중공섬유막

Hollow fiber membrane

중공섬유막(HFM)은 중공섬유 형태의 반투과성 장벽을 포함하는 인공막의 일종이다.역삼투성 응용을 위해 1960년대에 처음 개발된 중공섬유막은 이후 수처리, 담수화, 세포배양, 의학, 조직공학에서 널리 보급되었다.[1]대부분의 상업용 중공 섬유막은 다양한 액체 및 기체 분리에 사용될 수 있는 카트리지에 포장되어 있다.null

비흡수 위상 분리에 의해 제조된 폴리설폰 중공 섬유 막의 SEM 단면.
스피너릿의 환부를 통한 초기 중공섬유 막 폴리머 용액 압출.
작동 중인 건조제트 습식 회전 중공 섬유 제조 시스템의 예.
중공 섬유 막 카트리지의 예.

제조업

HFM은 일반적으로 인공 중합체를 사용하여 생산된다.관련된 구체적인 생산 방법은 분자량뿐만 아니라 사용되는 폴리머의 종류에 크게 의존한다.일반적으로 "회전"이라고 불리는 HFM 생산은 다음과 같은 네 가지 일반적인 유형으로 나눌 수 있다.

  • 멜트 스피닝(Melt Spining) - 열가소성 플라스틱 중합체가 녹아서 스핀네렛을 통해 공기 중으로 압출되어 그 후에 냉각된다.[2]
  • 드라이 스피닝: 폴리머가 적절한 용매에 용해되어 스피네렛을 통해 공기 중으로 돌출되는 경우.[3]
  • 건조-제트 습식 회전(Dry-Jet Wet Spining): 중합체가 적절한 용매에 용해되어 공기 중으로 분출되고 후속 응고제(보통 물)가 나온다.[3]
  • 습식 회전, 중합체가 용해되어 응고제(보통 물)로 직접 압출되는 경우.[3]

이 방법들 각각에 공통적인 것은 용제가 돌출되는 바늘과 폴리머 용액이 돌출되는 고리를 포함하는 장치인 스피너릿의 사용이다.폴리머가 스피너릿의 고리뼈를 통해 돌출되면서 속이 빈 원통형 모양을 유지하고 있다.폴리머가 스피너릿을 빠져나오면서, 그것은 위상 역전으로 알려진 과정을 통해 막으로 굳는다.평균 공극 직경 및 막 두께와 같은 막의 특성은 스피넷의 치수, "도프"(폴리머)와 "보어"(솔루션) 용액의 온도 및 구성, 공극 길이(건식 습식 회전용), 응고제의 온도 및 구성, 그리고 속도 등을 변경하여 미세 조정할 수 있다.ich 생산 섬유는 전동 스풀에 의해 수집된다.스핀네렛을 통한 폴리머와 용매의 압출은 기체 추출 또는 계량 펌프를 사용하여 수행할 수 있다.HFM을 조작하는 데 가장 많이 사용되는 폴리머로는 셀룰로오스 아세테이트, 폴리설폰, 폴리에테르술폰, 폴리비닐리덴 플루오르화 등이 있다.[4]null

특성화

HFM의 특성은 다른 유형의 막에 일반적으로 사용되는 것과 동일한 기법을 사용하여 특성화할 수 있다.HFM의 주요 관심 특성은 평균 공극 직경과 공극 분포로, 공극 크기 측정에 사용되는 여러 실험실 기기의 특징인 Porosimetry로 알려진 기법을 통해 측정할 수 있다.[5]공극 직경은 또한 막의 모공을 통한 2-프로판올의 증발이 켈빈 방정식을 통한 공극 크기와 관련이 있는 것으로 알려진 기법으로 측정될 수 있다.[6][7]HFM에서 모공 직경에 따라 전자 현미경 스캔이나 전송 전자 현미경 검사를 사용하여 모공 크기에 대한 질적 관점을 산출할 수 있다.null

