کاربرد سیستم اولترافیلتراسیون (UF) در پوشش‌های الکتروفورتیک صنعتی
پوشش الکتروفورتیک روشی برای پوشش‌دهی است که در آن قطعه کار و الکترود مربوطه در پوشش محلول در آب قرار می‌گیرند و به منبع تغذیه متصل می‌شوند و رزین، رنگدانه و پرکننده موجود در پوشش به طور یکنواخت رسوب داده شده و به عنوان الکترود روی سطح پوشش رسوب می‌کنند تا با تکیه بر عمل فیزیکی و شیمیایی ایجاد شده توسط میدان الکتریکی، یک فیلم پوشش نامحلول در آب تشکیل دهند. اولترافیلتراسیون و اولترافیلتر نقش مهمی در فرآیند پوشش‌دهی الکتروفورتیک دارند. استفاده و ارتقای بهتر فناوری ED-RO می‌تواند میزان استفاده از پوشش الکتروفورتیک و منابع آب را بیشتر بهبود بخشد و تخلیه فاضلاب الکتروفورتیک را تا حد زیادی کاهش دهد. استفاده و نگهداری صحیح و مؤثر از تجهیزات اولترافیلتراسیون، میزان استفاده از سیستم اولترافیلتراسیون را بهبود می‌بخشد. هدف از تمیز کردن اولترافیلتراسیون (UF) پس از الکتروفورز، حذف رنگ شناور متصل به سطح پوشش الکتروفورتیک، بهبود کیفیت ظاهری پوشش و بازیابی پوشش الکتروفورتیک است.
شرح مختصری از سیستم اولترافیلتراسیون
اولترافیلتراسیون (UF) یک فناوری جداسازی غشایی است. این یک فرآیند جداسازی محلول بر اساس اصل غربالگری مکانیکی است که توسط اختلاف فشار بین دو طرف غشای UF هدایت می‌شود. فشار استفاده معمولاً (0.1 ~ 0.6) مگاپاسکال، قطر منافذ جداسازی 1 نانومتر ~ 0.1 میکرومتر و وزن مولکولی احتباس حدود 500 ~ 1000000 است. در فرآیند رنگ الکتروفورتیک UF، هنگامی که رنگ الکتروفورتیک با غشای UF تماس پیدا می‌کند، محلول و نمک‌های معدنی می‌توانند از غشای UF عبور کنند، در حالی که مولکول‌های مشابه اندازه رزین و رنگدانه نمی‌توانند از غشای UF عبور کنند و در محلول رنگ باقی می‌مانند و به مخزن الکتروفورز منتقل می‌شوند.
کاربرد اولترافیلتر در پوشش‌دهی الکتروفورتیکاولترافیلتر تجهیزات کلیدی در خط پوشش‌دهی الکتروفورز است. هدف اصلی اولترافیلتر، دریافت آب دیونیزه و حلال رنگ از مخزن الکتروفورز از طریق دستگاه UF، تأمین آب شستشوی قطعات الکتروفورز و تمیز کردن رنگ الکتروفورز اضافی چسبیده به قطعه کار الکتروفورز و بازگرداندن آن به مخزن الکتروفورز است. به این ترتیب، رنگ الکتروفورز از سطح قطعه کار قابل بازیافت است و گردش مدار بسته محقق می‌شود و 30٪ از هزینه خرید رنگ الکتروفورز برای شرکت‌ها صرفه‌جویی می‌شود. ثانیاً، بخشی از مایع UF را می‌توان برای از بین بردن یون‌های ناخالصی وارد شده به مخزن الکتروفورز در طول فرآیند رنگ‌آمیزی تخلیه کرد، به طوری که محتوای ناخالصی مایع کاری مخزن الکتروفورز را می‌توان در محدوده رسانایی و مقدار pH مشخص شده در فرآیند نگه داشت و مایع UF را می‌توان به جای آب دیونیزه به عنوان آب شستشوی قطعه کار پس از الکتروفورز بازیافت کرد و رنگ الکتروفورز اساساً تخلیه نمی‌شود. از بار تصفیه فاضلاب که با تمیز کردن مستقیم با آب دیونیزه تخلیه می‌شود، جلوگیری می‌کند و آلودگی محیط زیست را کاهش می‌دهد.
