멤브레인 필터 기공 크기 이해 : 포괄적 인 가이드

기공 크기에 기초한 막 여과의 유형

큰 부유 고체 제거에서 개별 이온 분리에 이르기까지 광범위한 여과 문제는 다양한 막 기술이 필요합니다. 이러한 기술은 주로 특징적인 기공 크기로 구별되며, 미세 여과, 한외 여과, 나노 여과 및 역 삼투의 4 가지 주요 유형의 막 여과로 분류됩니다. 각 유형은 특정 수준의 분리를 제공하며 별개의 응용 프로그램에 적합합니다.

미세 여과 (MF)

미세 여과 (MF)는 막 여과의 가장 거친 끝을 나타냅니다. MF 막은 액체 또는 가스에서 현탁 된 고형물, 박테리아 및 큰 콜로이드를 제거하도록 설계되었습니다.

• 기공 크기 : 일반적으로 범위입니다 0.1 ~ 10 미크론 (µ중) . 일반적이고 널리 사용되는 기공 크기 : 0.22 µm, 0.45 µm, 0.8 μm 및 1.0 µm

표준화 : 많은 규제 지침 및 산업 표준 (예 : 수질 테스트, 제약 제조)은 특정 기공 크기, 특히 0.22 µm 및 0.45 µm의 사용을 지정합니다.

• 일반적인 응용 프로그램 :
  • 수처리 : 현탁 된 고체, 탁도 및 원생 동물 제거 (예 : 지아르 디아 그리고 크립토스포리디움 ) 식수에서. 다른 막 공정 (UF, NF, RO)에 대한 전처리로 사용됩니다.
  • 음식과 음료 : 과일 주스, 와인 및 맥주의 설명; 유제품 가공에서 효모 및 박테리아 제거.
  • 의약품 : 차가운 액체의 멸균, 생물학적 용액의 정화.
  • 생명 공학 : 세포 수확, 바이오 매스 분리.

• 0.22 µm :

  • "멸균 등급": 이것은 금 표준입니다 멸균 여과 . 대부분의 박테리아는 0.22 µm보다 크기 때문에이 기공 크기를 가진 필터는 일반적으로 박테리아를 제거하고 액체의 멸균을 보장하는 데 효과적인 것으로 간주됩니다. 이것은 의약품, 생명 공학 (예 : 세포 배양 배지 제제) 및 멸균 수 생산에 중요합니다.
  • 대부분의 박테리아를 제거하는 동안 매우 작은 박테리아 ( mycoplasma ) 및 바이러스가 통과 할 수 있습니다.

• 0.45 µm :

  • 일반적인 미생물종 여과 : 이 기공 크기는 널리 채택됩니다 미생물 학적 분석 물 테스트 및 식음료 품질 관리를 포함하여. 열거를위한 가장 일반적인 박테리아 (CARCINGING COLLEY)를위한 가장 일반적인 박테리아를 포획하는 데 탁월합니다. 기공을 통한 양호한 영양분 확산을 허용하여 여과 후 필터 표면의 강력한 박테리아 성장을 지원하기 때문입니다.
  • 설명: 또한 일반에 자주 사용됩니다 설명 반드시 완전한 멸균을 달성하지 않고 미립자, 더 큰 미생물 및 탁도를 제거하는 용액.

• 0.8 µm :

  • 입자 제거 및 사전 여과 : 종종 사용됩니다 거친 입자 제거 그리고 a 프리 필터 더 큰 잔해물에 의한 조기 막힘으로부터 더 미세한 막 (0.45 µm 또는 0.22 µm 필터)을 보호합니다.
  • 특정 미생물 학적 응용 : 때로는 더 큰 입자 또는 특정 유형의 세포를 유지하면서 더 작은 구성 요소가 통과 할 수있는 특정 미생물 분석 또는 입자 모니터링에 사용됩니다. 공기 모니터링 (예 : 석면 분석) 및 일부 유체 분석에서 일반적입니다.

• 1.0 µm :

  • 거친 여과/사전 여과 : 일반적으로 사용됩니다 거친 여과 액체에서 더 큰 부유 고형물, 퇴적물 및 총 미립자를 제거합니다. 이것은 일반적입니다 사전 여과 많은 산업 및 실험실 프로세스를 통해 후속 필터의 수명을 연장하십시오.
  • 세포 수확/정화 : 더 큰 세포를 수확하거나 탁한 솔루션을 명확하게하기 위해 일부 생물학적 응용에 사용될 수 있습니다.

초보 여과 (UF)

한외 여과 (UF)는 더 작은 입자와 거대 분자를 제거 할 수있는 미세 여과보다 더 미세한 규모로 작동합니다. UF 막은 전형적으로 바이러스, 단백질 및 더 큰 유기 분자를 유지하면서 물과 더 작은 용존 염이 통과 할 수있게한다.

• 기공 크기 : 범위 0.01 ~ 0.1 미크론 (µm) 또는 종종 다음과 같이 표현됩니다 분자량 컷오프 (MWCO) 1,000 ~ 500,000 디altons. MWCO는 막에 의해 90% 유지되는 가장 작은 구형 단백질의 대략적인 분자량을 지칭한다.
• 일반적인 응용 프로그램 :
  • 수처리 : 식수 정제를위한 바이러스, 내 독소, 콜로이드 및 거대 분자의 제거; 재사용을위한 폐수 처리.
  • 음식과 음료 : 우유 단백질의 농도, 주스의 정화, 효소 회수.
  • 제약 및 생명 공학 : 단백질, 효소 및 백신의 농도 및 정제; 피로겐 제거.
  • 산업 : 오일/물 에멀젼 분리, 전기 로코트 공정에서 페인트 회복.

