הקדמה: התפקיד הקריטי של מנברון דוריות

Membranes משמש כחסמים סלקטיבית במערכות תעשייתיות וביולוגיות, החל מטיפול במים ועד לתאים דלק, הפרדה גז והשתלות ביו-רפואיות. הביצועים שלהם ישירות על שני תכונות בסיסיות: התנגדות להתקפה כימית ולסובלנות ללחץ מכני. a membrane כי degrades כימי או נכשל יעילות תהליכים מכניים, עלייה בעלויות התפעוליות, ויכול להוביל לסיכון בטיחותי ופתרונות יעילים יותר, כדי לשפר את שיטות פעולה מתקדמות יותר, כדי לשפר את תהליכי חיפוש אלה.

הבנת Vulnerabilities

כדי לשפר את עמידות membrane, יש לזהות תחילה את מצבי מסוים של התקפה ועיוות כי membranes נתקל מחזורי לחץ לאחור, ירידה כימית מתרחשת לעתים קרובות באמצעות חמצון, הידרוליזה, או פירוק. Oxidative התקפה, לעתים קרובות נגרמת על ידי chlorine, או peroxides, הפסקות אחורי פולימר, הגדלת גלימה ונפיחות.

תקיפת כימיקלים ב-Mechanism

התקפה כימית יכולה להמשיך באמצעות תגובה ישירה עם חומר membrane, קטזז על ידי טמפרטורה, pH, או נוכחות של צילומי מתכת.לדוגמה, פולימיד די-סרטונים מורכבים המשמשים nanofiltration סובלים מהתקפה chlorine על הקישור חומר amide, המוביל להפחית את הדחייה מלח בתוך חודשים.

מצבי מתח מכניים

כישלונ מכני לעתים קרובות יוזם פגמים מיקרוסקופיים או זיהומים שהוצגו במהלך ייצור. כישלונ Tensile מתרחשת כאשר הלחץ מעומס החל על כוח התשואות של חומר membrane. מתח מדכא, טיפוסי במודולים ספירליים, יכול לקריסה ⁇ membranes, לצמיתות להפחית את פעולת השטף או מכווץ במהלך שטיפת גב או טיפול microcracking in brimbranes כגון קרמיקה או לוח זמנים ארוך.

אסטרטגיות לשיפור עמידות כימית

שיפור ההתנגדות הכימית כרוך בבחירת חומרים יציבים באופן מהותי, שינוי מבני פולימרים, וליישם ציפויים מגן. לכל גישה יש עצירות מסחר בעלות, תהליךיות, וכדאיות ראשונית.האסטרטגיות הבאות מספקות מפת דרכים למהנדסים.

בחירת חומרים ליציבות כימית

(FLT:0) פלואו-פולומרימר: חומרים כמו Polytetrafluoroethylene (PTFE), פוליווינילidene fluoride (PVDF), ו- perfluoroalkoxy (PFA) מספקים התנגדות יוצאת דופן למגוון רחב של כימיקלים, כולל חומצות חזקות, בסיסים, ופתרונות אורגניים שלהם הם בין החזק ביותר בכימיה אורגנית, כמו ספקטרום של חומרים כימיים קצרים יותר.

(ב) [ה]] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]]]] [ה]]]] לסביבות כימיות גבוהות ואגרסיביות, פולימידידים (למשל, MatrimidigtureFLT:2®®®®®®®3veFLT 3:3, ופוליברומיבמידמידמוזאולימברומיאל (PBI) מספקים התנגדות כימית יוצאת דופן בשל עצמותיהם הארומים והחזקים באינטראקציות הינן אינן פתורות, אשר לעיתים קרובות, ואנטי-מדומים, הן בשימוש באנטי-מדומים, כאשר הן בשימוש באנטי-חמצני, הן בשימוש באנטי-מדומים, הן באנטי-מדומים, הן בשימוש באנטי-מדומים, ואנטי-מדומים, ואנטי-מדומים, ואנטי-מדומים, ואנטי-מדומים, ואנטי-מדומים, הן בשימוש באנטי-מדומים, ואנטי-מדומים, ואנטי-מדומים, הן בשימוש באנטי-מדומים, הן בשימוש באנטי-מדומים, הן באנטי-מדומים, הן באנטי-מדומים, הן בשימוש באנטי-מדומים, ואנטי-מדומים

