Hoe helpt de kleine poriegrootte RO -membraan om de ontzilting van zeewater te bereiken?

1. Extreem kleine poriegrootte: de precisieschaal van de microscopische wereld
De poriegrootte van de RO -membraan kan de ultieme precisieschaal in de microscopische wereld worden genoemd. Gewoonlijk is de poriegrootte slechts ongeveer 0,0001 micron, wat zo klein is dat het bijna onvoorstelbaar is. Om deze schaal intuïtiever te voelen, kunnen we deze vergelijken met gemeenschappelijke stoffen. De meeste virussen hebben een diameter tussen 0,02 en 0,3 micron en de poriegrootte van het RO -membraan is veel kleiner dan die van de meeste virussen. Met zo'n kleine poriegrootte hebben alleen zeer kleine moleculen zoals watermoleculen de kans om door te gaan.
De diameter van een watermolecuul is ongeveer 0,276 nanometer. Ter vergelijking: de diameter van zout in zeewater, zoals natriumchloride -ionenparen, is ongeveer 0,5 nanometer en de grootte van micro -organismen zoals Escherichia coli is zelfs op micronniveau. Dit enorme grootteverschil maakt het RO-membraan als een goed ontworpen superzeef tijdens het ontziltingsproces van zeewater. Zout en onzuiverheden kunnen niet door de microporiën op het membraan gaan vanwege hun grote omvang, terwijl watermoleculen relatief gemakkelijk door deze microporiekanalen kunnen passeren en van de zeewaterzijde naar de zoetwaterzijde kunnen overbrengen vanwege hun kleine grootte.
Vanuit het perspectief van fysieke principes is dit screeningmechanisme op basis van grootteverschillen consistent met vloeistofmechanica en moleculaire diffusietheorie. Wanneer zeewater door het RO -membraan onder externe druk stroomt, volgen watermoleculen de wet van Brownse beweging onder druk en vinden ze de membraanporiën op een microscopische schaal. Zout en onzuiverheden kunnen echter niet deelnemen aan deze microscopische "kruisingreis" omdat hun grootte het bereik van membraanporiën overschrijdt en effectief wordt onderschept. Dit precieze screeningeffect biedt de meest elementaire garantie voor de ontzilting van zeewater en is een van de belangrijkste elementen voor RO -membranen om precieze "schermen" te worden.

2. Unieke samenstelling van materialen: materiaalbasis van microstructuur
De reden waarom de microstructuur van het RO -membraan zo nauwkeurig kan zijn, is onafscheidelijk van de unieke kenmerken van de polymeermaterialen die het vormen. Er zijn veel soorten polymeermaterialen die RO -membranen vormen, waaronder polyamide, celluloseacetaat, etc. meer gebruikelijke materialen zijn. Deze polymeermaterialen hebben unieke chemische structuren en fysische eigenschappen en bieden een materiële basis voor het bouwen van precieze microstructuren.
Als voorbeeld polyamide-composietmembranen als voorbeeld, zijn ze meestal samengesteld uit een ultradunne polyamide actieve scheidingslaag en een ondersteuningslaag. De actieve scheidingslaag van polyamide is het kerndeel voor het bereiken van de scheiding van zout en onzuiverheden. Het vormt een extreem fijne microporeuze structuur op het oppervlak van de ondersteuningslaag door geavanceerde technologieën zoals grensvlakpolymerisatie. Het polyamidemateriaal zelf heeft een goede chemische stabiliteit en mechanische sterkte en kan verschillende drukken en chemische effecten in het ontziltingsproces weerstaan ​​met behoud van de stabiliteit van de microstructuur.
In de microstructuur van de actieve scheidingslaag van polyamide, interageren de moleculaire ketens met elkaar door covalente bindingen en waterstofbruggen, waardoor een strakke en ordelijke opstelling wordt gevormd. Deze opstelling bepaalt niet alleen de poriegrootte en verdeling van het membraan, maar beïnvloedt ook de affiniteit en afstoting van het membraan tot verschillende stoffen. Sommige functionele groepen op de polyamidemoleculaire keten, zoals amidegroepen, hebben bijvoorbeeld een bepaalde polariteit en kunnen waterstofbruggen vormen met watermoleculen, waardoor de transmissie van watermoleculen in de membraanporiën wordt bevorderd. Voor geladen zoutionen zal de ladingsverdeling op het oppervlak van het polyamidemembraan elektrostatische afstoting veroorzaken, waardoor zout verder door de membraanporiën gaat.
Celluloseacetaatmembranen hebben ook unieke microstructurele eigenschappen. Celluloseacetaat is een cellulosedivaat dat een groot aantal hydroxyl- en acetylgroepen in zijn moleculaire structuur bevat. Deze functionele groepen geven celluloseacetaatmembranen goede hydrofiliciteit en selectiviteit. Op de microscopische schaal interageren celluloseacetaatmoleculen door intermoleculaire van der Waals -krachten en waterstofbruggen om een ​​membraanstructuur te vormen met een specifieke poriegrootte en porositeit. Deze structuur kan effectief zout en onzuiverheden in zeewater blokkeren, terwijl watermoleculen kunnen passeren om de ontzilting van zeewater te bereiken.