나노 여과 (NF)

나노 여과 (NF) 막은 종종 분리 능력 측면에서 UF와 RO 사이에 떨어지기 때문에 "느슨하게 거부하는 RO 막"이라고합니다. NF 막은 다국적 이온 (경도 이온과 같은), 일부 작은 유기 분자 및 대부분의 바이러스를 제거하는 데 효과적이며, 고유 한 이온 (염화나트륨과 같은)과 물이 RO 막보다 더 자유롭게 통과 할 수 있습니다.

• 기공 크기 : 범위 0.001 ~ 0.01 미크론 (µm) 또는 MWCO는 일반적으로 150 ~ 1,000 달톤입니다.
• 일반적인 응용 프로그램 :
  • 연수 : 화학적 재생없이 물에서 경도 (칼슘, 마그네슘) 제거.
  • 식수: 색, 살충제 및 용해 된 유기 탄소 제거 (DOC).
  • 음식과 음료 : 유청의 탈수 화, 설탕 정제, 제품 농도.
  • 의약품 : 항생제 농도, 탈염.
  • 산업 : 폐수로부터의 염료 제거, 화학 공정에서 특정 성분의 분리.

역삼 투 (RO)

역삼 투 (RO)는 거의 모든 용해 된 염, 무기 분자 및 더 큰 유기 분자를 거부 할 수있는 가장 훌륭한 수준의 막 분리를 나타냅니다. 삼투압보다 큰 압력을 가해서 작동하여 용해 된 불순물을 남기면서 매우 조밀 한 막을 통해 물을 강제합니다.

• 기공 크기 : 효과적으로 <0.001 미크론 (µm) , 또는 다공성 전통적인 의미에서 솔루션 분해 메커니즘에 대해 더 많이 작동합니다. 그들은 주로 전하와 크기에 따라 거부하고 효과적으로 이온을 제거합니다.
• 일반적인 응용 프로그램 :
  • 담수화 : 해수 또는 뇌한 물을 식수로 전환합니다.
  • 초음파수 생산 : 전자 제품, 제약 및 발전을위한 고순도 물 제조.
  • 폐수 처리 : 물 재사용 및 배출에 대한 고급 정화.
  • 음식과 음료 : 과일 주스의 농도, 탈 이온수 생산.
  • 산업 : 물 정제, 제품 복구를 처리합니다.

더 관련 :

멤브레인 필터 및 기공 크기 소개

막 필터는 수 정제에서 제약에 이르기까지 다양한 산업에 혁명을 일으킨 정교한 분리 도구입니다. 그들의 핵심에서,이 필터들은 선택적 장벽으로 작용함으로써 기능하여 특정 물질이 다른 물질을 유지하면서 통과 할 수있게한다. 이 중요한 작업을 수행 할 때 멤브레인 필터의 효과는 거의 전적으로 하나의 중요한 특성에 달려 있습니다. 기공 크기 .

막 필터의 기공 크기는 어떤 입자, 분자 또는 이온이 유체 스트림으로부터 분리 될 수 있는지 지시한다. 미세한 체를 상상해보십시오. 그 체의 구멍의 크기는 통과하는 것과 잡히는 것을 결정합니다. 유사하게, 멤브레인 필터 내의 미미한 구멍은 원하는 분리 결과를 달성하기 위해 특정 치수로 엔지니어링된다.

막 기공 크기를 이해하는 것이 여과 과정에서 가장 중요합니다. 잘못 선택한 기공 크기는 비효율적 인 여과, 조기 막 오염 또는 막 자체의 손상으로 이어질 수 있습니다. 반대로, 최적의 기공 크기를 선택하면 효율적인 분리를 보장하고 막 수명을 연장하며 궁극적으로보다 효과적이고 경제적 인 프로세스로 이어집니다.

이제 복잡한 멤브레인 필터 기공 크기의 세계를 탐구합시다. 우리는 다음을 정의 할 것입니다.

* 기공 크기는 진정으로 의미합니다
* 기공 크기에 기초한 다양한 범주의 막 여과를 탐색하십시오.
* 기공 크기 선택에 영향을 미치는 요인에 대해 토론하십시오
* 이 필터에 없어는 다양한 응용 프로그램을 강조하십시오.

* 또한, 우리는 기공 크기를 결정하고 일반적인 문제를 해결하며, 멤브레인 기술의 미래를 형성하는 흥미로운 트렌드를 살펴볼 것입니다.

기공 크기는 무엇입니까?

모든 막 여과 과정의 핵심에는 개념이 있습니다. 기공 크기 . 멤브레인 필터의 맥락에서 기공 크기는 막 재료에 스며드는 미세한 개구부 또는 채널의 평균 직경 . 이 기공은 단순히 구멍이 아니라 오히려 정의 된 치수보다 더 큰 입자를 물리적으로 차단하는 동시에 유체의 통과를 허용하도록 설계된 복잡한 경로입니다.

기공 크기 측정 단위는 일반적으로 미크론 (µm) 또는 나노 미터 (NM) . 이 유닛들을 원근법에 넣으려면 :

• 1 미크론 (µm) 1 백만 미터입니다 ( $10^{-\; -6}$ 미터). 비교를 위해, 사람의 모발은 직경이 약 50-100 µm입니다.
• 1 나노 미터 (NM) 약 10 억 분의 1입니다. $10^{-\; -9}$ 미터). 단일 물 분자는 직경이 약 0.27 nm입니다.

단위의 선택은 종종 여과 규모에 달려 있습니다. 마이크론은 미세 여과에서 발견되는 더 큰 기공 크기에 일반적으로 사용되는 반면, 온외오 여과, 나노 여과 및 역삼 투약 막의 극도로 미세한 모공을 논의 할 때 나노 미터가 더 널리 퍼져 있습니다.

기공 크기가 여과 효율에 대한 심각한 영향은 과장 될 수 없습니다. 직접 지시합니다 컷오프 지점 분리를 위해. 기공 크기가 0.2 µm 인 멤브레인을 상상해보십시오. 이 막은 0.2 µm보다 큰 입자 또는 미생물을 유지하도록 설계되었으며, 더 작은 분자와 물이 통과 할 수 있도록 설계되었습니다.

