Les membranes à fibres creuses sont des membranes fibreuses autoportantes qui ressemblent à des fibres. Ce sont des membranes asymétriques, dont la couche dense peut se situer sur la surface externe de la fibre (par exemple, les membranes d'osmose inverse) ou sur la surface interne (par exemple, les membranes de microfiltration et d'ultrafiltration). Les parois des membranes à fibres creuses sont recouvertes de micropores, dont la taille est exprimée en fonction du poids moléculaire des substances qu'ils peuvent retenir, allant de quelques milliers à plusieurs centaines de milliers. Les modules de membranes à fibres creuses ont été initialement développés par la société Dow Chemical à partir d'acétate de cellulose (CA). Grâce à leur bonne résistance aux acides et aux bases, à la corrosion microbienne, à l'oxydation et à leurs propriétés mécaniques, des matériaux tels que le polyacrylonitrile (PAN), le polypropylène (PP), le polytétrafluoroéthylène (PTFE), le fluorure de polyvinylidène (PVDF), le polysulfone (PS) et le polyéthersulfone (PES) sont aujourd'hui largement utilisés dans la fabrication des membranes à fibres creuses. Les membranes utilisées dans les modules de membranes à fibres creuses ont un diamètre de 0,2 à 2,5 mm et un rapport diamètre intérieur/diamètre extérieur de 2 à 4, ce qui est beaucoup plus fin que les membranes capillaires (diamètre du tube membranaire d'environ 3 à 6 mm) et les membranes tubulaires (diamètre du tube membranaire de 6 à 25 mm).
La séparation par membrane à fibres creuses utilise une méthode de filtration tangentielle dynamique : sous pression, la solution circule à une certaine vitesse à la surface de la membrane, à l'intérieur du tube. Les petites substances, telles que l'eau, les petites molécules organiques et les ions inorganiques présents dans la solution, sont transférées de l'autre côté de la membrane à travers les micropores de la paroi des fibres creuses. En revanche, les substances plus volumineuses, comme les bactéries, les matières en suspension, les colloïdes, les particules et les grosses molécules organiques, ne peuvent pas traverser la paroi des fibres creuses et sont retenues, permettant ainsi la séparation et la purification des composants de la solution.
Les membranes à fibres creuses sont principalement utilisées pour la purification des eaux minérales, des eaux domestiques et industrielles, la purification pharmaceutique, la concentration des jus de fruits, le traitement et le recyclage de l'eau, ainsi que dans d'autres applications des industries pharmaceutique, chimique, du bâtiment, textile, papetière et pétrochimique. Dans les industries pharmaceutique et biotechnologique, elles sont principalement utilisées pour:
1. Filtration et clarification du bouillon de fermentation contenant des antibiotiques, des vitamines, des acides organiques, des acides aminés, des enzymes, etc. (pour éliminer les bactéries et les protéines).
2. Filtration et élimination des débris cellulaires lors de la préparation des protéines et des polysaccharides;
3. Clarification et filtration stérilisante des préparations de médecine traditionnelle chinoise et des liquides oraux de produits de santé ;
4. Purification et concentration de produits biologiques (polypeptides, peptides osseux, thymosine, albumine sérique bovine, facteur de transfert);
5. Procédés de séparation comprenant le dessalage et la concentration de solutions biologiques, la clarification et la stérilisation, l'élimination des protéines et la collecte des cellules.