Hvordan hjælper den lille porestørrelse RO -membran med at opnå afsaltning af havvand?

1. Ekstremt lille porestørrelse: den mikroskopiske verdens præcisionsskala
Porestørrelsen på RO -membran kan kaldes den ultimative præcisionsskala i den mikroskopiske verden. Normalt er dens porestørrelse kun ca. 0,0001 mikron, hvilket er så lille, at den næsten er ufattelig. For at føle denne skala mere intuitivt, kan vi sammenligne den med almindelige stoffer. De fleste vira har en diameter mellem 0,02 og 0,3 mikron, og porestørrelsen af ​​RO -membranen er meget mindre end for de fleste vira. Med en så lille porestørrelse har kun meget små molekyler, såsom vandmolekyler, en chance for at passere.
Diameteren af ​​et vandmolekyle er ca. 0,276 nanometer. Til sammenligning er diameteren af ​​salt i havvand, såsom natriumchloridionpar, ca. 0,5 nanometer, og størrelsen på mikroorganismer, såsom Escherichia coli, er endda på mikronniveau. Denne enorme størrelsesforskel gør RO-membranen som en veludviklet supersigt i processen med afsaltning af havvand. Salt og urenheder kan ikke passere gennem mikroporer på membranen på grund af deres store størrelse, mens vandmolekyler relativt let kan passere gennem disse mikropore -kanaler og overføre fra havvandssiden til ferskvandssiden på grund af deres lille størrelse.
Set fra fysiske principper er denne screeningsmekanisme baseret på størrelsesforskelle i overensstemmelse med væskemekanik og molekylær diffusionsteori. Når havvand strømmer gennem RO -membranen under eksternt tryk, følger vandmolekyler loven om brownisk bevægelse under tryk og finder og passerer gennem membranporerne i en mikroskopisk skala. Imidlertid kan salt og urenheder ikke deltage i denne mikroskopiske "krydsningsrejse", fordi deres størrelse overstiger området af membranporer og er effektivt opfanget. Denne nøjagtige screeningseffekt giver den mest basale garanti for afsaltning af havvand og er et af de vigtigste elementer for RO -membraner til at blive præcise "skærme".

2. Unik sammensætning af materialer: Materielt grundlag for mikrostruktur
Årsagen til, at mikrostrukturen af ​​RO -membranen kan være så præcis, er uadskillelig fra de unikke egenskaber ved polymermaterialer, der udgør det. Der er mange typer polymermaterialer, der udgør RO -membraner, blandt hvilke polyamid, celluloseacetat osv. Er mere almindelige materialer. Disse polymermaterialer har unikke kemiske strukturer og fysiske egenskaber, hvilket giver et materielt grundlag for at opbygge præcise mikrostrukturer.
Ved at tage polyamidkompositmembraner som eksempel er de normalt sammensat af et ultratyndt polyamidaktivt separationslag og et understøttelseslag. Det aktive separationslag i polyamid er kernedelen for at opnå adskillelse af salt og urenheder. Det danner en ekstremt fin mikroporøs struktur på overfladen af ​​understøttelseslaget gennem avancerede teknologier, såsom grænsefladepolymerisation. Selve polyamidmaterialet har god kemisk stabilitet og mekanisk styrke og kan modstå forskellige tryk og kemiske effekter i afsaltningsprocessen, samtidig med at mikrostrukturen opretholdes.
I mikrostrukturen af ​​det aktive separationslag i polyamid interagerer de molekylære kæder med hinanden gennem kovalente bindinger og hydrogenbindinger, hvilket danner et stramt og ordnet arrangement. Dette arrangement bestemmer ikke kun porestørrelsen og fordelingen af ​​membranen, men påvirker også affiniteten og frastødelsen af ​​membranen til forskellige stoffer. For eksempel har nogle funktionelle grupper på polyamidmolekylkæden, såsom amidgrupper, visse polaritet og kan danne hydrogenbindinger med vandmolekyler og derved fremme transmission af vandmolekyler i membranporerne. For ladede saltioner vil ladningsfordelingen på overfladen af ​​polyamidmembranen producere elektrostatisk frastødning, hvilket yderligere forhindrer salt i at passere gennem membranporerne.
Celluloseacetatmembraner har også unikke mikrostrukturelle egenskaber. Celluloseacetat er et cellulosederivat, der indeholder et stort antal hydroxyl- og acetylgrupper i dens molekylstruktur. Disse funktionelle grupper giver celluloseacetatmembraner god hydrofilicitet og selektivitet. I den mikroskopiske skala interagerer celluloseacetatmolekyler gennem intermolekylære van der Waals kræfter og brintbindinger for at danne en membranstruktur med en specifik porestørrelse og porøsitet. Denne struktur kan effektivt blokere salt og urenheder i havvand, mens vandmolekylerne kan passere gennem for at opnå afsaltning af havvand.