• 더 작은 기공 크기 일반적으로 더 미세한 입자, 용해 된 고체 및 일부 바이러스를 제거 할 수 있으므로 여과 효율이 높아집니다. 그러나 이것은 유동에 대한 저항이 더 높기 때문에 종종 플럭스 감소 (유량) 및 막을 가로 질러 압력 강하 증가 비용으로 발생합니다.
• 더 큰 기공 크기 더 높은 플럭스 및 더 낮은 압력 요구 사항을 허용하여 거친 입자를 제거하거나 사전 여과 단계에 적합합니다. 그러나 트레이드 오프는 분리 정도가 낮고 매우 미세한 오염 물질을 제거 할 수 없다는 것입니다.

따라서, 막의 기공 크기의 신중한 선택은 원하는 수준의 순도 수준 및 여과 시스템의 작동 효율과 직접 상관 관계가있는 중요한 설계 매개 변수이다. 필요한 분리를 달성하는 것과 주어진 응용 프로그램에 대한 실질적인 유량을 유지하는 것 사이의 섬세한 균형입니다.

기공 크기 선택에 영향을 미치는 요인

올바른 막 필터 기공 크기를 선택하는 것은 여과 공정의 성공, 효율성 및 비용 효율성에 직접적인 영향을 미치는 중요한 결정입니다. 이 선택은 임의적이지 않습니다. 그것은 필요한 분리, 막 호환성 및 운영 타당성을 지시하는 몇 가지 주요 요인에 의해 영향을받는 신중한 균형 균형 행위입니다.

타겟 입자 크기 : 올바른 기공 크기를 선택하는 방법

기공 크기 선택에서 가장 근본적인 요소는 제거 또는 유지하려는 입자 또는 분자의 크기 .

• 제거 (정화, 정제)를 위해 : 막 기공 크기는 표적 오염 물질보다 상당히 작아야합니다. 예를 들어, 평균 크기가 0.5 µm 인 박테리아를 제거 해야하는 경우, 효과적인 보유를 보장하기 위해 기공 크기가 0.2 µm 이하의 미세 여과 막을 선택할 수 있습니다. 일반적인 규칙은 입자 모양 및 잠재적 막을 고려하여 제거하려는 가장 작은 입자의 크기의 1/3 ~ 1/10을 선택하는 것입니다.
• 보유 (농도, 수확) : 반대로, 당신의 목표가 원하는 물질 (예 : 단백질 또는 세포)을 집중시키는 것이라면, 막 기공 크기는 용매와 더 작은 불순물을 통과 할 수있는 동안 표적 물질을 유지하기에 충분히 작아야합니다. 이것은 분자량 컷오프 (MWCO)의 개념이 UF 및 NF 막에 특히 관련이있는 곳입니다.

유체 스트림에서 구성 요소의 크기 분포를 이해하는 것이 가장 중요합니다. 이것은 종종 동적 광 산란 또는 현미경과 같은 기술을 사용하여 공급 스트림의 사전 분석이 필요합니다.

막 재료 : 기공 크기 및 호환성에 대한 영향

막이 구성되는 물질은 고유 한 기공 구조, 화학적 저항 및 전반적인 성능에서 중요한 역할을합니다. 다른 재료는 다른 기공 크기 범위와 응용 분야에 적합합니다.

• 중합체 막 : 이들은 가장 일반적인 유형이며 폴리 설폰 (피S), 폴리에 테 설 폰 (PES), 폴리 비닐 리덴 불소 (PVDF), 셀룰로스 아세테이트 (CA), 폴리 아미드 (PA) 및 폴리아 프로필렌 (PP)과 같은 물질을 포함합니다.

  • 기공 크기에 미치는 영향 : 제조 공정 (예 : 위상 반전, 스트레칭) 및 중합체 자체는 달성 가능한 기공 크기 범위 및 분포를 지시합니다. 예를 들어, 셀룰로오스 막은 종종 친수성 특성이 요구되는 일반적인 여과에 사용되는 반면, PVDF는 화학 저항성 및 광범위한 기공 크기 가용성으로 알려져있다. 폴리 아미드는 우수한 소금 거부 특성으로 인해 RO 및 NF 막의 지배적 인 물질이다.
  • 호환성: 공급 유체 (pH, 용매, 산화제) 및 청소 화학 물질과의 막 물질의 화학적 호환성이 중요하다. 양립 할 수없는 재료를 사용하면 막 저하, 기공 크기의 변화 및 시스템 고장으로 이어질 수 있습니다. 재료의 온도 제한은 또한 적합성에 영향을 미칩니다.

• 세라믹 멤브레인 : 알루미나, 지르코니아 또는 티타니아와 같은 재료로 만든이 막은 일반적으로 더 강력합니다.

  • 기공 크기에 미치는 영향 : 세라믹 멤브레인은 일반적으로 매우 균일 한 기공 크기를 제공하므로 정확한 분리에 적합합니다. 그들은 일반적으로 MF 및 UF 응용 프로그램에서 발견됩니다.
  • 호환성: 그들은 탁월한 화학적 및 열 안정성을 나타내므로 가혹한 화학 환경, 고온 및 중합체 막이 할 수없는 공격적인 세척 체제를 견딜 수 있습니다.

작동 조건 : 압력, 온도 및 유량

여과 공정이 작동하는 조건은 또한 기공 크기 선택 및 막 성능에 큰 영향을 미칩니다.

