Двухслойная мембрана из полых волокон Прядильная фильера с одним отверстием

5.Тип обработки: НИПС (разделение фаз без использования растворителя; фильера должна точно контролировать синхронизированные скорости экструзии и межфазное связывание двух присадок, что напрямую определяет межслоевую адгезию и стабильность характеристик).

6. Применение: охрана окружающей среды, очистка воды (варианты использования включают: очистку промышленных сточных вод, содержащих фтор, от производства электроники — удержание фторидов и ионов тяжелых металлов; глубокую очистку питьевой воды для муниципальных нужд — удаление цианотоксинов и органических веществ; а также предварительную очистку для опреснения солоноватых/островных вод — удержание взвешенных твердых частиц и коллоидов).

7.Спецификация: 1,6/1,3/1,1/0,6/0,4 (единица измерения: мм. Пять вложенных каналов соответствуют функциональным зонам: 1,6 = внешний канал с добавкой для противообрастающего внешнего слоя ПВДФ; 1,3 = внутренний канал с добавкой для высокоселективного внутреннего слоя ПВДФ; 1,1 = внешний канал с жидкостью/порообразователем для регулировки размера пор внешнего слоя; 0,6 = внутренний канал с жидкостью/порообразователем для регулировки размера пор внутреннего слоя; 0,4 = центральный поддерживающий канал с порообразователем для обеспечения структурной стабильности полых волокон.)

8.Производственные возможности: 1,600±0,002 мм, 1,300±0,002 мм, 1,100±0,004 мм, 0,600±0,002 мм, 0,400±0,004 мм; концентричность сборки 0,003 мм (пятислойная структура требует чрезвычайно высокой концентричности, чтобы избежать смещения интерфейса между двумя добавками, которое может привести к расслоению слоев; точность намного превосходит стандартные однослойные фильерные фильеры).

9. Материал фильеры: нержавеющая сталь (нержавеющая сталь марки 304 с обработкой на твердый раствор и электрополировкой; шероховатость поверхности Ra ≤ 0,8 мкм, обеспечивающая баланс между коррозионной стойкостью к пасте ПВДФ, содержащей ДМАЦ, и плавным течением пасты).

10. Наносимый материал: ПВДФ (поливинилиденфторид) (высокочистая смола ПВДФ, чистота ≥ 99,5%. Внешний слой модифицирован для повышения противообрастающих свойств (угол контакта с поверхностью ≤ 65°), а формула внутреннего слоя настроена на высокую селективность (размер пор 0,01–0,02 мкм). Фильера должна точно соответствовать различным характеристикам потока двух ПВДФ-смазок).

11. Дополнительные примечания: Основная задача одноканальной двухслойной композитной фильеры для полых волокон заключается в «пятиканальном координированном управлении» — обеспечении синхронизированной экструзии двух паст (разница в расходе ≤ 2%), предотвращении преждевременного смешивания порогена и пасты и точном контроле соотношения толщины двух слоёв (по требованию заказчика внешний: внутренний = 1:1,2). Это ключевое устройство для исследований и разработок в области мембран для очистки воды с использованием процесса NIPS.

12. Подробный процесс сотрудничества и реализация ценности для клиента

(1) История клиента и основные болевые точки

До приобретения в 2017 году Century Water сталкивалась с техническими проблемами в проектах по очистке воды в Юго-Восточной Азии. Ранее используемые ею однослойные половолоконные мембраны из ПВДФ демонстрировали три проблемы при очистке сильно загрязненных вод (например, фторсодержащих сточных вод от электронного оборудования, эвтрофных городских вод):

● Недостаточная защита от обрастания: органические вещества и коллоиды легко адсорбируются на поверхности мембраны, что приводит к снижению потока на 35% в течение трех месяцев и требует еженедельной химической очистки (лимонная кислота + гипохлорит натрия), что увеличивает затраты на химикаты и сокращает срок службы мембраны.

● Компромисс между селективностью и потоком: для достижения более высокого уровня удержания загрязняющих веществ с малыми молекулами (например, фторид-ионов, цианотоксинов) требуются поры меньшего размера, что снижает поток и не может удовлетворить потребности в очистке промышленных сточных вод с высокой нагрузкой.

● Низкая стабильность слоев: попытки самостоятельно разработать двухслойные мембраны не увенчались успехом, поскольку обычные фильеры не могли точно контролировать межфазное связывание двух присадок, что приводило к расслоению слоев.

Для решения этих проблем компания Century Water предложила разработать «двухслойные композитные половолоконные мембраны» на основе соответствующей одноотверстевой фильеры, способной: (i) осуществлять точную синхронизированную экструзию двух различных добавок для обеспечения прочного межфазного соединения; (ii) сочетать высокую селективность (размер пор внутреннего слоя 0,01–0,02 мкм) с высокой пропускной способностью (≥ 55 л/мин); и (iii) повышать противообрастающие свойства.

(2) Индивидуальные технические решения и прорывы в решении болевых точек

В ответ на это компания Trustech разработала специализированное решение на основе «пятиканальной координации» и «совместимости с NIPS», решив основные проблемы:

● Контроль точности пятислойной структуры: для комплексной обработки каналов диаметром 1,6/1,3/1,1/0,6/0,4 мм использовался 5-координатный прецизионный обрабатывающий центр (точность позиционирования ±0,0002 мм). После обработки диаметр и округлость каждого канала контролировались методом лазерной интерферометрии для обеспечения отклонения по слоям не более 0,002 мм. С помощью позиционирования по базовой оси и многомерной калибровки концентричность пятислойной сборки контролировалась с точностью 0,003 мм, что исключало смещение границы раздела между слоями.

● Скоординированная оптимизация потока пасты: для моделирования потока двух паст ПВДФ (например, вязкость внешней модифицированной пасты 3500 сП; вязкость внутренней пасты высокой чистоты 30 000 сП) использовалась вычислительная гидродинамика), оптимизация углов впуска и геометрии выпуска (эллиптический выпуск для уменьшения сдвига), поддержание разницы в скорости экструзии в пределах 1,5 % для обеспечения прочного соединения на границе раздела.

● Баланс противообрастающего и диффузионного потока: для противообрастающего внешнего слоя внутренняя стенка внешнего канала с добавкой была отполирована до Ra = 0,08 мкм для снижения сопротивления потоку, что позволило получить более гладкую внешнюю поверхность мембраны (угол контакта уменьшен до 62°). Точное управление скоростью потока по внутреннему каналу порогена (относительно потока внутренней добавки) позволило настроить размер пор внутреннего слоя до 0,015 мкм, что позволило добиться «высокого удержания (отклонение ионов фтора 92%) и высокого диффузионного потока (62 л/ч)».

(3)Результаты подачи заявок и углубление сотрудничества

После поставки фильеры компанией Trustech в августе 2017 года компания Century Water достигла значительных успехов в исследованиях, разработках и применении двухслойных композитных мембран. Разработанные двухслойные мембраны достигли поставленных целей: высокая степень удаления фторидов и цианотоксинов внутренним слоем, пропускная способность внешнего слоя 62 л/ч при 0,1 МПа и снижение потери пропускной способности при очистке фторсодержащих сточных вод электронного производства.