
  • การทดสอบการไหลไปข้างหน้า: เช่นเดียวกับการทดสอบการแพร่กระจาย แต่วัดการไหลของก๊าซทั้งหมดซึ่งรวมถึงการแพร่กระจายและการไหลเป็นจำนวนมากผ่านข้อบกพร่องขนาดใหญ่

การทดสอบความสมบูรณ์จะดำเนินการเป็นประจำก่อนและหลังกระบวนการกรองที่สำคัญ (โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเภสัชกรรมและการใช้งานที่ผ่านการฆ่าเชื้อ) และหลังการทำความสะอาดรอบ ให้ความมั่นใจว่าประสิทธิภาพของขนาดรูขุมขนที่มีประสิทธิภาพของเมมเบรนนั้นได้รับการดูแลตลอดชีวิตการปฏิบัติงาน

โดยสรุปการจัดการปัญหาที่เกี่ยวข้องกับขนาดรูขุมขนเมมเบรนเช่นการเปรอะเปื้อนและการอุดตันต้องใช้กลยุทธ์เชิงรุกที่เกี่ยวข้องกับการรักษาล่วงหน้าอย่างระมัดระวังการดำเนินการที่ดีที่สุดและการทำความสะอาดที่แข็งแกร่ง นอกจากนี้การทดสอบความสมบูรณ์แบบปกติยังให้ความมั่นใจว่าความสามารถในการแยกขนาดที่สำคัญของเมมเบรนยังคงไม่ยอมแพ้

การเลือกตัวกรองเมมเบรนที่ถูกต้อง

การเดินทางจากการทำความเข้าใจขนาดรูขุมขนหมายถึงการเข้าใจแอพพลิเคชั่นที่หลากหลายของมันในการเลือกงานที่สำคัญในการเลือก ขวา ตัวกรองเมมเบรนสำหรับความต้องการเฉพาะ การตัดสินใจครั้งนี้ไม่ค่อยตรงไปตรงมาและเกี่ยวข้องกับการประเมินอย่างเป็นระบบของปัจจัยสำคัญหลายประการเพื่อให้แน่ใจว่าประสิทธิภาพประสิทธิภาพประสิทธิภาพและความมีชีวิตทางเศรษฐกิจที่ดีที่สุด

การประเมินความต้องการการกรองเฉพาะของคุณ

ขั้นตอนแรกและสำคัญที่สุดคือการกำหนดวัตถุประสงค์ของกระบวนการกรองของคุณอย่างชัดเจน ถามตัวเอง:

• ผลลัพธ์ที่ต้องการคืออะไร? คุณกำลังพยายาม:
  • ชี้แจงของเหลว (ลบความขุ่น)?
  • ฆ่าเชื้อสารละลาย (กำจัดแบคทีเรีย/ไวรัส)?
  • ให้ความสำคัญกับผลิตภัณฑ์ที่มีค่า (เช่นโปรตีน)?
  • ลบเกลือที่ละลายหรือไอออนเฉพาะ?
  • ชำระล้างน้ำให้อยู่ในระดับสูงมาก?
• ระดับความบริสุทธิ์ที่ต้องการคืออะไร? ความเข้มข้นสูงสุดที่อนุญาตหรือขนาดของสารปนเปื้อนตกค้างคืออะไร? สิ่งนี้จะเป็นแนวทางโดยตรงกับขนาดรูขุมขนที่ต้องการ ตัวอย่างเช่นตัวกรอง 0.45 µm อาจเพียงพอสำหรับการชี้แจงทั่วไป แต่จำเป็นต้องใช้ตัวกรอง 0.22 µm หรือแน่นขึ้นสำหรับการกรองที่ผ่านการฆ่าเชื้อ
• ธรรมชาติของกระแสฟีดคืออะไร? มันเป็นของเหลวหรือก๊าซ? โหลดอนุภาคโดยทั่วไปหรือปริมาณของแข็งที่ละลายแล้ว? มันมีความหนืดสูงหรือค่อนข้างบาง?
• ปริมาณงานที่จำเป็น (อัตราการไหล) คืออะไร? ต้องประมวลผลของเหลวหรือก๊าซเท่าใดต่อหน่วยเวลา? สิ่งนี้มีอิทธิพลไม่เพียง แต่ประเภทเมมเบรนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงพื้นที่ผิวเมมเบรนทั้งหมดที่จำเป็น
• ข้อกำหนดด้านกฎระเบียบคืออะไร? สำหรับการใช้งานในเภสัชกรรมอาหารและเครื่องดื่มหรือน้ำดื่มอาจมีมาตรฐานด้านกฎระเบียบเฉพาะ (เช่น FDA, USP, ใคร) ที่กำหนดประสิทธิภาพการกรอง