• 압력: 논의 된 바와 같이, 작은 기공의 증가 된 유압 저항을 극복하기 위해 더 높은 주행 압력이 필요하다. 선택된 막은 손상을 압축하거나 유지하지 않고 필요한 작동 압력을 견딜 수 있어야합니다. 불충분 한 압력이 낮은 플럭스로 이어지고 과도한 압력은 막 구조를 손상시킬 수 있습니다.
• 온도: 온도는 유체의 점도 및 결과적으로 막을 통한 플럭스에 영향을 미칩니다. 온도가 높을수록 일반적으로 유체 점도가 낮아서 플럭스가 높아집니다. 그러나, 막 재료는 온도 한계를 가지며, 그 너머의 구조적 무결성 또는 기공 크기 안정성이 손상 될 수있다.
• 유량 (플럭스) : 원하는 투과 유량 (플럭스)은 중요한 설계 매개 변수입니다. 작은 모공은 더 나은 분리를 제공하지만, 주어진 압력에서 본질적으로 더 낮은 플럭스를 제공합니다. 시스템 설계는 필요한 처리량과 분리의 필요성을 균형을 유지해야합니다. 유량이 높을수록 막 더 큰 막 표면적 또는 더 높은 운영 압력이 필요할 수 있으며 자본 및 운영 비용에 영향을 미칩니다.

요약하면, 오른쪽 막 필터 기공 크기를 선택하는 것은 공급 특성, 원하는 분리 결과, 사용 가능한 막 재료의 특성 및 작동 환경의 실제 제약을 철저히 이해해야하는 다면적 결정입니다. 이 선택의 실수는 비용이 많이 드는 비 효율성 또는 프로세스 실패로 이어질 수 있습니다.

기공 크기에 의한 막 필터의 응용

멤브레인 필터가 엔지니어링 된 기공 크기로 인해 통과하는 것을 정확하게 제어하고 유지되는 것을 정확하게 제어 할 수있는 능력으로 인해 광범위한 산업에서 필수 불가결합니다. 안전한 식수를 보장하는 것부터 생명을 구하는 약물 제조에 이르기까지 이러한 필터는 정제, 분리 및 농도 공정의 중심입니다.

물 여과 : 식수, 폐수 처리

막 필터는 거시적 오염 물질에서 미세 병원체 및 용해 된 염에 이르기까지 순도 문제를 해결하는 현대적인 수처리의 초석입니다.

• 미세 여과 (MF) 및 Ultrafiltration (UF) : 이 막, 기공 크기가있는이 막 0.1 ~ 10 µm (MF) 그리고 0.01 ~ 0.1 µm (UF) 범위는 현탁 된 고형물, 탁도, 박테리아, 원생 동물을 제거하는 데 널리 사용됩니다. 크립토스포리디움 그리고 지아르 디아 ) 및 식수원의 바이러스. 이들은 더 고급 막 시스템을위한 우수한 전처리 단계이며, 더 미세한 막이 오염을 방지합니다. 폐수 처리에서 MF/UF는 현탁 된 고체, 박테리아 및 일부 유기물을 효과적으로 제거함으로써 배출 또는 재사용에 적합한 고품질 폐수를 생성 할 수 있습니다.
• 나노 여과 (NF) : 일반적으로 기공 크기로 0.001 ~ 0.01 µm , NF 막은 다국적 경도 이온 (칼슘, 마그네슘)을 제거하고 식수로부터 용해 된 유기 탄소 (DOC), 색 및 합성 유기 화합물 (예 : 살충제)의 수준을 감소시킴으로써 연수를 위해 사용된다. 이것은 UF보다 더 높은 품질의 투과를 제공합니다.
• 역삼 투 (RO) : 효과적으로 <0.001 µm '기공'크기 (솔루션 확산을 통해 작동), RO 막은 물 정제의 궁극적 장벽입니다. 그들은 중요합니다 담수화 해수와 뇌한 물의 물, 식수를 생산합니다. RO는 또한 제조에 필수적입니다 초음파수 거의 모든 용해 된 염과 불순물을 제거하여 전자 제품, 제약 및 발전과 같은 산업에 필요합니다.

공기 여과 : HVAC 시스템, 청정실

"기공 크기"라는 용어는 일반적으로 액체 여과와 관련이 있지만, 원리는 공기 (가스) 여과에 동일하게 적용되며, 여기서 막은 공기 중 미립자를 필터링합니다.

• 미세 여과 (MF) (및 HEPA/ULPA 미디어) : 개별 기공 크기가 아닌 입자 제거 효율로 분류되는 특수 막 유사 매체가 사용됩니다. 예를 들어, HEPA (고효율 미립자 공기) 필터는 일반적으로 입자의 99.97%를 캡처합니다 $0.3\mu m$ 크기와 ULPA (초저 미립자 공기) 필터는 훨씬 더 미세합니다. 이들은 다음과 같습니다.
  • HVAC 시스템 : 먼지, 꽃가루, 곰팡이 포자 및 일부 알레르겐을 제거하여 실내 공기질 향상.
  • 클리닝 룸 : 반도체 제조, 제약 생산 및 섬세한 연구에 필수적인 고도로 제어 된 환경 (예 : ISO 클래스 1 ~ 9)을 생성하고 유지 관리합니다.

의약품 : 멸균, 약물 개발

제약 산업의 엄격한 순도 요구 사항은 막 필터를 필수 불가결하게 만듭니다.

• 미세 여과 (MF) : 포장하기 전에 액체의 멸균 여과 (예 : 배양 배지, 완충제, 안과 용액)는 일반적인 응용 분야입니다. 0.1 또는 0.2 µm MF 막은 열에 민감한 활성 성분을 피하면서 박테리아와 곰팡이의 제거를 보장합니다.
• UltrafilTration (UF) : UF 막 (일반적으로 0.01 ~ 0.1 µm 또는 특정 MWCO)는 다음에 필수적입니다.
  • 단백질 농도 및 정제 : 치료 단백질, 효소 및 백신 농축.
  • 설계 : 단백질 정제 중에 염을 제거하거나 완충액을 교환합니다.
  • 불화증 제거 : 주사를 위해 물에서 내 독소 (피로겐)를 제거합니다 (WFI).
• 나노 여과 (NF) 및 역삼 투 (RO) : UF/RO 시스템에 대한 급수 사전 처리 및 생성에 사용 제약 급수 (예를 들어, 정제 된 물, 주사를위한 물) 용해 된 염 및 유기 화합물을 포함하여 매우 낮은 수준의 불순물이 필요합니다.

