Kako sitna veličina pora pomaže membrani RO -a da postigne desalinizaciju morske vode?

1. Izuzetno sitna veličina pora: precizna skala mikroskopskog svijeta
Veličina pora Membrana može se nazvati konačnom preciznom ljestvicom u mikroskopskom svijetu. Obično je njegova veličina pora samo oko 0,0001 mikrona, što je toliko mali da je gotovo nezamisliv. Da bismo ovu ljestvicu osjetili intuitivnije, možemo je usporediti s uobičajenim tvarima. Većina virusa ima promjer između 0,02 i 0,3 mikrona, a veličina pora membrane RO mnogo je manja od veličine većine virusa. S takvom sićušnom veličinom pora, samo vrlo male molekule poput molekula vode imaju priliku proći.
Promjer molekule vode je oko 0,276 nanometara. Za usporedbu, promjer soli u morskoj vodi, poput parova iona natrijevog klorida, iznosi oko 0,5 nanometara, a veličina mikroorganizama poput Escherichia coli čak je i na razini mikrona. Ova ogromna razlika u veličini čini RO membranu poput dobro dizajniranog super sita u procesu desalinizacije morske vode. Sol i nečistoće ne mogu proći kroz mikropore na membrani zbog njihove velike veličine, dok molekule vode mogu relativno lako proći kroz ove mikroporene kanale i preći s morske vode na slatku vodu zbog svoje sitne veličine.
Iz perspektive fizičkih principa, ovaj mehanizam probira koji se temelji na razlikama u veličini u skladu je s mehanikom tekućine i teorijom molekularne difuzije. Kad morska voda teče kroz RO membranu pod vanjskim tlakom, molekule vode slijede zakon Brownovog gibanja pod pritiskom i pronalaze i prolaze kroz membranske pore na mikroskopskoj skali. Međutim, sol i nečistoće ne mogu sudjelovati u ovom mikroskopskom "putovanju prijelaza", jer njihova veličina premašuje raspon membranskih pora i učinkovito se presreću. Ovaj precizni efekt probira daje najosnovnije jamstvo za desalinizaciju morske vode i jedan je od ključnih elemenata da RO membrane postanu precizni "zasloni".

2. Jedinstveni sastav materijala: Materijalna osnova mikrostrukture
Razlog zašto mikrostruktura RO membrane može biti toliko precizna, neodvojiv je od jedinstvenih karakteristika polimernih materijala koji ga čine. Postoje mnoge vrste polimernih materijala koje čine RO membrane, među kojima su poliamid, celulozni acetat itd. Uobičajeni su materijali. Ovi polimerni materijali imaju jedinstvene kemijske strukture i fizička svojstva, pružajući materijalnu osnovu za izgradnju preciznih mikrostruktura.
Uzimajući kao primjer poliamidne kompozitne membrane, obično se sastoje od ultra tankog poliamidnog aktivnog sloja za odvajanje i potpornog sloja. Sloj razdvajanja poliamida je temeljni dio za postizanje odvajanja soli i nečistoća. Formira izuzetno finu mikroporoznu strukturu na površini potpornog sloja kroz napredne tehnologije kao što je interfacijalna polimerizacija. Sam poliamidni materijal ima dobru kemijsku stabilnost i mehaničku čvrstoću i može izdržati različite pritiske i kemijske učinke u procesu desalinizacije, zadržavajući stabilnost mikrostrukture.
U mikrostrukturi sloja aktivnog razdvajanja poliamida, molekularni lanci međusobno djeluju međusobno kroz kovalentne veze i vodikove veze, tvoreći tijesan i uredan raspored. Ovaj raspored ne samo da određuje veličinu pora i raspodjelu membrane, već utječe i na afinitet i odbojnost membrane na različite tvari. Na primjer, neke funkcionalne skupine na molekularnom lancu poliamida, poput amidnih skupina, imaju određenu polaritet i mogu formirati vodikove veze s molekulama vode, promičući tako prijenos molekula vode u membranskim porama. Za nabijene ione soli, raspodjela naboja na površini poliamidne membrane proizvest će elektrostatičko odboj, dodatno sprječavajući da sol prođe kroz membrane pore.
Membrane celuloze acetata također imaju jedinstvena mikrostrukturna svojstva. Celulozni acetat je derivat celuloze koji u svojoj molekularnoj strukturi sadrži veliki broj hidroksilnih i acetilnih skupina. Ove funkcionalne skupine daju membrane acetata celuloze Dobra hidrofilnost i selektivnost. Na mikroskopskoj skali, molekule celuloznog acetata međusobno djeluju kroz intermolekularne van der Waalsove sile i vodikove veze kako bi tvorile membransku strukturu sa specifičnom veličinom i poroznošću. Ova konstrukcija može učinkovito blokirati sol i nečistoće u morskoj vodi, a istovremeno dopuštajući da molekule vode prođu kako bi se postigla desalinizacija morske vode.