3. Complexe morfologie van microscopisch oppervlak: "robuust terrein" van de microscopische wereld
Op de microscopische schaal is het oppervlak van het RO -membraan niet plat en glad, maar presenteert een complex terrein vol kleine groeven en poriën. Deze complexe oppervlaktemorfologie verbetert verder het vermogen van het RO -membraan om te fungeren als een precisie "zeef".
De microporiën op het oppervlak van het RO -membraan zijn geen eenvoudige cirkelvormige gaten, maar hebben complexe vormen en onregelmatige distributies. Deze microporiën kunnen elliptisch, veelhoekig of zelfs enkele onregelmatige vormen zijn die moeilijk te beschrijven zijn. Bovendien is hun verdeling op het membraanoppervlak niet uniform, maar eerder willekeurig. Deze onregelmatige vorm en verdeling verhoogt de moeilijkheid voor zout en onzuiverheden om door de membraanporiën te gaan.
Wanneer zout en onzuiverheden proberen door de membraanporiën te gaan, worden ze niet alleen geconfronteerd met de beperking van de poriegrootte, maar ook de uitdagingen die worden gebracht door de vorm en verdeling van de membraanporiën. Vanwege de onregelmatigheid van de membraanporiën kunnen zout en onzuiverheden worden geblokkeerd bij het naderen van de membraanporiën omdat ze niet perfect kunnen overeenkomen met de membraanporiën. Een onregelmatig gevormd colloïdaal deeltje kan bijvoorbeeld worden onderschept wanneer hij probeert door een elliptische membraanporie te passeren omdat sommige delen van het deeltje niet door het smalle deel van de membraanporie kunnen gaan.
Bovendien beïnvloeden de microscopische groeven en poriën op het oppervlak van het RO -membraan ook de stroom en diffusie van watermoleculen op het membraanoppervlak. Voordat de membraanporiën passeren, moeten watermoleculen diffunderen en tot op zekere hoogte migreren op het membraanoppervlak. De complexe morfologie van het membraanoppervlak kan het contactoppervlak tussen watermoleculen en het membraanoppervlak vergroten, de diffusie van watermoleculen bevorderen en dus de waterflux van het membraan verhogen. Tegelijkertijd helpt deze complexe oppervlaktemorfologie ook om de afzetting van zout en onzuiverheden op het membraanoppervlak te verminderen, het risico op membraanvervuiling te verminderen en de langdurige stabiele werking van het RO-membraan te waarborgen.

4. Synergistisch effect van microstructuur: de algehele efficiëntie van precisie "scherm"
De microstructuur van het RO -membraan is geen eenvoudige toevoeging van elke component, maar door het synergetische effect van de extreem fijne poriegrootte, de unieke samenstelling van het materiaal en de complexe morfologie van het microscopische oppervlak, heeft het gezamenlijk zijn krachtige efficiëntie gecreëerd als een precisie "scherm".
De kleine grootte van de poriegrootte biedt de meest basale fysieke barrière voor de scheiding tussen watermoleculen en zout en onzuiverheden. De unieke chemische structuur en fysische eigenschappen van het materiaal bepalen de selectiviteit en stabiliteit van het membraan, waardoor het RO -membraan goede prestaties kan behouden in een complexe zeewateromgeving. De complexe morfologie van het microscopische oppervlak verbetert verder het scheidingsvermogen en de anti-vervuilingsprestaties van het membraan.
In het daadwerkelijke ontziltingsproces werken deze microstructurele elementen met elkaar mee en werken samen. Wanneer zeewater onder druk naar het RO -membraan stroomt, worden zout en onzuiverheden in de eerste plaats aanvankelijk onderschept op het membraanoppervlak vanwege het enorme verschil in grootte en membraanporiën. Vervolgens de chemische eigenschappen van het materiaal en de oppervlakteladingsverdeling Adsorb of het afstoten van zout en onzuiverheden, waardoor ze verder voorkomen dat ze door de membraanporiën gaan. Tegelijkertijd diffunderen en migreren watermoleculen in de complexe topografie van het membraanoppervlak, vinden en passeren door de membraanporiën en bereik de overdracht van zeewater naar zoet water.