음식과 음료 : 설명, 멸균

멤브레인 필터는 광범위한 음식 및 음료 제품의 품질, 저장 및 안전성을 향상시킵니다.

• 미세 여과 (MF) :
  • 음료 설명 : 와인, 맥주 (효모, 박테리아 및 안개 입자 제거) 및 과일 주스의 정화.
  • 유제품 가공 : 우유의 차가운 저온 살균 (열이없는 박테리아 부하 감소), 우유 성분의 분별.
• UltrafilTration (UF) :
  • 단백질 농도 : 우유 단백질 농축 (예 : 치즈 생산을위한), 유청 단백질 농도.
  • 주스 설명 : 풍미를 보존하는 동안 주스에서 현탁 된 고형물과 거대 분자를 제거합니다.
• 나노 여과 (NF) :
  • 설탕 정제 : 설탕 용액의 탈염 및 정제.
  • 주스 농도 : 동시 탈신이있는 주스의 부분 농도.
• 역삼 투 (RO) :
  • 집중: 커피, 과일 주스 또는 유제품과 같은 열에 민감한 액체의 농도는 증발에 비해 에너지 절약을 제공합니다.
  • 처리를위한 물 : 제품 제형 및 청소를위한 고순수를 제공합니다.

산업 응용 분야 : 화학 가공, 석유 및 가스

소모품 외에도 멤브레인 필터는 중공업에서 중요한 분리 및 정제 요구를 해결합니다.

• 미세 여과 (MF) 및 Ultrafiltration (UF) :
  • 폐수 처리 : 산업 폐수로부터 현탁 된 고체의 일반적인 설명 및 제거.
  • 에멀젼 파괴 : 석유 및 가스 산업에서 금속 가공 유체 또는 물에서 물에서 오일을 분리합니다.
  • 촉매 회수 : 반응 혼합물로부터 귀중한 촉매를 유지한다.
  • 전처리 : 다른 다운 스트림 장비 및 더 미세한 막을 보호합니다.
• 나노 여과 (NF) 및 역삼 투 (RO) :
  • 과정 정수 : 보일러, 냉각 타워 및 제조 공정에 고순수를 제공합니다.
  • 제품 복구 : 폐기물 스트림에서 귀중한 화학 물질 회수.
  • 소금물 농도 : 다양한 화학 공정에서 소금 용액 농축.
  • 화학적 분리 : 화학 합성 또는 정제 단계에서 특정 성분을 분리합니다.

멤브레인 필터의 기공 크기를 결정하는 방법

기공 크기는 멤브레인 필터의 기본 특성이지만 항상 간단하고 직접적인 측정은 아닙니다. 대신, 그것은 종종 표준화 된 테스트를 통해 유추되거나 품질 관리 프로세스를 기반으로 제조업체가 제공합니다. 정확한 기공 크기 측정은 의도 된 적용에 대해 막이 예상대로 수행되도록하는 데 중요합니다.

제조업체가 제공하는 사양

멤브레인 필터의 기공 크기를 아는 가장 일반적인 방법은 제조업체가 제공하는 기술 사양 및 데이터 시트 . 평판이 좋은 제조업체는 제품의 품질 관리 및 특성화에 많은 투자를합니다. 이 사양은 일반적으로 다음을 나열합니다.

• 공칭 기공 크기 : 이것은 일반적인 분류이며 평균 기공 크기를 나타냅니다. 이는 멤브레인이 명시된 크기 이상의 일정 비율의 입자를 유지하도록 설계되었음을 의미합니다. 예를 들어, 0.2 µm 공칭 필터는 그 크기에서 입자의 99.9%를 유지할 수 있습니다. 평균이며 모든 기공이 정확히 그 크기임을 암시하지는 않습니다.
• 절대 기공 크기 : 이는보다 정확한 사양이며, 이는 명시된 크기보다 큰 모든 입자가 유지되었음을 나타냅니다 (종종 특정 테스트 조건에서 100% 보유). 이는 미생물을 완전히 제거 해야하는 멸균 여과와 같은 응용에 중요합니다.
• 분자량 컷오프 (MWCO) : 한외 여과 및 나노 여과 막의 경우, 제조업체는 종종 Daltons에서 MWCO를 지정하며, 이는 특정 구형 단백질 (또는 덱스 트란)의 90%가 막에 의해 유지되는 분자량을 설명합니다. 이것은 분자 분리를위한 기공 크기의 기능적 측정입니다.
• 특정 유기체에 대한 유지 등급 : 특히 제약 또는 수처리 응용의 경우, 제조업체는 막의 특정 박테리아를 유지하는 능력을 지정할 수 있습니다 (예 : Brevundimonas Diminuta 0.22 µm 멸균 필터) 또는 바이러스의 경우. 이것은 실용적이고 응용 프로그램 지향 성능 측정을 제공합니다.

다른 제조업체는 "공칭"대 "절대"에 대해 약간 다른 테스트 방법론이나 정의를 사용할 수 있으므로 브랜드의 사양을 비교하려면 신중한 고려가 필요합니다.

테스트 방법 : 버블 포인트 테스트, 현미경 분석

제조업체의 주장 이외에도, 멤브레인 필터의 효과적인 기공 크기와 무결성을 특성화하거나 검증하는 방법이 있습니다.

1. 버블 포인트 테스트

그만큼 버블 포인트 테스트 막 필터에서 가장 큰 기공 크기를 결정하고 막 무결성을 검증하기 위해 널리 사용되는 비파괴적인 방법입니다. 표면 장력에 의해 기공으로 보유 된 액체가 가스 압력에 의해 강제 될 수 있다는 원리에 근거합니다.

