كيف تشكل عملية انعكاس الطور البنية المسامية لمرشح غشاء UF من الألياف المجوفة المتدرجة من سبيكة PVDF؟

في عملية التحضير مرشح غشاء UF من الألياف المجوفة المتدرجة من سبيكة PVDF تعد عملية قلب الطور رابطًا رئيسيًا لتحديد أدائها. لا تتعلق هذه العملية بتكوين البنية المجهرية للغشاء فحسب، بل لها أيضًا تأثير عميق على أداء تطبيق المرشح في مجالات مختلفة. من الغزل لتشكيل الألياف المجوفة إلى البنية المسامية النهائية، كيف تعمل عملية عكس الطور، وكيفية تشكيل غشاء مرشح يلبي احتياجات محددة؟ ​
يكمن جوهر مرشح غشاء UF من الألياف المجوفة المتدرجة من سبيكة PVDF في هيكل الغشاء الفريد، وعملية انعكاس الطور هي حجر الزاوية في بناء هذا الهيكل. عند اكتمال عملية الغزل وتكوين الألياف المجوفة في البداية، يتم غمرها في حمام التخثر. في هذا الوقت، يصبح فرق التركيز وفرق الجهد الكيميائي هو القوة الدافعة للعملية برمتها. يبدأ المذيب الموجود في محلول الغزل بالتبادل مع المادة غير المذيبة في حمام التخثر. في هذه العملية، ينفصل البوليمر تدريجيًا عن المحلول ويشكل في النهاية بنية مسامية. تحتوي هذه العملية التي تبدو بسيطة في الواقع على تغيرات فيزيائية وكيميائية معقدة، وكل التفاصيل تؤثر على الأداء النهائي للغشاء
يلعب تكوين حمام التخثر دورًا حاسمًا في عملية عكس الطور. سوف تغير مذيبات حمام التخثر المختلفة سرعة وآلية فصل الطور. قد يؤدي اختيار مذيب حمام تخثر معين إلى جعل عملية انعكاس الطور أسرع، ويترسب البوليمر بسرعة، ويشكل بنية فضفاضة ذات حجم مسام كبير نسبيًا؛ في حين أن مذيبًا آخر قد يجعل عملية انقلاب الطور أبطأ، ويكون لدى البوليمر وقت أطول للترتيب، وبالتالي تشكيل غشاء بحجم مسام موحد وبنية كثيفة. بالإضافة إلى ذلك، فإن الإضافات المختلفة المضافة إلى حمام التخثر ستؤثر أيضًا على بنية الغشاء. يمكن لبعض المواد المضافة تغيير معدل التبادل بين المذيب وغير المذيب، أو التأثير على وضع تجميع جزيئات البوليمر، وبالتالي الحصول على أغشية ذات مسامية مختلفة وتوزيع بنية المسام. هذه الخصائص الهيكلية المختلفة تجعل مرشح غشاء UF ذو الألياف المجوفة المتدرجة من سبيكة PVDF مناسبًا لسيناريوهات الترشيح المختلفة، بدءًا من إزالة شوائب الجسيمات الكبيرة إلى اعتراض الكائنات الحية الدقيقة الصغيرة والجزيئات العضوية. ​
تعد درجة حرارة حمام التخثر أيضًا عاملاً مهمًا يؤثر على عملية قلب الطور. سوف تؤدي درجة حرارة حمام التخثر المنخفضة إلى إبطاء معدل التبادل بين المذيب وغير المذيب، مما يجعل عملية قلب الطور أكثر سلاسة. في هذه الحالة، يكون لدى جزيئات البوليمر مزيد من الوقت لترتيبها، مما يساعد على تكوين بنية مسام موحدة. ستؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى تسريع عملية التبادل، وسيحدث فصل الطور بسرعة، مما قد يؤدي إلى هياكل مسام غير متساوية وحتى مسام كبيرة غير منتظمة. من خلال التحكم الدقيق في درجة حرارة حمام التخثر، يمكن للعاملين في التحضير ضبط هيكل الغشاء وفقًا للاحتياجات الفعلية. على سبيل المثال، في السيناريوهات التي تتطلب ترشيحًا عالي الدقة، يتم خفض درجة حرارة حمام التخثر للحصول على غشاء بحجم مسام أصغر وتوزيع موحد لضمان الاعتراض الفعال للجسيمات الصغيرة والشوائب؛ بينما في التطبيقات التي تتطلب تدفقًا عاليًا للمياه، يتم زيادة درجة الحرارة بشكل مناسب لتشكيل بنية غشائية ذات حجم مسام أكبر ومسامية أعلى. ​