ความเข้าใจที่ชัดเจนเกี่ยวกับความต้องการเหล่านี้จะทำให้เมมเบรนที่มีศักยภาพแคบลง (MF, UF, NF, RO) และช่วงรูขุมขนที่สอดคล้องกัน

พิจารณาคุณสมบัติของของเหลวที่ถูกกรอง

นอกเหนือจากสารปนเปื้อนลักษณะของของเหลวนั้นมีบทบาทสำคัญในการเลือกเมมเบรนโดยเฉพาะอย่างยิ่งเกี่ยวกับความเข้ากันได้ของวัสดุเมมเบรน

• องค์ประกอบทางเคมี:
  • Ph: ค่า pH ของของเหลวจะต้องเข้ากันได้กับวัสดุเมมเบรน วัสดุบางชนิดจะลดลงอย่างรวดเร็วในสภาพที่เป็นกรดสูงหรือเป็นด่าง
  • การปรากฏตัวของตัวทำละลาย: ตัวทำละลายอินทรีย์สามารถบวมละลายหรือทำลายเยื่อโพลีเมอร์บางชนิดอย่างรุนแรง เมมเบรนเซรามิกหรือโพลีเมอร์ที่ทนต่อตัวทำละลายเฉพาะ (เช่น PVDF) อาจจำเป็น
  • ออกซิไดเซอร์: ออกซิไดเซอร์ที่แข็งแกร่ง (เช่นคลอรีน) สามารถทำลายวัสดุเยื่อหุ้มเซลล์จำนวนมากโดยเฉพาะเยื่อหุ้มเซลล์โพลีอะไมด์ RO/NF อาจจำเป็นต้องใช้เยื่อหุ้มเซลล์ที่ทนต่อคลอรีนหรือการรักษาล่วงหน้าเพื่อการกำจัดคลอรีน
• อุณหภูมิ: ช่วงอุณหภูมิในการทำงานจะต้องอยู่ในขีด จำกัด การยอมรับของวัสดุเมมเบรน อุณหภูมิสูงอาจทำให้เกิดการสลายตัวของเมมเบรนหรือการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างรูขุมขน ในทางกลับกันอุณหภูมิที่ต่ำมากสามารถเพิ่มความหนืดของเหลวลดฟลักซ์
• ความหนืด: ของเหลวที่มีความหนืดสูงต้องการแรงกดดันในการทำงานที่สูงขึ้นหรือพื้นที่ผิวเมมเบรนขนาดใหญ่เพื่อให้ได้อัตราการไหลที่ต้องการโดยไม่คำนึงถึงขนาดรูขุมขน
• ศักยภาพในการเปรอะเปื้อน: ประเมินศักยภาพของของเหลวในการทำฟาล์วเมมเบรน ของเหลวสูงในของแข็งที่แขวนลอยคอลลอยด์สารอินทรีย์ละลายหรือจุลินทรีย์จะต้องใช้การบำบัดก่อนที่แข็งแกร่งกว่าวัสดุเยื่อหุ้มเซลล์เฉพาะหรือกลยุทธ์การทำความสะอาดที่มีประสิทธิภาพ เยื่อหุ้มเซลล์ที่มีคุณสมบัติพื้นผิวที่ต้านทานการยึดเกาะ (เช่นพื้นผิวที่ชอบน้ำสำหรับสารละลายน้ำ) จะเป็นประโยชน์