اصول کار سیستم اولترافیلتراسیوناولترافیلتراسیون برای حذف یون‌های ناخالصی در مایع رنگ الکتروفورتیک و بستن مؤثر منبع آلودگی کاتیونی و آنیونی استفاده می‌شود تا پایداری محلول رنگ و یکپارچگی لایه رنگ تضمین شود. اولترافیلتراسیون (UF) یک فناوری جداسازی نفوذی غشایی است که می‌تواند محلول‌ها را تصفیه، جداسازی یا تغلیظ کند. فرآیند اولترافیلتراسیون را می‌توان به عنوان یک فرآیند غربالگری مرتبط با اندازه منافذ غشا درک کرد. با فشار در دو طرف غشا به عنوان نیروی محرکه و غشای اولترافیلتراسیون به عنوان محیط فیلتر، تحت فشار معینی، هنگامی که محلول از سطح غشا عبور می‌کند، فقط آب، نمک‌های معدنی و مولکول‌های کوچک اجازه عبور از غشا را دارند، در حالی که جامدات معلق، کلوئیدها، پروتئین‌ها و میکروارگانیسم‌ها و سایر ماکرومولکول‌های موجود در آب بافت اجازه عبور دارند تا به هدف تصفیه، جداسازی و تغلیظ محلول دست یابند. اولترافیلتراسیون یک عملیات مداوم و کم فشار است.
مایع مخزن رنگ الکتروفورز تحت اختلاف فشار از فیلتر اولترافیلتراسیون و غشای اولترافیلتراسیون جانبی عبور کرده و از طریق مایع به مخزن اولترافیلتراسیون جریان می‌یابد. حدود 30٪ از گردش مایع اولترافیلتراسیون از مخزن کمکی الکتروفورز است و سپس به مخزن الکتروفورز باز می‌گردد. حداقل مقدار رنگ ورودی به سیستم اولترافیلتراسیون 10 برابر میزان آب طراحی شده و مقدار بهینه رنگ 20 برابر میزان آب طراحی شده است.
مراحل کار سیستم اولترافیلتراسیون
۱) مطمئن شوید که هیچ فشاری روی خط لوله خروجی وجود ندارد، شیر تغذیه رنگ، شیر ورودی تمیزکننده، شیر خروجی تمیزکننده، مایع را از طریق مخزن ذخیره‌سازی و شیر مخزن تمیزکننده ببندید؛ ۲) شیر گردش رنگ را از طریق شیر تخلیه مایع، تمام شیرهای ایزوله فشارسنج را باز کنید؛ ۳) شیر ورودی و خروجی مایع خنک‌کننده آب‌بندی شفت پمپ اولترافیلتراسیون را باز کنید (فشار ۰.۲ مگاپاسکال است)؛ ۴) پمپ تغذیه رنگ را روشن کنید؛ ۵) ورودی رنگ را کمی باز کنید تا رنگ به آرامی به سیستم اولترافیلتراسیون تزریق شود؛ ۶) شیر ورودی رنگ را به آرامی باز کنید تا فشار روی خط پایه به ۰.۱۵ مگاپاسکال برسد و سپس پمپ را باز کنید. ۷) شیرهای ورودی و خروجی را به آرامی تنظیم کنید تا اختلاف فشار به ۰.۲ مگاپاسکال برسد و فشارهای ورودی و خروجی به ترتیب ۰.۳۵ مگاپاسکال و ۰.۱۵ مگاپاسکال باشند. ۸) بررسی کنید که آیا غشای اولترافیلتراسیون نشتی دارد یا خیر. اگر هنوز نشتی وجود دارد، حلقه O و گروه غشا باید به موقع تعویض شوند. ۹) زمان تخلیه مایع نفوذپذیر باید حداقل ۱۰ دقیقه باشد. ۱۰) شیر عبور مایع به مخزن را باز کنید و سپس شیر تخلیه مایع جداکننده را ببندید.
