Полые волоконные мембраны — это волокнистые самоподдерживающиеся мембраны, напоминающие волокна. Они представляют собой тип асимметричных мембран, где плотный слой может располагаться на внешней поверхности волокна (например, мембраны обратного осмоса) или на внутренней поверхности (например, мембраны микрофильтрации и ультрафильтрации). Стенки полых волоконных мембран покрыты микропорами, размер которых выражается в молекулярной массе веществ, которые они могут удерживать, и варьируется от нескольких тысяч до сотен тысяч. Модули из полых волоконных мембран были впервые разработаны компанией Dow Chemical Company с использованием ацетата целлюлозы (CA) в качестве сырья. Благодаря хорошей кислото- и щелочестойкости, устойчивости к микробной коррозии, стойкости к окислению и хорошей механической прочности таких материалов, как полиакрилонитрил (PAN), полипропилен (PP), политетрафторэтилен (PTFE), поливинилиденфторид (PVDF), полисульфон (PS) и полиэфирсульфон (PES), они в настоящее время широко используются в производстве полых волоконных мембран. Мембраны, используемые в модулях с полыми волоконными мембранами, имеют диаметр 0,2-2,5 мм и отношение внутреннего диаметра к внешнему 2-4, что значительно тоньше, чем у капиллярных мембран (диаметр мембранной трубки около 3-6 мм) и трубчатых мембран (диаметр мембранной трубки 6-25 мм).
Разделение с помощью половолоконных мембран осуществляется методом динамической «поперечно-поточной фильтрации»: под давлением раствор течет с определенной скоростью по поверхности мембранного слоя внутри мембранной трубки. Мелкие вещества, такие как вода, мелкие органические молекулы и неорганические ионы в растворе, могут переноситься на другую сторону мембраны через микропоры на стенке половолокна, в то время как крупные вещества, такие как бактерии, взвешенные твердые частицы, коллоиды, твердые частицы и крупные органические молекулы в растворе, не могут пройти через стенку половолокна и задерживаются, тем самым достигая цели разделения и очистки компонентов в растворе.
Мембраны из полых волокон в основном используются для очистки минеральной воды, бытовой и промышленной воды, фармацевтической очистки, концентрирования фруктовых соков, водоподготовки и рециркуляции, а также в других областях фармацевтической, химической, строительной, текстильной, бумажной и нефтехимической промышленности. В фармацевтической и биотехнологической промышленности они преимущественно применяются в:
1. Фильтрация и осветление ферментационной среды, содержащей антибиотики, витамины, органические кислоты, аминокислоты, ферменты и т. д. (для удаления бактерий и белков).
2. Фильтрация и удаление клеточных обломков в процессе приготовления белков и полисахаридов;
3. Осветление и стерилизующая фильтрация препаратов традиционной китайской медицины и жидких лекарственных форм для приема внутрь;
4. Очистка и концентрирование биологических продуктов (полипептидов, костных пептидов, тимозина, бычьего сывороточного альбумина, трансфер-фактора);
5. Процессы разделения, включая биологическое обессоливание и концентрирование растворов, осветление и стерилизацию, удаление белков и сбор клеток.