การประเมินความคุ้มค่าของเมมเบรนที่แตกต่างกัน

ต้นทุนเงินทุนและการดำเนินงานที่เกี่ยวข้องกับระบบการกรองเมมเบรนแตกต่างกันอย่างมากขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีที่เลือกและมาตราส่วน

• ค่าใช้จ่ายด้านทุน (CAPEX):
  • ค่าใช้จ่ายเมมเบรน: เยื่อหุ้มรูขุมขนที่ละเอียดกว่า (RO> NF> UF> MF) โดยทั่วไปจะมีราคาแพงกว่าต่อหน่วยพื้นที่เนื่องจากการผลิตที่ซับซ้อน
  • ส่วนประกอบของระบบ: การดำเนินงานแรงดันที่สูงขึ้น (RO, NF) ต้องการปั๊มที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นเรือความดันและท่อเพิ่มต้นทุนการตั้งค่าเริ่มต้น
• ค่าใช้จ่ายในการดำเนินงาน (OPEX):
  • การใช้พลังงาน: ต้นทุนการสูบน้ำเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความดันในการดำเนินงานและอัตราการไหล ระบบ RO ที่ต้องการแรงกดดันสูงสุดมีการใช้พลังงานสูงสุด
  • การเปลี่ยนเมมเบรน: อายุการใช้งานแตกต่างกันไปตามแอปพลิเคชันคุณภาพฟีดและระบบการทำความสะอาด การเปลี่ยนเยื่อหุ้มเซลล์รูขุมขนอาจเป็นค่าใช้จ่ายที่เกิดขึ้นซ้ำได้
  • การทำความสะอาดสารเคมีและขั้นตอน: ความถี่และความก้าวร้าวของการทำความสะอาดที่จำเป็นในการต่อสู้กับการเปรอะเปื้อนมีส่วนช่วยในการดำเนินงาน
  • ค่าใช้จ่ายก่อนการรักษา: ระดับของการรักษาล่วงหน้าที่จำเป็นในการปกป้องเมมเบรนยังเพิ่มงบประมาณการดำเนินงานโดยรวม

มันเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องดำเนินการ ค่าใช้จ่ายทั้งหมดในการเป็นเจ้าของ (TCO) การวิเคราะห์ที่พิจารณาทั้งการลงทุนเริ่มต้นและค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานระยะยาว บางครั้งการลงทุนในเยื่อหุ้มเซลล์ที่มีราคาแพงกว่าเล็กน้อยซึ่งมีความต้านทานต่อการเปรอะเปื้อนที่ดีขึ้นหรืออายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นอาจนำไปสู่การประหยัดพลังงานการทำความสะอาดและค่าใช้จ่ายในการทดแทนตลอดอายุการใช้งานของระบบ ในทางกลับกันการเลือกระบบ RO เมื่อ NF จะพอเพียงอาจเป็นค่าใช้จ่ายที่ไม่จำเป็นของทุนและพลังงาน

โดยการพิจารณาอย่างรอบคอบกับปัจจัยที่เชื่อมโยงกันเหล่านี้ - เป้าหมายการกรองของคุณลักษณะของของเหลวและผลกระทบทางเศรษฐกิจ - คุณสามารถตัดสินใจอย่างชาญฉลาดในการเลือกตัวกรองเมมเบรนที่มีขนาดรูขุมขนและคุณสมบัติที่ดีที่สุดสำหรับแอปพลิเคชันเฉพาะของคุณ วิธีการแบบองค์รวมนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าไม่เพียง แต่การกรองที่มีประสิทธิภาพ แต่ยังเป็นการดำเนินการที่ยั่งยืนและประหยัดต้นทุน

ยังมีคำถาม? เพียงติดต่อหางโจว nihaowater เราต้องการช่วย