اقدامات احتیاطی در استفاده از دستگاه اولترافیلتراسیون۱) اجزا، محفظه‌ها و لوازم جانبی اولترافیلتراسیون باید با احتیاط حمل شوند تا از آسیب جلوگیری شود؛ ۲) زمان قطع ناگهانی برق یا سایر خاموشی‌های غیرمنتظره نباید از ۲ ساعت تجاوز کند؛ اگر زمان خاموشی خیلی طولانی باشد، عنصر غشای اولترافیلتراسیون باید فوراً تمیز شود تا از رسوب رنگ که عنصر غشای اولترافیلتراسیون را مسدود می‌کند، جلوگیری شود؛ ۳) پارامترهای سیستم تمیز کردن و سیستم الکتروفورز را با جزئیات ثبت کنید تا از مشکلات جلوگیری و آنها را حل کنید؛ ۴) اختلاف فشار بین ورودی و خروجی فیلتر باید کمتر از ۰.۰۸ مگاپاسکال باشد، اگر > ۰.۰۸ مگاپاسکال باشد، کیسه فیلتر اولترافیلتراسیون باید به موقع تعویض شود و دقت فیلتراسیون کمتر یا مساوی ۲۵ میکرومتر است؛ ۵) سیستم اولترافیلتراسیون را هنگامی که شیر مایع بسته است، روشن نکنید؛ ۶) پمپ را هنگامی که شیر تخلیه باز است روشن نکنید تا از آسیب فشاری به غشای اولترافیلتراسیون جلوگیری شود؛ ۷) مقدار زیاد آب فیلتر شده ممنوع است و شیر باز شدن باید زیر مقدار مشخص شده آب فیلتر شده تنظیم شود. ۸) در فرآیند پیش تصفیه فلز، استفاده از مواد شیمیایی را به حداقل برسانید و رسانایی قطره‌ای آخرین شستشو قبل از ورود به مخزن الکتروفورز باید کمتر از ۱۰ میکروثانیه بر سانتی‌متر باشد.
سیستم تمیز کردن اولترافیلتراسیون (UF) که پس از الکتروفورز استفاده می‌شود، برای حذف رنگ شناور چسبیده به سطح پوشش الکتروفورز، بهبود ظاهر پوشش و بازیابی رنگ الکتروفورز است. تجهیزات مورد استفاده همان تجهیزات شستشوی آب پس از فسفاته کردن پیش‌تیمار است. هدف از شستشوی نهایی با آب خالص، حذف یون‌های ناخالصی و جلوگیری از تولید لکه‌های آلودگی و پوشش فیلم است. به منظور جلوگیری از ایجاد رد جریان ثانویه در شکاف پس از تمیز کردن ناکافی، لازم است فرآیند شستشوی غوطه‌وری کامل انجام شود. شستشوی اولترافیلتراسیون معمولاً 2 تا 3 بار انجام می‌شود تا میزان رنگ خارج شده کاهش یابد، به عنوان مثال: مساحت بدنه خودرو 80 تا 100 متر مربع است و هر بدنه خودرو 7 تا 10 لیتر مایع جامد 20٪ را خارج می‌کند. هنگامی که محتوای جامد اولین شستشوی آب 4 تا 5 درصد باشد، شستشوی آب دوم ممکن است به کمتر از 1 درصد برسد. محتوای جامد مایع اولترافیلتراسیون تازه معمولاً کمتر از 0.5 درصد است. در صورت حذف یون‌های ناخالصی و جامدات)، از مایع UE-RO به جای آب خالص برای شستشوی نهایی با آب خالص استفاده می‌شود تا شستشوی پس از الکتروفورز کاملاً بسته واقعی محقق شود، که می‌تواند تخلیه فاضلاب الکتروفورز را تا حد زیادی کاهش داده و میزان استفاده از پوشش الکتروفورز را به طور قابل توجهی بهبود بخشد. یون‌های ناخالصی موجود در محلول رنگ الکتروفورز و منبع آلودگی کاتیونی و آنیونی که توسط مدار بسته مؤثر وارد می‌شوند را حذف کنید تا پایداری محلول رنگ و یکپارچگی فیلم رنگ تضمین شود. در سیستم رنگ الکتروفورز، محلول نفوذی تولید شده توسط اولترافیلتراسیون حاوی آب و ماده حل‌کننده رنگ است. این سیستم گردش خون حلقه‌ای می‌تواند از دست دادن رنگ را هنگام استفاده از مایع در فرآیند شستشوی رنگ جبران کند. از طریق مایع می‌توان رسانایی رنگ را کاهش داد.
