Membrana a fibra cava a doppio strato Filatura Filiera a foro singolo

5. Tipo di elaborazione: NIPS (separazione di fase indotta da non solvente; la filiera deve controllare con precisione le velocità di estrusione sincronizzate e la saldatura interfacciale di due sostanze, che determinano direttamente l'adesione interstrato e la stabilità delle prestazioni.)

6. Applicazione: protezione ambientale, purificazione dell'acqua (i casi d'uso includono: trattamento degli effluenti industriali contenenti fluoro derivanti dalla produzione di componenti elettronici, con ritenzione di fluoro e ioni di metalli pesanti; purificazione avanzata dell'acqua potabile municipale, con rimozione di cianotossine e sostanze organiche; e pretrattamento per la desalinizzazione di acque salmastre/insulari, con ritenzione di solidi sospesi e colloidi).

7.Specifiche: 1,6/1,3/1,1/0,6/0,4 (unità: mm. I cinque canali annidati corrispondono alle zone funzionali: 1,6 = canale esterno per lo strato esterno in PVDF anti-fouling; 1,3 = canale interno per lo strato interno in PVDF ad alta selettività; 1,1 = canale esterno del fluido/porogeno per regolare la dimensione dei pori dello strato esterno; 0,6 = canale interno del fluido/porogeno per regolare la dimensione dei pori dello strato interno; 0,4 = canale centrale del porogeno di supporto per garantire la stabilità strutturale della fibra cava.)

8. Capacità di produzione: 1.600±0.002 mm, 1.300±0.002 mm, 1.100±0.004 mm, 0.600±0.002 mm, 0.400±0.004 mm; concentricità di assemblaggio 0.003 mm (la struttura a cinque strati richiede una concentricità estremamente elevata per evitare uno scostamento di interfaccia tra le due sostanze che potrebbe causare la delaminazione degli strati; la precisione supera di gran lunga le filiere standard a strato singolo.)

9.Materiale della filiera: acciaio inossidabile (acciaio inossidabile 304 con trattamento di soluzione ed elettrolucidatura; rugosità superficiale Ra ≤ 0,8 μm, resistenza alla corrosione bilanciata del dope PVDF contenente DMAC e flusso regolare del dope.)

10. Materiale di applicazione: PVDF (fluoruro di polivinilidene) (resina PVDF ad alta purezza, purezza ≥ 99,5%. Lo strato esterno è modificato per migliorare l'anti-fouling (angolo di contatto superficiale ≤ 65°) e la formulazione dello strato interno è ottimizzata per un'elevata selettività (dimensione dei pori 0,01–0,02 μm). La filiera deve adattarsi con precisione alle diverse caratteristiche di flusso delle due resine PVDF.)

11. Note aggiuntive: La sfida principale di una filiera in fibra cava composita a doppio strato e foro singolo risiede nel "controllo coordinato a cinque canali", che garantisce l'estrusione sincronizzata delle due sostanze (differenza di portata ≤ 2%), previene la miscelazione prematura di porogeno e sostanza e controlla con precisione il rapporto di spessore dei due strati (requisito del cliente esterno:interno = 1:1,2). Si tratta di un dispositivo chiave per la ricerca e sviluppo di membrane di fascia alta nella purificazione delle acque ambientali mediante il processo NIPS.

12. Processo di collaborazione dettagliato e realizzazione del valore per il cliente

(1) Contesto del cliente e principali punti deboli

Prima dell'acquisizione nel 2017, Century Water si trovava ad affrontare difficoltà tecniche nei progetti di trattamento delle acque ambientali nel Sud-est asiatico. Le membrane a fibra cava monostrato in PVDF, precedentemente utilizzate, presentavano tre problemi nel trattamento di acque altamente inquinate (ad esempio, effluenti di apparecchiature elettroniche contenenti fluoro, acque municipali eutrofiche):

● Anti-fouling insufficiente: sostanze organiche e colloidi vengono facilmente assorbite sulla superficie della membrana, causando un calo del flusso del 35% entro tre mesi e richiedendo una pulizia chimica settimanale (acido citrico + ipoclorito di sodio), aumentando i costi chimici e riducendo la durata della membrana.

