Si lo miramos desde una perspectiva microscópica a nivel molecular, para garantizar una separación efectiva de las partículas coloidales durante la filtración, primero debemos tener una comprensión correcta de las partículas coloidales, que son partículas entre moléculas individuales y partículas visibles. entre aproximadamente 1 nanómetro (nm) y 1 micrón. Por ejemplo, las nanopartículas suelen tener entre 1 nanómetro (nm) y 100 nanómetros, y el tamaño de las partículas submicrónicas oscila entre 100 nanómetros y 1 micrón. Estas partículas coloidales se deben a su interacción con. Los medios circundantes interactúan, exhiben características como el movimiento browniano y pueden mantener la estabilidad mediante repulsión electrostática, impedimento estérico u otras fuerzas superficiales.
Desde una perspectiva molecular, al filtrar partículas coloidales, existen algunos requisitos clave para la selección de membranas, como se detalla a continuación:
Distribución del tamaño de los poros de la membrana, la membrana que filtra las partículas coloidales debe tener una distribución del tamaño de los poros controlable y bien definida para capturar las partículas coloidales, es decir, el tamaño de los poros debe ser menor que el tamaño de las partículas coloidales para evitar que pasar a través de la membrana, porque la exclusión por tamaño es el mecanismo básico para filtrar coloides. En base a esto, las membranas con tamaños de poro bien definidos pueden excluir selectivamente partículas según su tamaño, permitiendo el paso de moléculas de solvente más pequeñas mientras atrapan partículas coloidales.
La química de la superficie de la membrana juega un papel crucial en el proceso de filtración porque los grupos funcionales en la superficie de la membrana de filtración pueden interactuar con partículas coloidales a través de interacciones electrostáticas, enlaces de hidrógeno o fuerzas de van der Waals, que contribuyen a la retención; es que el material de la membrana debe ser químicamente compatible con la suspensión coloidal que se está filtrando, lo que puede evitar la degradación o el cambio del rendimiento de la membrana durante el proceso de filtración y garantizar la estabilidad a largo plazo y el rendimiento de filtración confiable de la membrana.
La selectividad del material de la membrana para la carga de partículas coloidales. Las partículas coloidales suelen tener cargas superficiales debido a su tamaño y composición. Una membrana con selectividad de carga puede atraer y retener coloides con cargas opuestas, al tiempo que repelen cargas coloides opuestas, mejorando así la eficiencia de filtración.
El efecto de impedimento estérico de la membrana. El impedimento estérico en la membrana de filtración se refiere a la obstrucción física u obstrucción de las partículas por la estructura de la propia membrana, especialmente la disposición de los polímeros u otros componentes que componen la membrana. , este efecto es mayor que el tamaño de los poros de la membrana. Se impide físicamente el paso de las partículas disponibles, en parte debido al tamaño de los poros de la membrana y en parte debido a la estructura del material de la membrana en sí.
Consideraciones sobre la dinámica de fluidos, la dinámica del flujo dentro de la membrana juega un papel importante en la filtración coloidal, como el patrón de flujo de las partículas coloidales, la curva de velocidad, la diferencia de presión, el flujo de permeado, la resistencia, la filtración de flujo cruzado, el retrolavado y la zona muerta de la membrana, fuerza de corte, etc. Comprender y optimizar la dinámica de fluidos dentro de la membrana de filtración es fundamental para maximizar la eficiencia de la filtración, reducir la contaminación y garantizar un rendimiento constante en las aplicaciones de filtración de partículas, comenzando desde el diseño de la selección de la membrana. Los patrones de flujo optimizados pueden mejorar la retención de partículas al controlar el movimiento de los coloides a través de la membrana.
Mantenimiento de la integridad estructural, la membrana debe mantener su integridad estructural bajo el diferencial de presión y las fuerzas de corte encontradas durante el proceso de filtración, lo que puede evitar la deformación de los poros o el daño de la membrana, afectando así la eficiencia de la filtración.
Mitigación del ensuciamiento de las membranas Las partículas coloidales pueden causar ensuciamiento de la membrana, lo que reduce la eficiencia de la filtración con el tiempo. Las membranas diseñadas para minimizar el ensuciamiento mediante la modificación de la superficie o recubrimientos antiincrustantes pueden extender su vida útil y mantener el rendimiento.
La filtración de partículas coloidales microscópicas es un proceso relativamente complejo. Al cumplir con los requisitos anteriores y optimizar el diseño de la membrana y otros factores, básicamente podemos lograr una filtración efectiva de partículas coloidales y proporcionar un alto rendimiento de separación y eficiencia en diversas aplicaciones industriales y científicas.