فرآیند و مراحل تمیز کردن تجهیزات اولترافیلتراسیون الکتروفورتیک نسبت محلول تمیزکننده غلیظ و آب خالص ۱:۹۹ است. دما را بین ۳۸ تا ۴۳ درجه سانتیگراد و PH=۲ تا ۲.۲ کنترل کنید، زیرا محلول تمیزکننده چسبنده است، بنابراین در مخزن تمیزکننده از پمپ تمیزکننده برای گردش آب خالص تا دمای بالای ۳۲ درجه سانتیگراد استفاده کنید و سپس محلول تمیزکننده را برای گردش تا ۳۵ درجه سانتیگراد اضافه کنید، اسید هیدروکلریک اضافه کنید تا مقدار PH را روی PH=۲ تنظیم کنید و سپس شیر تمیزکننده را برای تمیز کردن هسته غشاء باز کنید. در حین تمیز کردن، PH را حداقل ۲.۲ نگه دارید. سیستم اولترافیلتراسیون باید مطابق با الزامات فرآیند کار کند. پس از تعویض غشای اولترافیلتراسیون در سیستم اولترافیلتراسیون برای مدتی، یک نقص وجود دارد: کیسه فیلتر مسدود شده است و اختلاف فشار جریان غشای اولترافیلتراسیون نمی‌تواند الزامات فرآیند را برآورده کند. بنابراین، با توجه به مشکلات فوق، اپراتور باید در فرآیند تمیز کردن مطابق با الزامات عملیات و پارامترهای فرآیند ردیابی شود تا علت پیدا شود و نقص برطرف شود. برای بهینه‌سازی فرآیند، بهبود فرآیند و بهبود کیفیت محصولات. نکات: ۱) هنگامی که نفوذپذیری جزء غشای اولترافیلتراسیون به ۷۰٪ مقدار طبیعی کاهش یابد، باید تمیز شود. اگر تمیز کردن به تأخیر بیفتد، منجر به انسداد می‌شود و در موارد جدی، بازگرداندن جریان اصلی دشوار خواهد بود. ۲) سیستم اولترافیلتراسیون به یک فیلتر دقیق مجهز است تا از انسداد عناصر غشایی با دقت ۲۵ میکرومتر جلوگیری کند. کیسه فیلتر باید دقیقاً مطابق با الزامات فرآیند تعویض شود و فیلتر و خط لوله باید مرتباً تمیز شوند. ۳) در صورت خاموش شدن غیرمنتظره به دلیل خرابی، تمیز کردن باید به موقع و طبق مقررات انجام شود تا از انسداد قطعات غشایی جلوگیری شود. ۴) مطابق با قوانین عملیاتی عمل کنید و پارامترهای عملیاتی سیستم اولترافیلتراسیون UF را به طور دقیق برای مرجع ثبت کنید.