3. Složena morfologija mikroskopske površine: "robusni teren" mikroskopskog svijeta
Na mikroskopskoj skali, površina membrane RO nije ravna i glatka, ali predstavlja složen teren pun sitnih žljebova i pora. Ova složena površinska morfologija dodatno povećava sposobnost RO membrane da djeluje kao precizno "sito".
Mikropore na površini RO membrane nisu jednostavne kružne rupe, već imaju složene oblike i nepravilne raspodjele. Te mikropore mogu biti eliptične, poligonalne ili čak neke nepravilne oblike koje je teško opisati. Štoviše, njihova raspodjela na površini membrane nije ujednačena, već nasumična. Ovaj nepravilni oblik i raspodjela povećavaju poteškoće da sol i nečistoće prođu kroz membrane pore.
Kad sol i nečistoće pokušavaju proći kroz membrane pore, one se ne samo suočavaju s ograničenjem veličine pora, već i izazovima koji su donijeli oblik i raspodjela membranskih pora. Zbog nepravilnosti pora na membranskim porama, sol i nečistoće mogu se blokirati kada se približavaju pore membrane jer se ne mogu savršeno podudarati s membranskim pore. Na primjer, nepravilno oblikovana koloidna čestica može se presresti kada pokušava proći kroz pore eliptičnu membranu, jer neki dijelovi čestice ne mogu proći kroz uski dio membrane pora.
Pored toga, mikroskopski žljebovi i pore na površini membrane RO također utječu na protok i difuziju molekula vode na površini membrane. Prije prolaska kroz pore membrane, molekule vode moraju difuzno i ​​migrirati do određene mjere na površini membrane. Složena morfologija površine membrane može povećati kontaktno područje između molekula vode i površine membrane, promicati difuziju molekula vode i na taj način povećati tok vode u membrani. Istodobno, ova složena površinska morfologija također pomaže u smanjenju taloženja soli i nečistoća na površini membrane, smanjiti rizik od zagađenja membrane i osigurati dugoročni stabilan rad RO membrane.

4. Sinergistički učinak mikrostrukture: ukupna učinkovitost preciznog "zaslona"
Mikrostruktura RO membrane nije jednostavan dodatak svake komponente, već kroz sinergistički učinak izuzetno fine veličine pora, jedinstveni sastav materijala i složenu morfologiju mikroskopske površine, zajednički je stvorio snažnu učinkovitost kao precizni "zaslon".
Sitna veličina veličine pora pruža najosnovniju fizičku barijeru za odvajanje između molekula vode i soli i nečistoća. Jedinstvena kemijska struktura i fizička svojstva materijala određuju selektivnost i stabilnost membrane, omogućujući RO membrani da održava dobre performanse u složenom okruženju morske vode. Složena morfologija mikroskopske površine dodatno pojačava sposobnost odvajanja i performanse protiv zagađenja membrane.
U stvarnom procesu desalinizacije ti mikrostrukturni elementi surađuju jedni s drugima i rade zajedno. Kad morska voda teče u RO membranu pod pritiskom, prije svega, sol i nečistoće u početku se presreću na površini membrane zbog ogromne razlike u veličini i membranskim pore. Zatim, kemijska svojstva materijala i raspodjele površinske naboja adsorb ili odbijaju sol i nečistoće, što ih dodatno sprječava da prođu kroz membranske pore. Istodobno, molekule vode difuznu i migriraju u složenoj topografiji površine membrane, pronađite i prolaze kroz membrane pore i postižu prijenos iz morske vode u slatku vodu.