Οι μεμβράνες υπερδιήθησης σωληνοειδών είναι μια τεχνολογία μεμβρανών που, υπό πίεση, χρησιμοποιεί την επιλεκτική διείσδυση και τη μηχανική δράση κοσκίνισης της μεμβράνης για να επιτύχει αποτελεσματικό διαχωρισμό συστατικών διαφορετικών μεγεθών σωματιδίων σε ένα διάλυμα. Η βασική αρχή λειτουργίας του έγκειται στη διαφορά μεταξύ του μεγέθους των πόρων της μεμβράνης και του μεγέθους των σωματιδίων των συστατικών στο διάλυμα τροφοδοσίας. Μέσω ενός μοναδικού σχεδίου σωληνοειδούς καναλιού ροής, διαμορφώνεται μια λειτουργία φιλτραρίσματος διασταυρούμενης- ροής για την καταστολή της ρύπανσης και τη διατήρηση μιας σταθερής ροής.
Από την άποψη του μηχανισμού διαχωρισμού, το στρώμα διαχωρισμού μιας σωληνοειδούς μεμβράνης υπερδιήθησης έχει ομοιόμορφο μέγεθος πόρων που κυμαίνεται από νανόμετρα έως μικρόμετρα, συνήθως στην περιοχή από 2-100 νανόμετρα, που αντιστοιχεί σε αποκοπή μοριακού βάρους περίπου 1.000-500.000 Dalton. Όταν το διάλυμα τροφοδοσίας ρέει μέσω του εσωτερικού ή του εξωτερικού τοιχώματος του σωλήνα μεμβράνης υπό μια ορισμένη πίεση (συνήθως 0,1–0,5 MPa), μόρια νερού και διαλυμένες ουσίες μικρών{{9} μορίων μικρότερων από το μέγεθος του πόρου της μεμβράνης μπορούν να διαπεράσουν το στρώμα της μεμβράνης στην πλευρά του διηθήματος, σχηματίζοντας καθαρό διήθημα. Εν τω μεταξύ, αιωρούμενα σωματίδια, κολλοειδή, βακτήρια, πρωτεΐνες, πολυσακχαρίτες κ.λπ., μεγαλύτερα από το μέγεθος πόρων της μεμβράνης συγκρατούνται από τη μεμβράνη και εκκενώνονται αξονικά κατά μήκος του σωλήνα μεμβράνης με το συμπύκνωμα. Αυτή η διαδικασία είναι ουσιαστικά φυσικό κοσκίνισμα, που ενισχύεται περαιτέρω από την ηλεκτροστατική απώθηση φορτισμένων σωματιδίων από το επιφανειακό φορτίο της μεμβράνης, βελτιώνοντας έτσι την ακρίβεια διαχωρισμού.
Ο σχεδιασμός του σωληνοειδούς καναλιού ροής είναι μια κρίσιμη υποστήριξη για την αρχή λειτουργίας του. Σε αντίθεση με τις συμπαγείς μεμβράνες όπως οι μεμβράνες με κοίλες ίνες, οι σωληνοειδείς μεμβράνες χρησιμοποιούν πορώδεις σωλήνες στήριξης με διαμέτρους που κυμαίνονται από αρκετά χιλιοστά έως δεκάδες χιλιοστά ως φορέας, δημιουργώντας μια ροή υψηλής-διασταύρωσης-του διαλύματος τροφοδοσίας εντός ή εκτός του σωλήνα. Αυτό το μοτίβο διασταυρούμενης-ροής διασφαλίζει ότι ο κύριος όγκος του διαλύματος τροφοδοσίας ρέει συνεχώς παράλληλα με την επιφάνεια της μεμβράνης, με μικρή μόνο ποσότητα υγρού να διαπερνά το στρώμα μεμβράνης, μειώνοντας αποτελεσματικά το οριακό στρώμα μεμβράνης και μειώνοντας τη συγκέντρωση πόλωσης και το ρυθμό εναπόθεσης διαλυμένων ουσιών στην επιφάνεια της μεμβράνης. Εν τω μεταξύ, τα μεγάλα κανάλια ροής μειώνουν τον κίνδυνο απόφραξης των σωματιδίων. Ακόμη και με υψηλά αιωρούμενα στερεά ή διαλύματα τροφοδοσίας υψηλού-ιξώδους, το τυρβώδες καθαρισμό διατηρεί την καθαρότητα της επιφάνειας της μεμβράνης, η οποία είναι το κλειδί για την ανώτερη αντιρρυπαντική της ικανότητα σε σύγκριση με άλλες διαμορφώσεις.
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) είναι ζωτικής σημασίας για την εξάλειψη των ρύπων. Η μέτρια θέρμανση μπορεί να μειώσει το ιξώδες τροφοδοσίας και να βελτιώσει την απόδοση μεταφοράς μάζας, αλλά πρέπει να ελέγχεται εντός του εύρους αντίστασης θερμοκρασίας του υλικού της μεμβράνης.
Συνοπτικά, οι σωληνοειδείς μεμβράνες υπερδιήθησης, μέσω ενός συνεργιστικού μηχανισμού "οδηγούμενης από πίεση-κοσκινίσματος μεγέθους πόρων-διασταυρούμενης-καταστολής ρύπανσης", επιτυγχάνουν αποτελεσματική διαύγαση, συγκέντρωση και κλασματοποίηση σύνθετων διαλυμάτων τροφοδοσίας. Η αρχή λειτουργίας του ακολουθεί τις βασικές αρχές του διαχωρισμού μεμβράνης, ενώ η δομική του καινοτομία ξεπερνά τους περιορισμούς της παραδοσιακής τεχνολογίας μεμβράνης όσον αφορά την αντιρρύπανση και την προσαρμοστικότητα στις συνθήκες λειτουργίας, καθιστώντας το μια αξιόπιστη λύση για δύσκολες εργασίες διαχωρισμού υγρών.