● Compromesso tra selettività e flusso: per ottenere una maggiore ritenzione di contaminanti a piccole molecole (ad esempio, ioni fluoruro, cianotossine) erano necessari pori più piccoli, che riducevano il flusso e non riuscivano a soddisfare le elevate richieste di acque reflue industriali.

● Scarsa stabilità degli strati: i tentativi di autosviluppare membrane a doppio strato sono falliti perché le filiere convenzionali non riuscivano a controllare con precisione il legame interfacciale delle due sostanze, causando la delaminazione degli strati.

Per affrontare questi problemi, Century Water ha proposto di sviluppare "membrane composite a fibra cava a doppio strato", incentrate su una filiera a foro singolo corrispondente in grado di: (i) estrusione sincronizzata precisa di due diverse sostanze per garantire una stretta adesione interfacciale; (ii) combinazione di elevata selettività (dimensione dei pori dello strato interno 0,01-0,02 μm) con elevato flusso (≥ 55 LMH); e (iii) maggiore anti-fouling.

(2) Soluzioni tecniche personalizzate e soluzioni innovative per i punti critici

In risposta, Trustech ha progettato una soluzione specializzata basata sul "coordinamento a cinque canali" e sulla "compatibilità NIPS", risolvendo le sfide principali:

● Controllo di precisione della struttura a cinque strati: un centro di lavorazione di precisione a 5 assi (precisione di posizionamento ±0,0002 mm) è stato utilizzato per la lavorazione integrata dei canali da 1,6/1,3/1,1/0,6/0,4 mm. Dopo la lavorazione, il diametro e la rotondità di ciascun canale sono stati verificati tramite interferometria laser per garantire una deviazione per strato ≤ 0,002 mm. Utilizzando il "posizionamento dell'asse di riferimento + calibrazione multidimensionale", la concentricità dell'assemblaggio a cinque strati è stata controllata entro 0,003 mm, prevenendo l'offset dell'interfaccia di drogaggio.

● Ottimizzazione coordinata del flusso di droga: è stata utilizzata la CFD per simulare il flusso dei due drogaggi PVDF (ad esempio, viscosità della droga modificata esterna 3500 cP; viscosità della droga ad alta purezza interna 30.000 cP), ottimizzando gli angoli di ingresso e la geometria di uscita (uscita ellittica per ridurre il taglio), mantenendo la differenza della velocità di estrusione entro l'1,5% per garantire una stretta adesione interfacciale.

● Progettazione con bilanciamento flusso-anti-fouling: per lo strato esterno anti-fouling, la parete interna del canale esterno del dope è stata lucidata a Ra = 0,08 μm per ridurre la resistenza al flusso, ottenendo una superficie della membrana esterna più liscia (angolo di contatto ridotto a 62°). Il controllo preciso della portata del canale porogeno interno (rispetto al flusso del dope interno) ha portato la dimensione dei pori dello strato interno a 0,015 μm, ottenendo "elevata ritenzione (reiezione degli ioni fluoruro del 92%) + elevato flusso (62 LMH)".

(3)Risultati dell'applicazione e collaborazione approfondita

Dopo la consegna della filiera da parte di Trustech nell'agosto 2017, Century Water ha raggiunto importanti traguardi nella ricerca e sviluppo e nell'applicazione di membrane composite a doppio strato. Le membrane a doppio strato prodotte hanno raggiunto gli obiettivi prefissati: elevato rigetto di fluoruri e cianotossine da parte dello strato interno, flusso dello strato esterno di 62 LMH a 0,1 MPa e riduzione del calo di flusso nel trattamento di acque reflue elettroniche contenenti fluoruri.