Jak probíhá tvorba fluoropolymerových membrán a co ovlivňuje jejich strukturu?

Proces výroby fluoropolymerových membrán je složitý a závisí na několika zásadních faktorech, které určují konečnou strukturu a vlastnosti membrány. Mezi nejčastěji používané metody patří technika termálně indukovaného oddělení fází (TIPS) a metody založené na výměně fáze, jako

Jak zlepšit výkon membrán v MD: Vliv vlastností a strukturálních změn

V oblasti membránových procesů, zejména v technologii membránové destilace (MD), je kladeno stále větší důraz na zlepšení výkonu membrán, což zahrnuje jak optimalizaci jejich strukturálních vlastností, tak i zajištění jejich efektivity při různých provozních podmínkách. Významnou roli v tomto procesu hrají struktura aktivní vrstvy membrány, její porozita a velikost pórů, stejně jako schopnost vrstvy podpory vést teplo a chránit membránu před nechtěnými efekty, jako je vlhnutí nebo fouling.

U různých typů fluoropolymérních membrán bylo zjištěno, že změny v jejich mikrostruktuře mohou výrazně ovlivnit jejich účinnost. Například membrány vyrobené z PTFE/PP kompozitu s velikostí pórů 0,45 μm prokázaly v experimentálních podmínkách pro MD výrazně lepší výkon při operacích v tlakových rozpětích od 8,2 do 18 kPa. Bylo zjištěno, že přenosové koeficienty pro tyto membrány jsou přibližně 3E−6 kgm−2 s−1 Pa−1, přičemž důležitým zjištěním bylo, že téměř žádná teplotní polarizace nenastávala u krmných roztoků o salinitě mezi 30 až 60 g kg−1. Taková membrána s vysokou porozitou a optimálními teplotními vlastnostmi vykazuje stabilní výkony bez významného poklesu fluxu.

Dalšími slibnými materiály jsou membrány na bázi ethylen-chlortrifluoroethylen (ECTFE), které byly testovány ve vztahu k jejich využití v DCMD (Direct Contact Membrane Distillation). Tyto membrány byly vyrobeny z kombinace LMP ECTFE a polyestrových netkaných textilií (NWPET) a potaženy diethyl adipátem (DEA) a diethylen glykol (DEG), což zlepšilo jejich strukturu a mechanické vlastnosti. Experimenty ukázaly, že při zvýšení teploty krmného roztoku na 60 °C se významně zvyšuje permeace u všech testovaných membrán, přičemž membrána s menšími póry a vyšší porozitou vykazovala stabilní odmítání solí přes 99,82 % bez poklesu fluxu.

Důležitý aspekt vylepšení vlastností membrán je i hydrofobita materiálu. Hydrofobní povrchy membrán z fluoropolymérů, jako je PVDF, mají větší odolnost vůči vlhnutí, což je klíčové pro jejich dlouhodobý výkon. V různých studiích bylo ukázáno, že použití fluoropolymérních povlaků, například Hyflon, na membránách PVDF zlepšuje jejich hydrofobní vlastnosti, což vede k menší absorpci vody a stabilnějším výkonům v MD. Bylo zjištěno, že zvýšení koncentrace Hyflon vede k menším velikostem pórů a tím i k vyšší hodnotě tlaku pro vstup tekutiny (LEP), což přispívá k vyšší stabilitě membrány během jejího používání.

Dalším klíčovým faktorem v designu membrán pro MD je prevence foulingu a vlhnutí. Mechanismus foulingu je v MD složitý a závisí na povrchové chemii membrány, která musí odolávat usazování nečistot z krmného roztoku. U membrán s nižšími póry a vysokou hydrophobicitou je výskyt foulingu minimalizován, ale to může vést k nižší propustnosti vody. Zatímco membrány s většími póry mohou umožnit vyšší flux, bývají náchylnější k foulingu, což ovlivňuje jejich dlouhodobou výkonnost.

Zajímavým zjištěním bylo i použití různých metod pre-coatingu, kdy byla prokázána schopnost alkoholu jako pre-filling látky zlepšit porozitu a propustnost membrán. Tyto experimenty ukázaly, že použití metanolového a etanolového pre-fillingu vedlo k zlepšení výkonu kompozitních membrán, přičemž monovalenční alkoholy zlepšily porozitu a stabilitu transmembránového fluxu.

Kromě těchto technologických aspektů je důležité brát v úvahu rovněž vliv provozních podmínek, jako jsou teplota, tlak a salinita krmného roztoku, které mohou výrazně ovlivnit výsledky procesu. Testy prokázaly, že změny teploty krmného roztoku mají výrazný vliv na zvyšování permeace, což je klíčové pro efektivní využívání membránových technologií v destilačních procesech.