3. kompleks morfologi af mikroskopisk overflade: "Robust terræn" i den mikroskopiske verden
I mikroskopisk skala er overfladen af ​​RO -membranen ikke flad og glat, men præsenterer et komplekst terræn fuldt af små riller og porer. Denne komplekse overflademorfologi forbedrer RO -membranens evne til at fungere som en præcision "sigte".
Mikroporerne på overfladen af ​​RO -membranen er ikke enkle cirkulære huller, men har komplekse former og uregelmæssige fordelinger. Disse mikroporer kan være elliptiske, polygonale eller endda nogle uregelmæssige former, der er vanskelige at beskrive. Desuden er deres fordeling på membranoverfladen ikke ensartet, men snarere tilfældig. Denne uregelmæssige form og fordeling øger vanskeligheden for salt og urenheder til at passere gennem membranporerne.
Når salt og urenheder forsøger at passere gennem membranporerne, står de ikke kun over for begrænsningen af ​​porestørrelse, men også de udfordringer, der er bragt af formen og fordelingen af ​​membranporerne. På grund af uregelmæssigheden af ​​membranporerne kan salt og urenheder blokeres, når man nærmer sig membranporerne, fordi de ikke perfekt kan matche membranporerne. For eksempel kan en uregelmæssigt formet kolloidal partikel blive opfanget, når man prøver at passere gennem en elliptisk membranpore, fordi nogle dele af partiklen ikke kan passere gennem den smalle del af membranporen.
Derudover påvirker de mikroskopiske riller og porer på overfladen af ​​RO -membranen også strømmen og diffusionen af ​​vandmolekyler på membranoverfladen. Før man passerer gennem membranporerne, skal vandmolekyler diffundere og migrere til en vis grad på membranoverfladen. Den komplekse morfologi af membranoverfladen kan øge kontaktområdet mellem vandmolekyler og membranoverfladen, fremme diffusionen af ​​vandmolekyler og således øge vandfluxen af ​​membranen. På samme tid hjælper denne komplekse overflademorfologi også med at reducere deponering af salt og urenheder på membranoverfladen, reducere risikoen for membranforurening og sikre den langsigtede stabile drift af RO-membranen.

4. synergistisk effekt af mikrostruktur: skærmen overordnet effektivitet "præcision" skærm "
Mikrostrukturen af ​​RO -membranen er ikke en simpel tilsætning af hver komponent, men gennem den synergistiske virkning af den ekstremt fine porestørrelse, den unikke sammensætning af materialet og den komplekse morfologi på den mikroskopiske overflade, har den i fællesskab skabt sin kraftfulde effektivitet som en præcision "skærm".
Den lille størrelse af porestørrelsen giver den mest basale fysiske barriere for adskillelsen mellem vandmolekyler og salt og urenheder. Materialets unikke kemiske struktur og fysiske egenskaber bestemmer selektiviteten og stabiliteten af ​​membranen, hvilket gør det muligt for RO -membranen at opretholde god ydeevne i et komplekst havvandsmiljø. Den komplekse morfologi af den mikroskopiske overflade forbedrer membranens separationsevne og anti-forurening af membranen.
I den faktiske afsaltningsproces samarbejder disse mikrostrukturelle elementer med hinanden og arbejder sammen. Når havvand strømmer til RO -membranen under tryk, opløses salt og urenheder først og fremmest på membranoverfladen på grund af den enorme forskel i størrelse og membranporer. Derefter adsorberer eller afviser de kemiske egenskaber af materialet og overfladedistributionen og afviser salt og urenheder, hvilket yderligere forhindrer dem i at passere gennem membranporerne. På samme tid diffunderer og migrerer vandmolekyler i den komplekse topografi af membranoverfladen, finder og passerer gennem membranporerne og opnår overførslen fra havvand til ferskvand.