Hvordan hjelper den bittesmå porestørrelsen RO -membranen med å oppnå avsalting av sjøvann?

1. Ekstremt liten porestørrelse: Presisjonsskalaen til den mikroskopiske verden
Porestørrelsen på Ro -membran kan kalles den ultimate presisjonsskalaen i den mikroskopiske verden. Vanligvis er porestørrelsen bare rundt 0,0001 mikron, som er så liten at den er nesten utenkelig. For å føle denne skalaen mer intuitivt, kan vi sammenligne den med vanlige stoffer. De fleste virus har en diameter mellom 0,02 og 0,3 mikron, og porestørrelsen til RO -membranen er mye mindre enn for de fleste virus. Med en så liten porestørrelse har bare veldig små molekyler som vannmolekyler en sjanse til å passere gjennom.
Diameteren til et vannmolekyl er omtrent 0,276 nanometer. Til sammenligning er diameteren på salt i sjøvann, så som natriumkloridionpar, omtrent 0,5 nanometer, og størrelsen på mikroorganismer som Escherichia coli er til og med på mikronnivå. Denne enorme størrelsesforskjellen gjør RO-membranen som en godt designet supersil i prosessen med avsalting av sjøvann. Salt og urenheter kan ikke passere gjennom mikroporene på membranen på grunn av deres store størrelse, mens vannmolekyler relativt lett kan passere gjennom disse mikroporekanalene og overføre fra sjøvannssiden til ferskvannssiden på grunn av deres lille størrelse.
Fra perspektivet på fysiske prinsipper er denne screeningmekanismen basert på størrelsesforskjeller i samsvar med væskemekanikk og molekylær diffusjonsteori. Når sjøvann renner gjennom RO -membranen under ytre trykk, følger vannmolekyler loven om brownsk bevegelse under trykk og finner og passerer gjennom membranporene i en mikroskopisk skala. Salt og urenheter kan imidlertid ikke delta i denne mikroskopiske "kryssende reisen" fordi størrelsen overstiger området av membranporene, og blir effektivt oppfanget. Denne nøyaktige screening -effekten gir den mest grunnleggende garantien for avsalting av sjøvann og er et av nøkkelelementene for RO -membraner for å bli presise "skjermer".

2. Unik materialsammensetning: Materialbasis for mikrostruktur
Årsaken til at mikrostrukturen til RO -membranen kan være så presis er uatskillelig fra de unike egenskapene til polymermaterialene som utgjør den. Det er mange typer polymermaterialer som utgjør RO -membraner, blant dem polyamid, celluloseacetat, etc. er mer vanlige materialer. Disse polymermaterialene har unike kjemiske strukturer og fysiske egenskaper, og gir et materielt grunnlag for å bygge presise mikrostrukturer.
Når de tar polyamidkomposittmembraner som eksempel, er de vanligvis sammensatt av et ultra-tynt polyamid aktivt separasjonslag og et støttelag. Det polyamidaktive separasjonslaget er kjernedelen for å oppnå separasjon av salt og urenheter. Det danner en ekstremt fin mikroporøs struktur på overflaten av støttelaget gjennom avanserte teknologier som grensesnittpolymerisasjon. Selve polyamidmaterialet har god kjemisk stabilitet og mekanisk styrke, og tåler forskjellige trykk og kjemiske effekter i avsaltingsprosessen, samtidig som du opprettholdes stabiliteten til mikrostrukturen.
I mikrostrukturen til det polyamidaktive separasjonslaget, interagerer molekylkjedene med hverandre gjennom kovalente bindinger og hydrogenbindinger, og danner et strengt og ordnet arrangement. Denne ordningen bestemmer ikke bare porestørrelsen og fordelingen av membranen, men påvirker også affiniteten og frastøtningen av membranen til forskjellige stoffer. For eksempel har noen funksjonelle grupper på polyamidmolekylkjeden, som amidgrupper, visse polaritet og kan danne hydrogenbindinger med vannmolekyler, og dermed fremme overføring av vannmolekyler i membranporene. For ladede saltioner vil ladningsfordelingen på overflaten av polyamidmembranen produsere elektrostatisk frastøtning, og ytterligere forhindre at salt passerer gjennom membranporene.
Celluloseacetatmembraner har også unike mikrostrukturelle egenskaper. Celluloseacetat er et cellulosderivat som inneholder et stort antall hydroksyl- og acetylgrupper i dens molekylstruktur. Disse funksjonelle gruppene gir celluloseacetatmembraner god hydrofilisitet og selektivitet. I den mikroskopiske skalaen interagerer celluloseacetatmolekyler gjennom intermolekylære van der Waals -krefter og hydrogenbindinger for å danne en membranstruktur med en spesifikk porestørrelse og porøsitet. Denne strukturen kan effektivt blokkere salt og urenheter i sjøvann, samtidig som vannmolekyler kan passere gjennom for å oppnå avsalting av sjøvann.