مراحل تمیز کردن۱) شیرهای ورودی و خروجی رنگ مجموعه غشای اولترافیلتراسیون که باید تمیز شود را ببندید؛ ۲) رنگ موجود در مجموعه غشای اولترافیلتراسیون مورد نیاز برای تمیز کردن را کاملاً تخلیه کنید؛ ۳) شیر ورودی و خروجی پمپ تمیزکننده را باز کنید؛ ۴) شیر ورودی و خروجی لوله تمیزکننده را به داخل لوله غشا باز کنید؛ ۵) شیرهای ورودی و خروجی لوله تمیزکننده مجموعه غشای اولترافیلتراسیون مورد نیاز را باز کنید؛ ۶) پمپ تمیزکننده را روشن کنید؛ ۷) رنگ موجود در غشای اولترافیلتراسیون را با آب دیونیزه جاری تمیز کنید (بازرسی چشمی، آب زلال است)؛ ۸) محلول تمیزکننده را طبق فرمول تمیزکننده آماده کنید (مقدار pH روی ۲ تا ۳ تنظیم شده باشد، کاغذ آزمایش)، ۲ تا ۳ ساعت چرخه بزنید، تا زمانی که نفوذ به ۶۰۰ لیتر در ساعت برسد، تمیز کنید و محلول تمیزکننده را تخلیه کنید؛ ۹) دمای مایع در حین تمیزکاری نباید از ۴۵ درجه سانتیگراد تجاوز کند. اگر دما خیلی بالا باشد، دستگاه باید برای خنک شدن متوقف شود و سپس تمیزکاری را ادامه دهید و مایع تمیزکننده باید تخلیه شود؛ ۱۰) به مدت ۳۰ دقیقه با آب دیونیزه جاری تمیز کنید تا مایع تمیزکننده تخلیه شود. در صورت گرفتگی شدید، زمان تمیز کردن می‌تواند افزایش یابد. ۱۱) غشاء را برای استفاده با آب دیونیزه یا محلول UF آب‌بندی کنید. سیستم اولترافیلتراسیون غلظت یون‌های ناخالصی وارد شده به قطعه کار را کنترل می‌کند تا کیفیت پوشش تضمین شود. در عملکرد این سیستم، باید به عملکرد مداوم سیستم پس از اجرا توجه شود و عملکرد متناوب برای جلوگیری از خشک شدن غشاء اولترافیلتراسیون اکیداً ممنوع است. رزین و رنگدانه خشک شده به غشاء اولترافیلتراسیون متصل هستند و نمی‌توان آنها را به طور کامل تمیز کرد، که این امر به طور جدی بر نفوذپذیری آب و عمر مفید غشاء اولترافیلتراسیون تأثیر می‌گذارد. میزان خروجی آب غشاء اولترافیلتراسیون با زمان اجرا کاهش می‌یابد، بنابراین باید یک بار به مدت ۳۰ تا ۴۰ روز متوالی تمیز شود تا آب اولترافیلتراسیون مورد نیاز برای شستشو و شستشوی اولترافیلتراسیون تأمین شود.
سخنان پایانی پوشش الکتروفورتیک یک روش خاص برای تشکیل پوشش است که کاربردی‌ترین فناوری ساخت برای پوشش‌های پایه آب محسوب می‌شود. این روش دارای ویژگی‌های محلول در آب، غیرسمی و کنترل خودکار آسان است، بنابراین بازیافت رنگ الکتروفورتیک و کاهش ضایعات ضروری است. بازیابی پوشش الکتروفورتیک عموماً از اولترافیلتراسیون یا اسمز معکوس استفاده می‌کند، اما اصل کار آن اساساً متفاوت است، استفاده از فرآیند عموماً دو نوع دارد: اولترافیلتراسیون UF: جداسازی پلیمر و الکترولیت، همچنین می‌توان گفت جداسازی آب رنگ است، فشار کاری حدود 1 کیلوگرم، حدود 3 برابر فشار اسمزی، منافذ غشاء بزرگ است. اسمز معکوس RO: محلول را تصفیه یا غلیظ می‌کند، یعنی جداسازی مواد آلی و معدنی را محقق می‌کند. فشار کاری حدود 25 کیلوگرم است که حدود 50 برابر فشار اسمزی است و سوراخ غشاء کوچک است.
