Hogyan segíti az apró pórusméret a membránnak a tengervíz sótalanítását?

1. Rendkívül apró pórusméret: a mikroszkopikus világ precíziós skálája
A pórusméret a Ro membrán A mikroszkópos világban végső precíziós skálának nevezhető. Általában a pórusméret csak körülbelül 0,0001 mikron, ami olyan kicsi, hogy szinte elképzelhetetlen. Annak érdekében, hogy ezt a skálát intuitívabban érezzük, összehasonlíthatjuk azt közös anyagokkal. A legtöbb vírus átmérője 0,02 és 0,3 mikron között van, és a RO membrán pórusmérete sokkal kisebb, mint a legtöbb vírusnál. Egy ilyen apró pórusmérettel csak nagyon kicsi molekuláknak, például a vízmolekuláknak van esélye áthaladni.
A vízmolekula átmérője körülbelül 0,276 nanométer. Összehasonlításképpen: a tengervízben lévő só átmérője, például a nátrium -klorid -ionpárok, körülbelül 0,5 nanométer, és a mikroorganizmusok, például az Escherichia coli mérete még mikron szinten is. Ez a hatalmas méretbeli különbség a RO membránt úgy teszi, mint egy jól megtervezett Super Site a tengervíz sótalanításának folyamatában. A só és a szennyeződések nagy méretük miatt nem tudják átjutni a membránon lévő mikroporákon, míg a vízmolekulák viszonylag könnyen átjuthatnak ezen a mikropórcsatornákon, és apró méretük miatt a tengervíz oldaláról az édesvízi oldalra kerülnek.
A fizikai alapelvek szempontjából ez a méretbeli különbségeken alapuló szűrési mechanizmus összhangban áll a folyadékmechanikával és a molekuláris diffúziós elméletgel. Amikor a tengervíz külső nyomás alatt átfolyik a RO membránon, a vízmolekulák nyomon követik a Brown -mozgás törvényét, és mikroszkopikus skálán megtalálják és átjutnak a membrán pórusokon. A só és a szennyeződések azonban nem vehetnek részt ebben a mikroszkópos "átkelés útján", mivel méretük meghaladja a membrán pórusok tartományát, és ténylegesen elfogják őket. Ez a pontos szűrőhatás biztosítja a legalapvetőbb garanciát a tengervíz sótalanításához, és az egyik legfontosabb elem, hogy a RO membránok pontos "képernyőkké" váljanak.

2. Az anyagok egyedi összetétele: A mikroszerkezet anyagi alapja
A RO membrán mikroszerkezetének oly pontos lehet az oka, hogy elválaszthatatlan az azt alkotó polimer anyagok egyedi jellemzőitől. Számos típusú polimer anyag létezik, amelyek RO membránokat alkotnak, amelyek közül a poliamid, a cellulóz -acetát stb. Gyakoribb anyagok. Ezeknek a polimer anyagoknak egyedi kémiai szerkezete és fizikai tulajdonságai vannak, amelyek anyagi alapot nyújtanak a pontos mikroszerkezetek kiépítéséhez.
Például a poliamid kompozit membránokat szedve, általában ultravékony poliamid aktív elválasztási rétegből és egy tartó rétegből állnak. A poliamid aktív elválasztási réteg a só és a szennyeződések elválasztásának eléréséhez. Rendkívül finom mikropórusos szerkezetet képez a tartó réteg felületén olyan fejlett technológiákon keresztül, mint például az interfészi polimerizáció. Maga a poliamid anyag jó kémiai stabilitással és mechanikai szilárdsággal rendelkezik, és ellenáll a különféle nyomásnak és kémiai hatásoknak a sótalanítási folyamatban, miközben megőrzi a mikroszerkezet stabilitását.
A poliamid aktív elválasztó réteg mikroszerkezetében a molekuláris láncok kovalens kötésekkel és hidrogénkötésekkel kölcsönhatásba lépnek egymással, szoros és rendezett elrendezést képezve. Ez az elrendezés nemcsak a membrán pórusméretét és eloszlását határozza meg, hanem befolyásolja a membrán affinitását és visszataszítását a különböző anyagokhoz. Például a poliamid -molekuláris lánc egyes funkcionális csoportjai, például az amidcsoportok, bizonyos polaritással rendelkeznek, és hidrogénkötéseket képezhetnek a vízmolekulákkal, ezáltal elősegítve a vízmolekulák átvitelét a membrán pórusokban. A töltött sóionok esetében a poliamid membrán felületén lévő töltési eloszlás elektrosztatikus repulációt eredményez, ezáltal megakadályozza, hogy a só áthaladjon a membrán pórusokon.
A cellulóz -acetát membránok egyedi mikroszerkezeti tulajdonságokkal is rendelkeznek. A cellulóz -acetát egy cellulóz -származék, amely molekuláris szerkezetében nagyszámú hidroxil- és acetilcsoportot tartalmaz. Ezek a funkcionális csoportok jó hidrofilitást és szelektivitást biztosítanak a cellulóz -acetát membránoknak. Mikroszkopikus skálán a cellulóz -acetát molekulák kölcsönhatásba lépnek az intermolekuláris van der Waals erőkkel és a hidrogénkötésekkel, hogy membránszerkezetet képezzenek, amelynek meghatározott pórusmérete és porozitása van. Ez a szerkezet hatékonyan blokkolhatja a tengervíz sót és szennyeződését, miközben lehetővé teszi a vízmolekulák áthaladását a tengervíz sótalanításának elérése érdekében.