적용들

수분처리를[8] 위한 멤브레인 바이오액터 공정에 사용되는 강화된 밀폐 중공섬유 막 카세트

중공 섬유막은 산업 분리, 특히 식수의 여과 등에 보편적으로 사용된다.[9]null

중공섬유는 비교적 낮은 (<100 mL) 생물반응자 용적 내에 수십억 개의 앵커리지 의존적 세포를 배양하는 일부 중공섬유의 능력으로 전문화된 생물반응자 시스템에 일반적으로 사용된다.[10]null

중공섬유는 암 연구에서 약효능 테스트에 사용될 수 있는데, 이는 전통적인, 그러나 더 비싼 이종교배 모델에 대한 대안이다.[11]null

3T3 피브로블라스트로 배양되고 DAPI로 얼룩진 폴리설폰 중공섬유 막의 세로 단면이다.

참고 항목

참조

  1. ^ Encyclopedia of Life Support Systems (Eolss): v.1 : Desalination and Water Resources (Desware): Membrane Processes. Oxford: EOLSS Publishers Co Ltd. 2010. ISBN 978-1-84826-877-7.
  2. ^ Imsail, Ahmad; Khulbe, Kailash; Matsuura, Takeshi (April 28, 2015). Gas Separation Membranes: Polymeric and Inorganic. Springer. ISBN 9783319010953.
  3. ^ a b c Wang, Lawrence; Chen, Jiaping; Hung, Yung-Tse; Shammas, Nazih (December 1, 2010). Membrane and Desalination Technologies. Springer Science & Business Media. ISBN 9781597452786.
  4. ^ Feng, C.Y.; Khulbe, K.C.; Matsuura, T.; Ismail, A.F. (June 2013). "Recent progresses in polymeric hollow fiber membrane preparation, characterization and applications". Separation and Purification Technology. 111: 43–71. doi:10.1016/j.seppur.2013.03.017.
  5. ^ A.B. 아벨, K.L. 윌리스, D.A. 랜지, "시멘트 기반 재료의 Mercury Intrusion Porosimetry and Image Analysis of Sement-Based Materials", 211, 페이지 39-44 (1999).
  6. ^ Krantz, William B.; Greenberg, Alan R.; Kujundzic, Elmira; Yeo, Adrian; Hosseini, Seyed S. (July 2013). "Evapoporometry: A novel technique for determining the pore-size distribution of membranes". Journal of Membrane Science. 438: 153–166. doi:10.1016/j.memsci.2013.03.045.
  7. ^ Merriman, Lauren; Moix, Alex; Beitle, Robert; Hestekin, Jamie (October 2014). "Carbon dioxide gas delivery to thin-film aqueous systems via hollow fiber membranes". Chemical Engineering Journal. 253: 165–173. doi:10.1016/j.cej.2014.04.075.
  8. ^ MBR-The reliable solution for difficult to treat Wastewaters (PDF). OWEA NE Industrial Waste Seminar. February 20, 2014.
  9. ^ Nakatsuka, Shuji; Nakate, Ichiro; Miyano, Tadaaki (August 1, 1996). "Drinking water treatment by using ultrafiltration hollow fiber membranes". Desalination. 106 (1): 55–61. doi:10.1016/S0011-9164(96)00092-6. ISSN 0011-9164.
  10. ^ Sheu, Jonathan; Beltzer, Jim; Fury, Brian; Wilczek, Katarzyna; Tobin, Steve; Falconer, Danny; Nolta, Jan; Bauer, Gerhard (January 1, 2015). "Large-scale production of lentiviral vector in a closed system hollow fiber bioreactor". Molecular Therapy: Methods & Clinical Development. 2: 15020–. doi:10.1038/mtm.2015.20. ISSN 2329-0501. PMC 4470365. PMID 26151065.
  11. ^ Decker, S.; Hollingshead, M.; Bonomi, C.A.; Carter, J.P.; Sausville, E.A. (April 2004). "The hollow fibre model in cancer drug screening". European Journal of Cancer. 40 (6): 821–826. doi:10.1016/j.ejca.2003.11.029. ISSN 0959-8049.