Jak malá velikost pórů pomáhá RO membráně dosáhnout odsolování mořské vody?

1. Extrémně malá velikost pórů: Přesná stupnice mikroskopického světa
Velikost pórů Ro membrána Lze v mikroskopickém světě nazvat nejvyšší přesností. Velikost pórů je obvykle jen asi 0,0001 mikronů, což je tak malé, že je téměř nepředstavitelné. Abychom cítili tento měřítko intuitivněji, můžeme jej porovnat s běžnými látkami. Většina virů má průměr mezi 0,02 a 0,3 mikronů a velikost pórů RO membrány je mnohem menší než u většiny virů. S tak malou velikostí pórů mají šanci projít pouze velmi malé molekuly, jako jsou molekuly vody.
Průměr molekuly vody je asi 0,276 nanometrů. Pro srovnání, průměr soli v mořské vodě, jako jsou páry iontů chloridu sodného, ​​je asi 0,5 nanometrů a velikost mikroorganismů, jako je Escherichia coli, je dokonce na úrovni mikronu. Tento obrovský rozdíl je v procesu odsolování mořské vody jako dobře navržený super síto. Sůl a nečistoty nemohou projít mikropóry na membráně kvůli jejich velké velikosti, zatímco molekuly vody mohou relativně snadno projít těmito mikroporačními kanály a přenést z mořské vody na stranu sladké vody kvůli jejich malé velikosti.
Z pohledu fyzických principů je tento screeningový mechanismus založený na rozdílech velikosti v souladu s mechanikou tekutiny a teorií molekulární difúze. Když mořská voda protéká RO membránou při vnějším tlaku, molekuly vody sledují zákon Brownova pohybu pod tlakem a najdou a procházejí membránovými póry v mikroskopickém měřítku. Sůl a nečistoty se však nemohou podílet na této mikroskopické „křížové cestě“, protože jejich velikost přesahuje rozsah pórů membrány a jsou účinně zachyceny. Tento přesný screeningový efekt poskytuje nejzákladnější záruku pro odsolování mořské vody a je jedním z klíčových prvků pro Membrány RO, aby se staly přesnými „obrazovkami“.

2. jedinečné složení materiálů: Materiární základ mikrostruktury
Důvod, proč může být mikrostruktura membrány RO tak přesná, je neoddělitelný od jedinečných charakteristik polymerních materiálů, které ji tvoří. Existuje mnoho typů polymerních materiálů, které tvoří RO membrány, mezi nimiž jsou běžnějšími materiály polyamid, acetát celulózy atd. Tyto polymerní materiály mají jedinečné chemické struktury a fyzikální vlastnosti a poskytují materiální základ pro budování přesných mikrostruktur.
Jako příklad berou polyamidové kompozitní membrány, obvykle se skládají z ultratenké polyamidové aktivní separační vrstvy a podpůrné vrstvy. Polyamidová aktivní separační vrstva je hlavní součástí pro dosažení separace soli a nečistot. Vytváří extrémně jemnou mikroporézní strukturu na povrchu podpůrné vrstvy prostřednictvím pokročilých technologií, jako je mezifázová polymerace. Samotný polyamidový materiál má dobrou chemickou stabilitu a mechanickou pevnost a vydrží různé tlaky a chemické účinky v procesu odsolování při zachování stability mikrostruktury.
V mikrostruktuře polyamidové aktivní separační vrstvy interagují molekulární řetězce mezi sebou prostřednictvím kovalentních vazeb a vodíkových vazeb, což vytváří pevné a řádné uspořádání. Toto uspořádání určuje nejen velikost pórů a distribuce membrány, ale také ovlivňuje afinitu a odpuzování membrány na různé látky. Například některé funkční skupiny na polyamidovém molekulárním řetězci, jako jsou amidové skupiny, mají určitou polaritu a mohou vytvářet vodíkové vazby s molekulami vody, čímž podporují přenos molekul vody v membránových pórech. U iontů nabitých solí bude distribuce náboje na povrchu polyamidové membrány způsobit elektrostatickou odpuzení, což dále zabrání soli v průchodu póry membrány.
Acetátové membrány celulózy mají také jedinečné mikrostrukturální vlastnosti. Acetát celulózy je derivát celulózy, který obsahuje velké množství hydroxylových a acetylových skupin ve své molekulární struktuře. Tyto funkční skupiny poskytují celulózovou acetátovou membrány dobrou hydrofilitu a selektivitu. V mikroskopickém měřítku interagují molekuly acetátu celulózy prostřednictvím intermolekulárních van der Waalsových sil a vodíkových vazeb za vzniku membránové struktury se specifickou velikostí pórů a porozitou. Tato struktura může účinně blokovat sůl a nečistoty v mořské vodě a zároveň umožnit procházet molekulami vody, aby se dosáhlo odsolování mořské vody.