يعد وقت التخثر أيضًا عاملاً لا يمكن تجاهله. إذا كان وقت التخثر قصيرًا جدًا، فإن تبادل المذيبات وغير المذيبات غير كافٍ، وفصل طور البوليمر غير مكتمل، وقد يكون هيكل الغشاء فضفاضًا، والقوة غير كافية، والمسامية منخفضة، والتي لا يمكنها تلبية متطلبات الترشيح الفعلية. مع تمديد وقت التخثر، تصبح عملية فصل الطور أكثر اكتمالا، ويستقر هيكل الغشاء تدريجيا، وسوف تتغير المسامية وحجم المسام أيضًا وفقًا لذلك. ومع ذلك، فإن وقت التخثر الطويل جدًا ليس مفيدًا، لأنه قد يغير أداء الغشاء بل ويسبب بعض الظواهر غير المرغوب فيها، مثل انكماش الغشاء وتشوهه. لذلك، في الإنتاج الفعلي، من الضروري إيجاد نقطة توازن مناسبة لوقت التصلب لضمان أن الغشاء يتمتع ببنية وأداء جيدين. ​
يحدد الهيكل المسامي المتكون من عملية انعكاس الطور بشكل مباشر أداء الترشيح لمرشح غشاء UF من الألياف المجوفة المتدرجة من سبيكة PVDF. يمكن للتوزيع الموحد والمعقول لبنية المسام أن يضمن أن الغشاء يحافظ على تدفق الماء العالي بينما يعترض الملوثات بكفاءة. في مجال تنقية مياه الشرب، يمكن لهذا الهيكل المسامي الذي يتم التحكم فيه بدقة أن يعترض بشكل فعال البكتيريا والفيروسات والغرويات والمواد الصلبة العالقة في الماء، مع السماح لجزيئات الماء بالمرور بسلاسة لضمان سلامة ونقاء مياه الشرب. في معالجة مياه الصرف الصناعي، لأنواع مختلفة من الملوثات، يتم تعديل هيكل الغشاء من خلال عملية عكس الطور، بحيث يمكنه اعتراض أيونات المعادن الثقيلة والملوثات العضوية وما إلى ذلك بطريقة مستهدفة، وتحقيق تنقية مياه الصرف الصحي واستعادة الموارد. ​
ليس ذلك فحسب، بل إن البنية المسامية التي تشكلها عملية انعكاس الطور تؤثر أيضًا على أداء الغشاء المضاد للتلوث. هيكل المسام المعقول يمكن أن يقلل من امتصاص وترسب الملوثات على السطح وداخل الغشاء. عندما تلامس الملوثات سطح الغشاء، يمكن لهيكل المسام الموحد تجنب التجميع المحلي للملوثات وتقليل خطر تلوث الغشاء. حتى لو كان هناك قدر معين من تراكم الملوثات على سطح الغشاء أثناء الاستخدام طويل الأمد، يمكن لطرق التنظيف الفيزيائية أو الكيميائية البسيطة استعادة تدفق الغشاء بسهولة، وإطالة عمر خدمة الغشاء، وتقليل تكلفة صيانة الفلتر. ​
من الترتيب الجزيئي على المستوى المجهري إلى أداء الترشيح العياني، تلعب عملية انعكاس الطور دورًا حاسمًا في تحضير مرشحات غشاء UF من الألياف المجوفة المتدرجة المصنوعة من سبيكة PVDF. من خلال التحكم الدقيق في عوامل مثل تكوين حمام التخثر ودرجة الحرارة ووقت التخثر، يتم إعداد الأغشية ذات الهياكل المسامية المختلفة لتلبية احتياجات الترشيح لمختلف المجالات والسيناريوهات. في المستقبل، مع التحسين المستمر لمتطلبات تكنولوجيا الترشيح، ستستمر عملية انعكاس الطور في التطوير والتحسين، مما يوفر أداء أفضل لمرشح غشاء UF من الألياف المجوفة المتدرجة من سبيكة PVDF، ويلعب دورًا أكثر أهمية في ضمان سلامة جودة المياه وتعزيز تطوير الصناعات المختلفة.