3.
A mikroszkopikus skálán a RO membrán felülete nem lapos és sima, hanem egy komplex terepet kínál, amely tele van apró hornyokkal és pórusokkal. Ez a komplex felületi morfológia tovább javítja a RO membrán azon képességét, hogy pontosságú "szita" legyen.
A RO membrán felületén lévő mikropórusok nem egyszerű kör alakú lyukak, hanem komplex alakokkal és szabálytalan eloszlásokkal rendelkeznek. Ezek a mikropórusok lehetnek elliptikus, sokszögű vagy akár olyan szabálytalan formák is, amelyeket nehéz leírni. Sőt, a membrán felületén történő eloszlásuk nem egységes, hanem véletlenszerű. Ez a szabálytalan alak és eloszlás növeli a só és a szennyeződések nehézségét, hogy áthaladjon a membrán pórusokon.
Amikor a só és a szennyeződések megpróbálják átjutni a membrán pórusokon, nemcsak a pórusméret korlátozásával, hanem a membrán pórusok alakjának és eloszlásának kihívásaival is szembesülnek. A membrán pórusok szabálytalansága miatt a só és a szennyeződések blokkolhatók, amikor megközelítik a membrán pórusokat, mert nem tudják tökéletesen illeszkedni a membrán pórusokhoz. Például egy szabálytalanul alakú kolloid részecske elfogható, ha megpróbál egy elliptikus membrán póruson átjutni, mivel a részecske egyes részei nem tudnak átjutni a membrán pórus keskeny részén.
Ezenkívül a RO membrán felületén lévő mikroszkopikus hornyok és pórusok szintén befolyásolják a vízmolekulák áramlását és diffúzióját a membrán felületén. Mielőtt áthaladna a membrán pórusokon, a vízmolekuláknak diffúziónak és bizonyos mértékig vándorolniuk kell a membrán felületén. A membránfelület komplex morfológiája növelheti a vízmolekulák és a membrán felület közötti érintkezési területet, elősegítheti a vízmolekulák diffúzióját, és ezáltal növeli a membrán vízáramát. Ugyanakkor ez a komplex felületi morfológia szintén segíti a só és a szennyeződések lerakódásának csökkentését a membrán felületén, csökkenti a membránszennyezés kockázatát, és biztosítja a RO membrán hosszú távú stabil működését.

4.
A RO membrán mikroszerkezete nem az egyes komponensek egyszerű hozzáadása, hanem a rendkívül finom pórusméret, az anyag egyedi összetételének és a mikroszkopikus felület komplex morfológiájának szinergetikus hatása révén együttesen megteremtette annak erőteljes hatékonyságát, mint a "képernyő".
A pórusméret apró mérete biztosítja a legalapvetőbb fizikai gátot a vízmolekulák és a só és a szennyeződések közötti elválasztáshoz. Az anyag egyedi kémiai szerkezete és fizikai tulajdonságai meghatározzák a membrán szelektivitását és stabilitását, lehetővé téve a RO membrán számára, hogy fenntartsa a jó teljesítményt egy komplex tengervíz környezetben. A mikroszkopikus felület komplex morfológiája tovább javítja a membrán elválasztási képességét és a szennyeződés elleni teljesítményt.
A tényleges sótalanítási folyamatban ezek a mikroszerkezeti elemek együttműködnek egymással és együtt működnek. Amikor a tengervíz nyomás alatt a RO membránba áramlik, mindenekelőtt a sót és a szennyeződéseket kezdetben elfogják a membrán felületén, a méret és a membrán pórusok hatalmas különbsége miatt. Ezután az anyag kémiai tulajdonságai és a felületi töltés eloszlása ​​adszorbe vagy a sót és a szennyeződéseket taszítva, ez tovább megakadályozva őket a membrán pórusokon való áthaladást. Ugyanakkor a vízmolekulák diffundálnak és vándorolnak a membrán felületének komplex topográfiájában, megtalálják és áthaladnak a membrán pórusokon, és elérik a tengervízről az édesvízbe történő átadást.