3. Komplexní morfologie mikroskopického povrchu: „Robustní terén“ mikroskopického světa
V mikroskopickém měřítku není povrch membrány RO plochý a hladký, ale představuje složitý terén plný drobných drážků a pórů. Tato složitá morfologie povrchu dále zvyšuje schopnost RO membrány působit jako přesný „síto“.
Mikropóry na povrchu membrány RO nejsou jednoduché kruhové otvory, ale mají složité tvary a nepravidelné distribuce. Tyto mikropóry mohou být eliptické, polygonální nebo dokonce některé nepravidelné tvary, které je obtížné popsat. Navíc jejich distribuce na povrchu membrány není jednotná, ale spíše náhodná. Tento nepravidelný tvar a distribuce zvyšuje obtíž pro soli a nečistoty procházet membránovými póry.
Když se sůl a nečistoty snaží projít póry membrány, nejen čelí omezení velikosti pórů, ale také výzvy způsobené tvarem a distribucí membránových pórů. Vzhledem k nepravidelnosti membránových pórů může být sůl a nečistoty blokována při blížícím se membránových pórech, protože nemohou dokonale odpovídat pórů membrány. Například nepravidelně tvarovaná koloidní částice může být zachycena, když se snaží projít eliptickým membránovým pórem, protože některé části částice nemohou projít úzkou část membránového póru.
Kromě toho mikroskopické drážky a póry na povrchu membrány RO také ovlivňují tok a difúzi molekul vody na povrchu membrány. Před průchodem membránovými póry musí molekuly vody rozptýlit a migrovat do jisté míry na povrchu membrány. Komplexní morfologie povrchu membrány může zvýšit kontaktní plochu mezi molekulami vody a povrchem membrány, podporovat difúzi molekul vody a zvyšovat tok vody membrány. Současně tato komplexní morfologie povrchu také pomáhá snižovat depozici soli a nečistot na povrchu membrány, snižovat riziko znečištění membrány a zajistit dlouhodobý stabilní provoz RO membrány.

4. Synergický účinek mikrostruktury: celková účinnost přesné „obrazovky“
Mikrostruktura membrány RO není jednoduchým přidáním každé složky, ale prostřednictvím synergického účinku extrémně jemné velikosti pórů, jedinečného složení materiálu a komplexní morfologií mikroskopického povrchu, vytvořila společně silnou účinnost jako přesná „obrazovka“.
Drobná velikost velikosti pórů poskytuje nejzákladnější fyzickou bariéru pro separaci mezi molekulami vody a solí a nečistotami. Unikátní chemická struktura a fyzikální vlastnosti materiálu určují selektivitu a stabilitu membrány, což umožňuje RO membránu udržovat dobrý výkon ve složitém prostředí mořské vody. Komplexní morfologie mikroskopického povrchu dále zvyšuje separační schopnost a anti-znečišťující výkon membrány.
Ve skutečném procesu odsolování tyto mikrostrukturální prvky spolu spolupracují a spolupracují. Když mořská voda teče do Membrány RO pod tlakem, nejprve se na povrchu membrány zpočátku zachytí sůl a nečistoty kvůli obrovskému rozdílu velikosti a pórů membrány. Poté se chemické vlastnosti materiálu a distribuce povrchového náboje adsorbují nebo odpuzují sůl a nečistoty, což jim dále brání v průchodu póry membrány. Současně se molekuly vody rozptylují a migrují v komplexní topografii povrchu membrány, najdou a procházejí póry membrány a dosahují přenosu z mořské vody na sladkou vodu.