• 원칙: 막은 먼저 액체 (예 : 물 또는 알코올)로 습윤되어 모든 기공을 채 웁니다. 그런 다음 가스 압력 (보통 공기 또는 질소)은 습식 막의 한쪽에 적용되는 반면, 다른 쪽은 대기에 개방되거나 (또는 ​​액체에 잠긴). 가스 압력이 점차 증가함에 따라 결국 가장 큰 기공에서 액체를 고정하는 표면 장력을 극복 할 것입니다. 이 "버블 포인트"에서, 막의 젖은 쪽에서 나오는 기포의 연속적인 흐름이 관찰 될 것이다.
• 계산: 이것이 발생하는 압력은 Young-Laplace 방정식에 의해 가장 큰 기공 크기와 직접 관련이 있습니다.
• p = ( 4γ코사인θ )/d :
  • P 버블 포인트 압력입니다
  • γ 습윤 액체의 표면 장력입니다
  • θ 기공 벽과 액체의 접촉각 (종종 0 ∘ 완전한 습윤을 위해 cos θ = 1 )
  • D 가장 큰 기공의 직경입니다.

버블 포인트 테스트는 품질 관리, 제조 결함 검출 또는 멤브레인이 손상되었거나 손상되었는지 확인 (예 : 화학 공격 또는 과도한 압력)에 탁월합니다. 예상보다 낮은 버블 포인트는 더 큰 모공이 존재 함을 나타내며, 이는 무결성의 상실을 의미합니다.

2. 현미경 분석 (예 : 전자 현미경)

기공 구조에 대한보다 직접적인 시각적 평가를 위해, 특히 고급 현미경 기술을 사용할 수 있습니다.

• 주사 전자 현미경 (SEM) : SEM은 막 표면 및 단면의 고해상도 이미지를 제공하여 기공의 직접적인 시각화를 허용합니다. 버블 포인트 테스트와 같은 기능적 기공 크기를 제공하지는 않지만 기공 형태, 분포 및 전체 막 구조를 나타낼 수 있습니다. 그런 다음 현대 이미지 분석 소프트웨어를 사용하여 가시적 구멍의 크기를 측정하고 기공 크기 분포를 생성 할 수 있습니다.
• 투과 전자 현미경 (TEM) : TEM은 더 높은 배율 및 해상도를 제공하여 UF, NF 및 RO 막의 매우 미세한 모공, 특히 내부 구조를 특성화하는 데 유용합니다.

연구 개발에는 귀중하지만 현미경 분석은 일반적으로 실험실 방법이며 복잡성과 비용으로 인한 기공 크기 검증에 대한 일상적인 임시 및 현장 테스트가 아닙니다.

정확한 기공 크기 결정의 중요성

기공 크기의 정확한 결정은 몇 가지 이유로 가장 중요합니다.

• 성능 보증 : 막이 원하는 분리 효율 (예 : 멸균, 선명도, 용질 거부)을 달성 할 수 있도록합니다.
• 프로세스 최적화 : 특정 응용 분야에 대한 올바른 막을 선택하는 데 도움이됩니다. 과도한 여과 (너무 작은 기공, 높은 비용, 낮은 플럭스) 또는 여과 (너무 큰 모공, 불충분 한 순도)를 방지합니다.
• 품질 관리 : 제조업체 및 최종 사용자에게 중요한 품질 관리 조치로 사용되며 배치 일관성 및 제품 무결성을 확인합니다.
• 문제 해결 : 유효 기공 크기를 바꿀 수있는 파울 링, 손상 또는 제조 결함과 같은 문제를 진단하는 데 도움이됩니다.

본질적으로, 막 필터의 기공 크기를 이해하고 검증하는 것은 단순한 학문적 운동이 아닙니다. 효과적인 여과 시스템을 설계, 작동 및 유지하는 데 중요한 단계입니다.

기공 크기와 관련된 일반적인 문제

막 필터는 엄청나게 효과적인 분리 도구이지만 복잡한 기공 구조는 또한 여러 작동 문제에 취약합니다. 파울 링, 막힘 및 무결성 테스트의 필요성과 같은 이러한 과제 중 대부분은 본질적으로 막의 기공 크기와 유체와의 상호 작용과 관련이 있습니다.

파울 링 : 기공 크기가 멤브레인 오염에 미치는 영향

파울 막 여과에서 가장 광범위하고 중요한 도전 일 것입니다. 막 기공에 또는 내부에 원치 않는 물질의 축적을 말해서, 유속 (유량)의 감소 및/또는 플럭스를 유지하는 데 필요한 막 횡단 압력 (TMP)의 증가를 의미합니다. 이 축적은 본질적으로 유효 기공 크기를 줄이고 흐름에 대한 저항을 증가시킵니다.

기공 크기가 파울 링에 미치는 영향 :

• 더 작은 기공 크기, 더 높은 파울 링 경향 : 작은 모공 (UF, NF, RO)을 갖는 막은 더 작은 콜로이드, 거대 분자 및 막 표면에 침착하거나 기공 내로 흡착 할 수있는 용해 된 유기물을 포함한 더 넓은 범위의 물질을 거부하기 때문에 일반적으로 오염에 더 취약하다. 더 엄격한 구조는 상호 작용을위한 더 많은 사이트를 제공하고 파울 런트가 통과 할 공간이 적습니다.
• 기공 플러그 : 막의 모공보다 큰 입자 또는 분자는 표면에 축적되어 "케이크 층"을 형성합니다. 이 층은 2 차 필터 역할을하여 저항을 추가하고 플럭스를 줄입니다.
• 기공 차단/흡착 : 작은 오염 물질, 특히 용해 된 유기 분자는 기공의 내부 표면에 흡착되거나 기공 입구를 차단하여 기공 직경을 효과적으로 감소시킬 수 있습니다. 이것은 종종 표면 오염보다 청소하기가 더 어렵습니다.
• 바이오로운 : 미생물 (박테리아, 곰팡이, 조류)은 막 표면에 부착하여 증식하여 끈적 끈적한 바이오 필름을 형성 할 수 있습니다. 이 바이오 필름은 모공을 빠르게 덮고, 플럭스를 크게 방해 할 수 있으며, 효과적으로 관리하지 않으면 돌이킬 수없는 손상을 초래할 수 있습니다. 기공 크기는 생물학적 부착을 방지하지는 않지만 더 밀도가 높은 막은 침투를 제한 할 수 있습니다.

