Ako pomáha malá veľkosť pórov RO membránu dosiahnuť odsoľovanie morskej vody?

1. Extrémna malá veľkosť pórov: presná stupnica mikroskopického sveta
Veľkosť pórov Membrána dá sa nazvať v mikroskopickom svete konečnú presnú stupnicu. Jeho veľkosť pórov je zvyčajne iba asi 0,0001 mikrónov, čo je také malé, že je takmer nepredstaviteľné. Aby sme cítili intuitívnejšie, môžeme ho porovnávať s bežnými látkami. Väčšina vírusov má priemer medzi 0,02 a 0,3 mikrónov a veľkosť pórov RO membrány je oveľa menšia ako u väčšiny vírusov. Pri takej malej veľkosti pórov majú šancu prejsť iba veľmi malé molekuly, ako sú molekuly vody.
Priemer molekuly vody je asi 0,276 nanometrov. V porovnaní s tým je priemer soli v morskej vode, ako sú páry iónov chloridu sodného, ​​asi 0,5 nanometrov a veľkosť mikroorganizmov, ako je napríklad Escherichia coli, je dokonca na hladine mikrónu. Vďaka tomuto rozdielu s veľkou veľkosťou je membrána RO ako dobre navrhnuté super sito v procese odsoľovania morskej vody. Soľ a nečistoty nemôžu prechádzať mikropórmi na membráne kvôli ich veľkej veľkosti, zatiaľ čo molekuly vody môžu relatívne ľahko prechádzať cez tieto mikropórové kanály a prenášať zo strany morskej vody na stranu sladkej vody kvôli svojej malej veľkosti.
Z hľadiska fyzikálnych princípov je tento skríningový mechanizmus založený na rozdieloch veľkosti v súlade s mechanikou tekutín a teóriou molekulárnej difúzie. Keď morská voda preteká ro membránou pod vonkajším tlakom, molekuly vody sledujú zákon brownovho pohybu pod tlakom a nájdite a prechádzajú membránovými pórmi v mikroskopickom meradle. Soľ a nečistoty sa však nemôžu zúčastňovať na tejto mikroskopickej „priechodnej ceste“, pretože ich veľkosť presahuje rozsah membránových pórov a účinne sa zachytí. Tento presný skríningový efekt poskytuje najzákladnejšiu záruku odsoľovania morskej vody a je jedným z kľúčových prvkov, aby sa RO membrány stali presnými „obrazovkami“.

2. Unikátne zloženie materiálov: Materiál Základ mikroštruktúry
Dôvod, prečo môže byť mikroštruktúra Membrány RO tak presná, je neoddeliteľná od jedinečných charakteristík polymérnych materiálov, ktoré ju tvoria. Existuje veľa typov polymérnych materiálov, ktoré tvoria RO membrány, medzi ktorými sú bežnejšie materiály polyamid, octancetát celulózy atď. Tieto polymérne materiály majú jedinečné chemické štruktúry a fyzikálne vlastnosti, ktoré poskytujú materiál pre výstavbu presných mikroštruktúr.
Ako príklad berú zložené polyamidové kompozitné membrány, zvyčajne sa skladajú z ultratenzívnej polyamidovej aktívnej separačnej vrstvy a podpornej vrstvy. Polyamid aktívna separačná vrstva je jadrom na dosiahnutie separácie soli a nečistôt. Vytvára mimoriadne jemnú mikroporéznu štruktúru na povrchu podpornej vrstvy prostredníctvom pokročilých technológií, ako je medzifázová polymerizácia. Samotný polyamidový materiál má dobrú chemickú stabilitu a mechanickú pevnosť a môže odolať rôznym tlakom a chemickým účinkom v procese odsoľovania pri zachovaní stability mikroštruktúry.
V mikroštruktúre polyamidovej aktívnej separačnej vrstvy molekulárne reťazce vzájomne pôsobia prostredníctvom kovalentných väzieb a vodíkových väzieb, čím tvoria pevné a usporiadané usporiadanie. Toto usporiadanie nielen určuje veľkosť pórov a distribúciu membrány, ale tiež ovplyvňuje afinitu a odpudenie membrány na rôzne látky. Napríklad niektoré funkčné skupiny na molekulárnom reťazci polyamidu, ako sú amidové skupiny, majú určitú polaritu a môžu tvoriť vodíkové väzby s molekulami vody, čím podporujú prenos molekúl vody v membránových póroch. V prípade nabitých soľných iónov bude distribúcia náboja na povrchu polyamidovej membrány produkovať elektrostatické odpudenie, čím sa ďalej bráni v membránovom póroch.
Membrány acetátu celulózy majú tiež jedinečné mikroštrukturálne vlastnosti. Cellulóza acetát je derivát celulózy, ktorý obsahuje veľké množstvo hydroxylových a acetylových skupín v jeho molekulárnej štruktúre. Tieto funkčné skupiny poskytujú celulózové octanové membrány dobrú hydrofilnosť a selektivitu. V mikroskopickej mierke interagujú molekuly octanu celulózy prostredníctvom intermolekulárnych van der Waalsových síl a vodíkových väzieb za vzniku membránovej štruktúry so špecifickou veľkosťou a pórovitosťou. Táto štruktúra môže účinne blokovať soľ a nečistoty v morskej vode a zároveň umožniť prejsť molekulami vody, aby sa dosiahla odsoľovanie morskej vody.