3. Kompleks morfologi av mikroskopisk overflate: "Rugget terreng" i den mikroskopiske verden
I den mikroskopiske skalaen er overflaten av RO -membranen ikke flat og glatt, men presenterer et sammensatt terreng fullt av bittesmå spor og porer. Denne komplekse overflatemorfologien forbedrer RO -membranens evne til å fungere som en presisjon "sil".
Mikroporene på overflaten av RO -membranen er ikke enkle sirkulære hull, men har komplekse former og uregelmessige fordelinger. Disse mikroporene kan være elliptiske, polygonale eller til og med noen uregelmessige former som er vanskelige å beskrive. Dessuten er deres fordeling på membranoverflaten ikke ensartet, men heller tilfeldig. Denne uregelmessige formen og fordelingen øker vanskeligheten for at salt og urenheter passerer gjennom membranporene.
Når salt og urenheter prøver å passere gjennom membranporene, møter de ikke bare begrensningen av porestørrelse, men også utfordringene som er brakt av formen og fordelingen av membranporene. På grunn av uregelmessigheten til membranporene, kan salt og urenheter blokkeres når de nærmer seg membranporene fordi de ikke perfekt kan samsvare med membranporene. For eksempel kan en uregelmessig formet kolloidal partikkel bli oppfanget når du prøver å passere gjennom en elliptisk membranpore fordi noen deler av partikkelen ikke kan passere gjennom den smale delen av membranporen.
I tillegg påvirker de mikroskopiske sporene og porene på overflaten av RO -membranen også strømmen og diffusjonen av vannmolekyler på membranoverflaten. Før du passerer gjennom membranporene, må vannmolekyler diffundere og migrere til en viss grad på membranoverflaten. Den komplekse morfologien til membranoverflaten kan øke kontaktområdet mellom vannmolekyler og membranoverflaten, fremme diffusjon av vannmolekyler og dermed øke vannstrømmen til membranen. Samtidig bidrar denne komplekse overflatemorfologien til å redusere avsetningen av salt og urenheter på membranoverflaten, redusere risikoen for membranforurensning og sikre den langsiktige stabile driften av RO-membranen.

4. Synergistisk effekt av mikrostruktur: den generelle effektiviteten til presisjonens "skjerm"
Mikrostrukturen til RO -membranen er ikke et enkelt tilsetning av hver komponent, men gjennom den synergistiske effekten av den ekstremt fine porestørrelsen, den unike sammensetningen av materialet og den komplekse morfologien til den mikroskopiske overflaten, har den i fellesskap skapt sin kraftige effektivitet som en presisjon "-skjerm".
Den lille størrelsen på porestørrelsen gir den mest grunnleggende fysiske barrieren for separasjonen mellom vannmolekyler og salt og urenheter. Den unike kjemiske strukturen og de fysiske egenskapene til materialet bestemmer selektiviteten og stabiliteten til membranen, slik at RO -membranen kan opprettholde god ytelse i et komplekst sjøvannsmiljø. Den komplekse morfologien til den mikroskopiske overflaten forbedrer separasjonsevnen og membranens antiforurensningsytelse ytterligere.
I den faktiske avsaltingsprosessen samarbeider disse mikrostrukturelle elementene med hverandre og jobber sammen. Når sjøvann strømmer til RO -membranen under trykk, blir først salt og urenheter opprinnelig oppfanget på membranoverflaten på grunn av den enorme forskjellen i størrelse og membranporer. Deretter adsorerer de kjemiske egenskapene til materialet og overflateladningsfordelingen adsorberer eller frastøter salt og urenheter, noe som forhindrer dem i å passere gjennom membranporene. Samtidig diffunderer vannmolekyler og vandrer i den komplekse topografien av membranoverflaten, finner og passerer gjennom membranporene, og oppnår overføring fra sjøvann til ferskvann.