파울 링은 여과 효율을 감소시키고, 압력 요구량으로 인해 에너지 소비를 증가시키고, 막 수명을 단축 시키며, 빈번한 청소 또는 교체가 필요하며, 이는 모두 운영 비용을 추가해야합니다.

막힘 : 문제 및 예방 전략

막힘 막 구멍이 더 큰 입자 또는 응집체에 의해 완전히 막히는 심각한 형태의 파울 링입니다. 파울 링은 점진적으로 감소 할 수 있지만 막힘은 갑자기 갑자기있을 수 있습니다.

막힘과 관련된 문제 :

• 돌이킬 수없는 손상 : 심한 막힘은 막을 청소할 수 없게 만들어 조기 교체로 이어질 수 있습니다.
• 고르지 않은 유량 분포 : 부분적으로 막힌 막은 막 표면을 가로 질러 불균일 한 흐름을 유발하여 잠재적으로 더 높은 압력과 응력의 국소 영역을 생성 할 수 있습니다.
• 시스템 종료 : 빈번한 막힘은 청소 또는 멤브레인 교체를위한 시스템 다운 타임이 필요하며 생산성에 영향을 미칩니다.

막힘을위한 예방 전략 :

• 효과적인 전처리 : 이것은 가장 중요한 전략입니다. UF, NF 또는 RO 시스템 이전의 사전 필터로서 거친 필터 (예 : 카트리지 필터, 세분화 된 미디어 필터) 또는 MF 멤브레인을 사용하면 더 큰 부유 고형물을 제거하고 더 미세한 막의 하중을 줄일 수 있습니다.
• 적절한 기공 크기 선택 : 사료 수질 및 적용된 전처 수준에 적합한 기공 크기를 선택합니다. 오버 필터링 (주어진 피드에 너무 작은 기공 크기를 사용하여)은 막히게됩니다.
• 최적화 된 흐름 역학 : 접선 흐름 여과 (TFF)에서 적절한 교차 흐름 속도로 작동하면 멤브레인 표면에서 오염 물질을 쓸어내어 케이크 층 형성을 최소화합니다.
• 정기적 인 청소 체제 : 화학적 세정 (클리닝 플레이어 또는 CIP) 및/또는 물리적 세정 (예 : MF/UF 용 백 플러싱)을위한 일정을 구현하여 비가 역적으로 막히기 전에 누적 된 오염 물질을 제거합니다.

무결성 테스트 : 일관된 기공 크기 및 성능 보장

막 성능에서 기공 크기의 중요한 역할, 특히 절대 입자 또는 미생물 보유가 필요한 응용 (예 : 멸균 여과), 무결성 테스트 가장 중요합니다. 무결성 테스트는 멤브레인의 기공 구조가 그대로 유지되고 의도 된 모공보다 효과적으로 더 큰 구멍을 생성하는 결함, 균열 또는 우회 채널이 남아 있는지 확인합니다.

• 중요한 이유 : 단일 제조 결함 또는 운영 손상 (예 : 과도한 압력, 화학 공격 또는 취급)조차도 "핀홀"또는 찢어질 수 있습니다. 이러한 결함은 설계된 기공 크기 제외를 우회하여 오염 물질이 통과하여 전체 여과 과정을 손상시킵니다.
• 일반적인 방법 :
  • 버블 포인트 테스트 : 논의 된 바와 같이, 이것은 주요 방법입니다. 버블 포인트 압력의 감소는 큰 결함을 나타냅니다.
  • 확산 테스트 : 기포 지점 아래의 압력에서 습식 기공을 통한 가스 흐름을 측정합니다. 과도한 흐름은 결함을 나타냅니다.
  • 압력 유지 테스트 : 밀봉 된 가스 압축 습식 필터에서 시간이 지남에 따라 압력 부패를 측정합니다. 빠른 압력 강하는 누출을 시사합니다.
  • 전진 흐름 테스트 : 확산 테스트와 유사하지만 큰 결함을 통한 확산 및 벌크 흐름을 모두 포함하는 총 가스 흐름을 측정합니다.

무결성 테스트는 임계 여과 과정 (특히 제약 및 멸균 응용 분야)과 청소주기 전후에 일상적으로 수행됩니다. 멤브레인의 효과적인 기공 크기 성능은 운영 수명 내내 유지된다는 확신을 제공합니다.

요약하면, 오염 및 막힘과 같은 막 기공 크기와 관련된 문제를 관리하려면 신중한 전처리, 최적화 된 작동 및 강력한 청소와 관련된 사전 전략이 필요합니다. 또한 정기적 인 무결성 테스트는 막의 중요한 크기 배제 기능이 끊임없는 상태로 유지된다는 확신을 제공합니다.

오른쪽 멤브레인 필터 선택

기공 크기가 무엇을 의미하는지 이해하는 것에서 다양한 응용 프로그램을 잡는 것까지의 여정은 오른쪽 특정 요구에 대한 멤브레인 필터. 이 결정은 거의 간단하지 않으며 최적의 성능, 효율성 및 경제적 생존력을 보장하기 위해 몇 가지 주요 요소를 체계적으로 평가하는 것이 포함됩니다.

