Fiação com membrana de fibra oca de dupla camada e orifício único

5. Tipo de processamento: NIPS (Separação de Fases Induzida por Não Solvente; a fieira deve controlar com precisão as taxas de extrusão sincronizadas e a ligação interfacial de duas soluções, o que determina diretamente a adesão entre camadas e a estabilidade do desempenho).

6. Aplicação: Proteção ambiental, purificação de água (casos de uso incluem: tratamento de efluentes industriais contendo fluoreto provenientes da fabricação de eletrônicos — retenção de fluoretos e íons de metais pesados; purificação avançada de água potável municipal — remoção de cianotoxinas e compostos orgânicos; e pré-tratamento para dessalinização de água salobra/insular — retenção de sólidos em suspensão e coloides).

7. Especificação: 1,6/1,3/1,1/0,6/0,4 (unidade: mm). Os cinco canais aninhados correspondem às zonas funcionais: 1,6 = canal externo de solução para a camada externa de PVDF anti-incrustante; 1,3 = canal interno de solução para a camada interna de PVDF de alta seletividade; 1,1 = canal externo de fluido/porógeno para ajustar o tamanho dos poros da camada externa; 0,6 = canal interno de fluido/porógeno para ajustar o tamanho dos poros da camada interna; 0,4 = canal central de suporte com porógeno para garantir a estabilidade estrutural da fibra oca.

8. Capacidade de fabricação: 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; concentricidade de montagem 0,003 mm (a estrutura de cinco camadas requer concentricidade extremamente alta para evitar o desalinhamento da interface entre as duas soluções que poderia causar delaminação das camadas; a precisão excede em muito a das fieiras padrão de camada única).

9. Material da fieira: Aço inoxidável (aço inoxidável 304 com tratamento de solubilização e eletropolimento; rugosidade superficial Ra ≤ 0,8 μm, equilibrando a resistência à corrosão da solução de PVDF contendo DMAC e o fluxo suave da solução).

10. Aplicação do material: PVDF (Fluoreto de Polivinilideno) (resina de PVDF de alta pureza, pureza ≥ 99,5%. A camada externa é modificada para melhorar a resistência à incrustação (ângulo de contato superficial ≤ 65°) e a formulação da camada interna é ajustada para alta seletividade (tamanho dos poros de 0,01 a 0,02 μm). O bocal de extrusão deve acomodar com precisão as diferentes características de fluxo das duas soluções de PVDF).

11. Observações adicionais: O principal desafio de uma fieira de fibra oca composta de camada dupla e orifício único reside no "controle coordenado de cinco canais" — garantindo a extrusão sincronizada das duas soluções (diferença de vazão ≤ 2%), evitando a mistura prematura do agente porogênico e da solução, e controlando com precisão a proporção de espessura das duas camadas (requisito do cliente: externa:interna = 1:1,2). Trata-se de um dispositivo fundamental para pesquisa e desenvolvimento de membranas de alta tecnologia para purificação de água ambiental utilizando o processo NIPS.

12. Processo de colaboração detalhado e geração de valor para o cliente

(1) Contexto do cliente e principais problemas enfrentados

Antes da aquisição em 2017, a Century Water enfrentava gargalos técnicos em projetos de tratamento de água ambiental no Sudeste Asiático. Suas membranas de fibra oca de PVDF de camada única, utilizadas anteriormente, apresentavam três problemas no tratamento de águas altamente poluídas (por exemplo, efluentes eletrônicos com flúor, águas municipais eutróficas):

● Antifouling insuficiente: matéria orgânica e coloides são facilmente adsorvidos na superfície da membrana, causando uma redução de 35% no fluxo em três meses e exigindo limpeza química semanal (ácido cítrico + hipoclorito de sódio), aumentando os custos com produtos químicos e reduzindo a vida útil da membrana.

● Conflito entre seletividade e fluxo: alcançar maior retenção de contaminantes de pequenas moléculas (por exemplo, íons de fluoreto, cianotoxinas) exigia poros menores, o que reduzia o fluxo e não conseguia atender às demandas de águas residuais industriais de alta carga.

● Baixa estabilidade da camada: as tentativas de desenvolver membranas de dupla camada internamente falharam porque as fieiras convencionais não conseguiam controlar com precisão a ligação interfacial das duas soluções, levando à delaminação da camada.

Para resolver esses problemas, a Century Water propôs o desenvolvimento de "membranas de fibra oca compostas de dupla camada", centradas em uma fieira de orifício único compatível, capaz de: (i) extrusão sincronizada precisa de duas soluções diferentes para garantir uma ligação interfacial firme; (ii) combinar alta seletividade (tamanho de poro da camada interna de 0,01 a 0,02 μm) com alto fluxo (≥ 55 LMH); e (iii) resistência aprimorada à incrustação.

(2) Solução técnica personalizada e avanços na resolução de problemas

Em resposta, a Trustech desenvolveu uma solução especializada em torno da "coordenação de cinco canais" e da "compatibilidade com NIPS", resolvendo os principais desafios:

● Controle preciso da estrutura de cinco camadas: um centro de usinagem de precisão de 5 eixos (precisão de posicionamento de ±0,0002 mm) foi utilizado para a usinagem integrada dos canais de 1,6/1,3/1,1/0,6/0,4 mm. Após a usinagem, o diâmetro e a circularidade de cada canal foram verificados por interferometria a laser para garantir um desvio por camada ≤ 0,002 mm. Utilizando "posicionamento do eixo de referência + calibração multidimensional", a concentricidade do conjunto de cinco camadas foi controlada dentro de 0,003 mm, evitando o deslocamento da interface de dopagem.

● Otimização coordenada do fluxo da solução: A CFD foi utilizada para simular o fluxo das duas soluções de PVDF (por exemplo, viscosidade da solução externa modificada de 3500 cP; viscosidade da solução interna de alta pureza de 30.000 cP), otimizando os ângulos de entrada e a geometria de saída (saída elíptica para reduzir o cisalhamento), mantendo a diferença na taxa de extrusão dentro de 1,5% para garantir uma forte adesão interfacial.

● Design anti-incrustante com equilíbrio de fluxo: para a camada externa anti-incrustante, a parede interna do canal de solução externa foi polida até Ra = 0,08 μm para reduzir a resistência ao fluxo, resultando em uma superfície de membrana externa mais lisa (ângulo de contato reduzido para 62°). O controle preciso da vazão do canal porógeno interno (em relação ao fluxo da solução interna) ajustou o tamanho dos poros da camada interna para 0,015 μm, alcançando "alta retenção (rejeição de íons fluoreto de 92%) + alto fluxo (62 LMH)".

(3) Resultados da aplicação e colaboração aprofundada

Após a Trustech entregar a fieira em agosto de 2017, a Century Water alcançou avanços significativos em pesquisa e desenvolvimento e aplicação de membranas compostas de dupla camada. As membranas de dupla camada produzidas atenderam às metas: alta rejeição de fluoreto e cianotoxinas pela camada interna, fluxo da camada externa de 62 LMH a 0,1 MPa e redução da queda de fluxo no tratamento de efluentes eletrônicos contendo fluoreto.