3. Komplexná morfológia mikroskopického povrchu: „robustný terén“ mikroskopického sveta
V mikroskopickom meradle nie je povrch membrány RO plochý a hladký, ale predstavuje zložitý terén plný malých drážok a pórov. Táto komplexná morfológia povrchu ďalej zvyšuje schopnosť Membrány RO pôsobiť ako presné „sito“.
Mikropóry na povrchu membrány RO nie sú jednoduchými kruhovými otvormi, ale majú zložité tvary a nepravidelné rozdelenie. Tieto mikropóry môžu byť eliptické, polygonálne alebo dokonca niektoré nepravidelné tvary, ktoré je ťažké opísať. Okrem toho ich distribúcia na povrchu membrány nie je jednotná, ale skôr náhodná. Tento nepravidelný tvar a distribúcia zvyšujú ťažkosti so soľou a nečistotami prechádzať membránovými pórmi.
Keď sa soľ a nečistoty pokúšajú prejsť membránovými pórmi, nielenže čelia obmedzeniu veľkosti pórov, ale aj výzvam, ktoré spôsobujú tvar a distribúciu membránových pórov. Kvôli nepravidelnosti pórov membrány môžu byť soľ a nečistoty blokované pri blížiacich sa membránových póroch, pretože nemôžu dokonale zodpovedať membránové póry. Napríklad nepravidelne tvarovaná koloidná častica sa môže zachytiť pri pokuse prejsť eliptickým pórom membrány, pretože niektoré časti častice nemôžu prechádzať úzkou časťou membránového póru.
Okrem toho mikroskopické drážky a póry na povrchu membrány RO tiež ovplyvňujú prietok a difúziu molekúl vody na povrchu membrány. Pred prejdením membránových pórov musia molekuly vody difundovať a migrovať do istej miery na povrchu membrány. Komplexná morfológia povrchu membrány môže zvýšiť kontaktnú plochu medzi molekulami vody a povrchom membrány, podporuje difúziu molekúl vody, a tým zvyšuje tok vody membrány. Zároveň táto komplexná morfológia povrchu tiež pomáha znižovať depozíciu soli a nečistoty na povrch membrány, znižuje riziko znečistenia membrány a zabezpečuje dlhodobú stabilnú prevádzku Membrány RO.

4. Synergický účinok mikroštruktúry: celková účinnosť presnosti „obrazovky“
Mikroštruktúra Membrány RO nie je jednoduchým pridaním každej zložky, ale prostredníctvom synergického účinku extrémne jemnej veľkosti pórov, jedinečného zloženia materiálu a komplexnej morfológie mikroskopického povrchu, spoločne vytvorila svoju silnú účinnosť ako presný „obrazovka“.
The tiny size of the pore size provides the most basic physical barrier for the separation between water molecules and salt and impurities. Unikátna chemická štruktúra a fyzikálne vlastnosti materiálu určujú selektivitu a stabilitu membrány, čo umožňuje Membráne RO udržiavať dobrý výkon v zložitom prostredí morskej vody. Komplexná morfológia mikroskopického povrchu ďalej zvyšuje separačnú schopnosť a antikologickú výkonnosť membrány.
V skutočnom procese odsoľovania tieto mikroštruktúrne prvky navzájom spolupracujú a spolupracujú. Keď morská voda prúdi na RO membránu pod tlakom, v prvom rade sa soľ a nečistoty spočiatku zachytia na povrchu membrány kvôli obrovskému rozdielu vo veľkosti a membránových póroch. Potom chemické vlastnosti materiálu a distribúcia povrchového náboja adsorb alebo odpudzujú soli a nečistoty, čím im ďalej bránia v membránovom póroch. Zároveň molekuly vody difúzujú a migrujú v komplexnej topografii povrchu membrány, nájdu a prechádzajú cez membránové póry a dosahujú prenos z morskej vody do sladkej vody.