Тръбните ултрафилтрационни мембрани са мембранна технология, която под налягане използва селективното проникване и механичното пресяване на мембраната, за да постигне ефективно разделяне на компоненти с различни размери на частиците в разтвор. Неговият основен принцип на работа се крие в разликата между размера на порите на мембраната и размера на частиците на компонентите в захранващия разтвор. Чрез уникален дизайн на тръбен канал за поток се формира режим на филтриране на кръстосан поток, за да се потисне замърсяването и да се поддържа стабилен поток.
От гледна точка на механизма за разделяне, разделителният слой на тръбна ултрафилтрационна мембрана има равномерен размер на порите, вариращ от нанометри до микрометри, обикновено в диапазона от 2–100 нанометра, съответстващ на граница на молекулното тегло от приблизително 1 000–500 000 далтона. Когато захранващият разтвор протича през вътрешната или външната стена на мембранната тръба под определено налягане (обикновено 0,1–0,5 MPa), водни молекули и малки -молекулни разтворени вещества, по-малки от размера на порите на мембраната, могат да проникнат през мембранния слой в страната на пермеата, образувайки пречистен пермеат. Междувременно суспендирани частици, колоиди, бактерии, протеини, полизахариди и т.н., по-големи от размера на порите на мембраната, се задържат от мембраната и се изхвърлят аксиално по протежение на мембранната тръба с концентрата. Този процес е по същество физическо пресяване, допълнително подсилено от електростатичното отблъскване на заредени частици от повърхностния заряд на мембраната, като по този начин се подобрява точността на разделяне.
Дизайнът на тръбния канал за поток е решаваща опора за неговия принцип на работа. За разлика от компактните мембрани като мембрани с кухи влакна, тръбните мембрани използват порести поддържащи тръби с диаметри, вариращи от няколко милиметра до десетки милиметри като носител, създавайки високо{1}}напречен-поток на захранващия разтвор вътре или извън тръбата. Този модел на напречен -поток гарантира, че по-голямата част от захранващия разтвор тече непрекъснато успоредно на повърхността на мембраната, като само малко количество течност прониква през мембранния слой, ефективно намалявайки граничния слой на мембраната и понижавайки поляризацията на концентрацията и скоростта на отлагане на разтворените вещества върху повърхността на мембраната. Междувременно широките канали за поток намаляват риска от запушване с частици. Дори при високо съдържание на суспендирани твърди частици или захранващи разтвори с висок-вискозитет, турбулентното измиване поддържа чистотата на повърхността на мембраната, което е от ключово значение за нейната превъзходна противообрастваща способност в сравнение с други конфигурации.
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) е от решаващо значение за потискане на замърсяването. Умереното нагряване може да намали вискозитета на захранващия материал и да подобри ефективността на пренос на маса, но трябва да се контролира в диапазона на температурна устойчивост на мембранния материал.
В обобщение, тръбните ултрафилтрационни мембрани чрез синергичен механизъм на „налягане-задвижвано-пресяване с размера на порите-напречно-потискане на замърсяването на потока“ постигат ефикасно избистряне, концентрация и фракциониране на сложни хранителни разтвори. Неговият работен принцип следва основните принципи на мембранното разделяне, докато неговата структурна иновация преодолява ограниченията на традиционната мембранна технология по отношение на антифаулинг и адаптивност към работните условия, което го прави надеждно решение за предизвикателни задачи за разделяне на течности.