특정 여과 요구를 평가합니다

첫 번째이자 가장 중요한 단계는 여과 과정의 목표를 명확하게 정의하는 것입니다. 스스로에게 물어보세요 :

• 원하는 결과는 무엇입니까? 당신은 다음을 시도하고 있습니까?
  • 액체를 명확히하십시오 (탁도 제거)?
  • 용액을 살균하십시오 (박테리아/바이러스 제거)?
  • 귀중한 제품 (예 : 단백질)을 집중시겠습니까?
  • 용해 된 염이나 특정 이온을 제거 하시겠습니까?
  • 초소 수준으로 물을 정화합니까?
• 필요한 순도 수준은 무엇입니까? 잔류 오염 물질의 최대 허용 농도 또는 크기는 얼마입니까? 이것은 필요한 기공 크기를 직접 안내합니다. 예를 들어, 0.45 µm 필터는 일반적인 설명에 충분할 수 있지만 멸균 여과에는 0.22 µm 이상의 필터가 필요합니다.
• 피드 스트림의 특성은 무엇입니까? 액체입니까 아니면 가스입니까? 일반적인 미립자 부하 또는 용해 된 고체 함량은 무엇입니까? 점성이 높거나 비교적 얇습니까?
• 필요한 처리량 (유량)은 무엇입니까? 단위당 얼마나 많은 액체 또는 가스를 가공해야합니까? 이것은 막 유형뿐만 아니라 필요한 총 막 표면적에도 영향을 미칩니다.
• 규제 요구 사항은 무엇입니까? 의약품, 식품 및 음료 또는 식수에 응용하려면 필터 성능을 지시하는 특정 규제 표준 (예 : FDA, USP, WHO)이있을 수 있습니다.

이러한 요구에 대한 명확한 이해는 잠재적 인 막 유형 (MF, UF, NF, RO) 및 해당 기공 크기 범위를 좁힐 것입니다.

유체의 특성을 여과하는 것을 고려합니다

오염 물질 외에도, 유체 자체의 특성은 특히 막 재료 호환성과 관련하여 막 선택에서 중요한 역할을한다.

• 화학 성분 :
  • PH : 유체의 pH는 막 재료와 호환되어야합니다. 일부 재료는 고 산성 또는 알칼리성 조건에서 빠르게 저하됩니다.
  • 용매의 존재 : 유기 용매는 특정 중합체 막을 팽창 시키거나 용해 시키거나 심하게 손상시킬 수 있습니다. 세라믹 막 또는 특정 용매 내성 중합체 (예를 들어, PVDF)가 필요할 수있다.
  • 산화제 : 강한 산화제 (염소와 같은)는 많은 막 재료, 특히 폴리아이드 RO/NF 막을 손상시킬 수 있습니다. 염소 내성 막 또는 염소 제거를위한 전처리가 필요할 수 있습니다.
• 온도: 작동 온도 범위는 멤브레인 재료의 공차 한계 내에 있어야합니다. 고온은 막 저하 또는 기공 구조의 변화를 일으킬 수 있습니다. 반대로, 매우 낮은 온도는 유체 점도를 증가시켜 플럭스를 감소시킬 수 있습니다.
• 점도: 고독한 유체는 기공 크기에 관계없이 원하는 유속을 달성하기 위해 더 높은 작동 압력 또는 더 큰 막 표면적이 필요합니다.
• 파울 가능성 : 유체가 막을 오염시키는 잠재력을 평가하십시오. 현탁 된 고형물, 콜로이드, 용해 된 유기물 또는 미생물이 높은 유체는보다 강력한 전처리, 특정 막 재료 또는 효과적인 세정 전략이 필요합니다. 접착력에 저항하는 표면 특성을 갖는 막 (예를 들어, 수성 용액의 친수성 표면)이 유리할 수 있습니다.

다른 막 유형의 비용 효율성을 평가합니다

막 여과 시스템과 관련된 자본 및 운영 비용은 선택한 기술과 규모에 따라 크게 다릅니다.

• 자본 지출 (capex) :
  • 막 비용 : 더 미세한 기공 막 (Ro> nf> uf> mf)은 복잡한 제조로 인해 단위 면적당 더 비싸다.
  • 시스템 구성 요소 : 더 높은 압력 작동 (RO, NF)에는 더 많은 강력한 펌프, 압력 용기 및 배관이 필요하므로 초기 설정 비용이 증가합니다.
• 운영 지출 (OPEX) :
  • 에너지 소비 : 펌핑 비용은 운영 압력 및 유량에 직접 비례합니다. 최고 압력이 필요한 RO 시스템은 에너지 소비가 가장 높습니다.
  • 막 교체 : 수명은 적용, 사료 품질 및 청소 요법에 따라 다릅니다. 미세한 멤브레인을 교체하는 것은 상당한 반복 비용 일 수 있습니다.
  • 청소 화학 물질 및 절차 : 파울 링과 싸우는 데 필요한 청소의 빈도와 공격성은 운영 비용에 기여합니다.
  • 전처리 비용 : 막을 보호하는 데 필요한 전처리 수준은 또한 전체 운영 예산에 추가됩니다.

수행하는 것이 중요합니다 총 소유 비용 (TCO) 초기 투자 및 장기 운영 비용을 모두 고려하는 분석. 때로는 더 나은 오염 저항 또는 더 긴 수명으로 약간 더 비싼 막에 투자하면 시스템 수명 동안 에너지, 청소 및 교체 비용이 크게 절약 될 수 있습니다. 반대로, NF가 충분할 때 RO 시스템을 선택하면 자본과 에너지의 불필요한 지출 일 수 있습니다.

이러한 짜여진 요인 (Your Your Your Your Filtration 목표, 유체의 특성 및 경제적 영향)을 신중하게 고려함으로써 특정 응용 프로그램에 대한 최적의 기공 크기 및 특성으로 멤브레인 필터를 선택하기로 결정할 수 있습니다. 이 전체적인 접근 방식은 효과적인 여과뿐만 아니라 지속 가능하고 비용 효율적인 운영을 보장합니다.

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