(FLT:0Ceramic ו- Metallic Membranes:Buildnes: ⁇ 1:1 כאשר פולימרים אורגניים אינם מספיקים, קרומברנס קרמיקה המבוססת על אלומיניום, zirconia, או סיליקון carbide מציעים ליד אינרציה כימית כמעט אל-אלטית, למעט חומצה הידרופלורית חזקה או מרוכז alkalis. מתכתlic membranes (למשל, נירוסטה או ניקל) להתנגד להתקפה כבדה יותר כמו נוזל כמו נוזל קמצום, כמו נוזל כהה יותר, כגון לחץ דם כהה יותר, או ניקל.

חיבור ל- Enhanced Chemical Resistance

חיבור כימי מציג אג"ח קוהנדסי בין רשתות פולימרים, צמצום ניידות שרשרת ונפיחות ב-Satents.טכניקה זו יעילה במיוחד עבור פולימיד-סרט מורכב (TFC) membranes. פולימרומיזציה בין-גזעית עם סוכן crosslinking, כגון trimesoyl chloride (TMC) בשילוב עם m-phenylenediamine (MPD), רשת גבוהה-dens כי הוא יכול להפחית באופן דרסטי מדי של אלקטרו-דלקתיריד (L) עם ⁇ ) עם חשוף) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

משטחים של שכבות ושכבות מגן

החלת ציפוי מחסום דק יכול להגן על המברה מפני מגע כימי ישיר מבלי לשנות את התכונות הגדולות של קרום.חומרי ציפוי נפוצים כוללים:

  • (ב) [ה]:0 [האדרופבלום פולימרים פוליוויניל אלכוהול, פוליויניל גליקול: glycol:03FLT:1 מספק שכבת הקרבה שנעלמת אך מעכבת התקפה על המזכר הבסיסי.הם גם מפחיתים את הזעם, אשר משפרת באופן עקיף את ההתנגדות הכימית על ידי צמצום ריכוז של סוכני ניקוי.
  • (FLT:0)Parylene (poly-p-xylene) ציפויים: ⁇ FLT:1 שהופקדו באמצעות פיזור כימי, Paryleneן יוצר ציפוי ללא הפסקה, קונפורטיבי שמתנגד לחומצות, בסיסים ופתרונות אורגניים.זה מרחיב את חיי קרום ביישומים ביו-רפואיים ואלקטרוניים.
  • (ב) [ה] [ה] [ה]] [ה] [ה]] [ה] [ה]] [ה]]][ה]]][ה]]][ה]]]][ה]]], [ה[[המאה ה-20], [ה[[המאה ה-20]]], ו[[ה[[המאה ה-20]],]],]], [[1924]],]],]], [[1924]],]], [[1924]],]], [[1924]],]], [[1924]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]
  • (FLT:0)Graphene oxide ולהפחית תחמוצת גרפן:FLT:1 רק-atom-thick הסדינים מספקים אינרציה כימית יוצאת דופן וניתן להפליג על פני השטח של קרום המוח כדי לחסום סוכנים קורוזיים.הם גם לשפר תכונות מכניות בשל המודולוס של צעירים גבוהים.

כל שיטת ציפוי חייבת להיות מוערכת עבור דבקות, אחידות עובי, ואפקט על אחריות - הציפוי לא צריך לחסום באופן משמעותי פצעונים או להגדיל את ההתנגדות טרמפולינה.

שיפור יכולת מכנית

אינטנסיות מכנית מושגת באמצעות חיזוק, ייצור מותאם אישית ועיצוב אינטליגנטי.המטרה היא למנוע כשלון תחת עומסים תפעוליים, טיפול וניקוי מחזורים ללא אופטימיזציה של בחירה.

חיזוק עם סיבים ומאש

(בשילוב שכבת תמיכה גבוהה סטרגנט היא אחת הדרכים היעילות ביותר לשיפור ביצועים מכניים: חיזוקים נפוצים כוללים מרש פוליפרופילן או בדים PET, זכוכית או סיבים פחמן (למשל, סיבים דחוסים לאחור) ממטרה של סיבית גבוהה יותר מאשר תמיכה פוליסטרית לא מזורזת, המספקת חוזק של עשרות עד כדי לעמוד בלחץ גבוה (למשל, סיבים מתקדמים של סיבים) כמו סיבים ממטרה של חומצה פוליסטרום (Ftrating) של חומרים ממטרה) של חומצה גבוהה יותר של חומצה פוליסטרום (מפוספסת) ו-מחץ גבוה יותר של חומצה פוליסטרית (Ftrating) , כמו חומצה פוליסטרויאלית (Ftrating) מ-Ftrating) של חומצה גבוהה יותר של חומצה פוליסטרית (מחץ גבוה יותר של חומצה פוליסטרודה (מחץ של חומצה פוליסטרית (מחץ גבוה יותר של חומצה פוליסטרודה (מחץ גבוה יותר של חומצה פוליסטרית) ממטרה) מגובה של חומצה פוליסטרודה (מחץ גבוה יותר של חומצה פוליאמורה) מגובה של חומצה פוליסטרית) מגובה של חומצה פוליסטרית) מגובה של חומצה פוליסטרית (מחץ גבוה יותר של חומצה גבוהה

טכניקות של קירור

הדרך שבה מנברן מיוצרת ישירות משפיע על השלמות המכנית שלו.שיטות ייצור מפתח ופרמטרים כוללים:

  • (FLT:0) דיאז הסתה: 1.FLT:1 שולט בקומפוזיציה של אמבטיה , טמפרטורה, מהירות הליהוק מייצרת קרומברנס עם פחות מקרולקטים וחלוקה אחידה יותר. Dense שכבות עור להפחית פגמים שפועלים כמו צונחני מתח.לדוגמה, הוספת כמות קטנה של לא פתורים לפולימרים יכול לדכא מקרובלים, הגדלת פערים על ידי 40%.
  • (FLT:0) Electrospinning: FLT:1 יצירת ננופיבר הזדווגים עם תוצאות סיבים תואמים בתכונות מכניות אניסטמיות - כוח גבוה יותר לאורך כיוון הסיבים. Post-electrospinning annealing או לחיצה חמה יכול למזג סיבים בנקודות מגע, שיפור שיטות והתנגדות לדמיע.
  • (FLT:0) הטיפול התרמית: 1FLT:1 Sintering קרמיקה או מלמברות פולימרני נשימה מרגיעה לחצים פנימיים ומקדם התגבשות, אשר בדרך כלל משפר את חוזקם של עשרות שנים ומפחית את המצטמח. פולימרים כמו PVDF יכולים להיות annealed בטמפרטורות ליד נקודת ההמס שלהם כדי להגדיל את הקריסטליניות מ 40% ל -60%, להכפיל את הלחץ.
  • (FLT:0)Layer-by-layer ההרכבה: FIRLT:1 ; בניית רבדים פוליאלקטרוניקה יוצרת סרטים דקים מאוד עם קשיחות יוצאת דופן. האג"ח ionic בין שכבות אנרגיה מתפוררת, מניעת קידוד קטסטרופלי.

התפלגות מתח ועיצוב גיאומטרי

חלוקת מתח אחידה מונעת כשלון מקומי. FlatPagenes יכול להיות מתוכנן עם corrugations או ridgere כי להפיץ מתח על שטח גדול יותר.מודולים להשתמש ב- Spacernets אשר להפיץ לחץ אפילו על פני משטח membraoid בעוד צמצום אזורי גיאומטריה פעיל (Rolves membranes) ניתן לספוג עם res גמישים בקצה כדי להפחית את הלחץ על ידי ניתוח נוזל הסינואידים (Futation) המשמש עכשיו).

בדיקות מכניות ובקרת איכות

הערכת רכוש מכני אמין היא חיונית כדי לאמת שיפורים.מבחנים סטנדרטיים כוללים בדיקות סטריליות (ASTM D882 לסרטים, ASTM F2327 עבור סיבים חלולים), בדיקות פרץ, התנגדות לחיחות (Taber abraser), ובדיקת עייפות תחת לחץ מחזורי. mmbranes צריך להיבדק הן במדינות יבשות רטובות, כמו מים יכולים לטבול פולימרים ולהקטין את הכוח המכוון - לחץ מוקדם כדי לנטרן לחץ לטווח ארוך, כגון לחץ על ידי לחץ לחץ גבוה, לחץ על ידי לחץ על ידי לחץ דם גבוה, לחץ על פני טמפרטורה גבוהה ונפיחות, לחץ על פני טמפרטורה גבוהה.

גישות מתקדמות וכיוונים עתידיים

המחקר ממשיך לדחוף את גבולות ביצועי קרום באמצעות ננוקום, עיצובים בעלי השראה ביולוגית, וחומרים חכמים.החידושים האלה מציעים רמות חסרות תקדים של התנגדות להתקפה כימית ומכנית.

המונחים: wecomposite membranes

ננו-חומרים לתוך מטבוליות פולימריות יוצרים קרום היברידי עם תכונות סינרגיסטיות: Graphene oxide (GO) nanosheets מציעים כוח רב-קרקעי יוצא דופן (~130bra Young's Modulus) ולפעול כמו מחסומים בלתי-אפשריים להתקפות כימיות בלבד (Go-polyamide nanocomposite membranes) מופיעים 2-3 פעמים גבוה יותר ביציבות של פחמן (Fol-Fol-Fal) אך מחזקת את ה-mcregulating) על ידי לחץ כימי רק על ידי מגנטית חום-mcgicivergine-Outmcremcremcremcremcremcrecrecremcremcremcremcremcremcreligated)

Bio-Inspired and Self-Healing Membranes

הטבע מציע מודלים לחוסנות.ביומבריונים המבוססים על Aquaporin יכולים לשלב חלבונים של ערוץ מים המספקים אחריות גבוהה וסלקטיביות בעוד ש-Blayer השולי יכול להזיק קטין עצמי. Nacre (אמא של פנינה) מעורר השראה מבנים מולדים-לבן-וטרניים כי משלבים כוח וקשוח חוקרים יצרו membranes עם שינוי קשה (כלומר, קיבולת מכנית) באמצעות ספוגה (remcre) של גירוי עצמי) עם השפעה עצמית מלאה על מבנים מכנית (מתאים) על מנת לשחזר את ההשפעות מכנית (מחוסמות (מחדשה) על מנת לשחזר את ההשפעות של גירוי מכנית) על ידי גירוי מכנית של גירוי מכנית (מחדשה) על מנת לשחזר את ההשפעות מכנית (מחדשה) על ידי גירוי מכנית (מחדשה) על ידי גירוי מכנית) על ידי גירוי מכנית) על ידי גירוי עצמי) על ידי גירוי מכנית (מחדשה) על ידי גירוי מכנית (מחוספסידי גירוי מכנית של גירוי מכנית של גירוי מכנית (מחדשה) על ידי גירוי מכנית (מחדשה) על ידי גירוי מכני) על ידי גירוי מכנית (מחדשה) אשר משלבת של

חומרים חכמים ואחראיים

פולימרים עמידים (למשל, הידרוג'ל טמפרטורה או pH רגישות) יכולים להתאים את התכונות שלהם כדי להפחית את הלחץ או התקפה כימית.למשל, קרום כי נפיחות בתגובה ל- pH גבוה יכול לחסום את זיהוי של סוכני ניקוי אלקלליין באופן פעיל.

סקלאלה ושיקולים כלכליים

בעוד חומרים מתקדמים מראים ביצועים מעבדה מרשימה, עלות והיקף נשארים מחסומים. פלואו-פולומרים באיכות גבוהה וננו-חומרים מגבירים את עלויות הייצור של membrane ב 50-300%, עם זאת, העלות הכוללת של הבעלות לעתים קרובות יורדת עקב חיים ארוכים יותר של membrane והפחתה של זמן השבתה אוטומטית.

מסקנה: בניית Membranes for the Toughest Challenges

שיפור ההתנגדות של membrane להתקפה כימית וסטרס מכני הוא אתגר הנדסי רב פנים הדורש בחירה חומרית זהירה, חיזוק מבני, ייצור מותאם אישית, וציפוי חדשניות.משימוש ב פלואורופולמרים רב פנים ופולימידומנים מלוכדים לפתרונות מוכחים בסיבים-reinforceed תומך ו- nanocomposite, כל אסטרטגיה מציעה ממטר ארוך יותר, אמין יותר על ידי פיתוח של תהליכים פנימיים מתקדמים יותר, כמו גם מנגנונים סביבתיים.