W jaki sposób mały rozmiar porów pomaga RO Membrane osiągnąć odsalanie wody morskiej?

1. Niezwykle mały rozmiar porów: precyzyjna skala świata mikroskopowego
Wielkość porów RO Membrane Można nazwać ostateczną skalę precyzyjną w świecie mikroskopowym. Zwykle jego wielkość porów wynosi tylko około 0,0001 mikronów, co jest tak małe, że jest prawie niewyobrażalne. Aby poczuć tę skalę bardziej intuicyjnie, możemy porównać ją ze wspólnymi substancjami. Większość wirusów ma średnicę między 0,02 a 0,3 mikronami, a wielkość porów błony RO jest znacznie mniejsza niż w przypadku większości wirusów. Przy tak małym rozmiarze porów tylko bardzo małe cząsteczki, takie jak cząsteczki wody, mają szansę przejść.
Średnica cząsteczki wody wynosi około 0,276 nanometrów. Dla porównania, średnica soli w wodzie morskiej, takim jak pary jonów chlorku sodu, wynosi około 0,5 nanometrów, a wielkość mikroorganizmów, takich jak Escherichia coli, jest nawet na poziomie mikrona. Ta ogromna różnica rozmiarów sprawia, że ​​membrana RO jest jak dobrze zaprojektowane super sito w procesie odsalania wody morskiej. Sól i zanieczyszczenia nie mogą przechodzić przez mikropory na membranie ze względu na ich duży rozmiar, podczas gdy cząsteczki wody mogą stosunkowo łatwo przechodzić przez te kanały mikroporowe i przenieść z strony wody morskiej po stronie słodkiej ze względu na ich niewielki rozmiar.
Z perspektywy zasad fizycznych ten mechanizm badań przesiewowych oparty na różnicach wielkości jest zgodny z mechaniką płynu i teorią dyfuzji molekularnej. Gdy woda morska przepływa przez membranę RO pod ciśnieniem zewnętrznym, cząsteczki wody podążają za prawem ruchu Browna pod ciśnieniem i znajdują i przechodzą przez pory membranowe w skali mikroskopowej. Jednak sól i zanieczyszczenia nie mogą uczestniczyć w tej mikroskopowej „podróży do przecinania”, ponieważ ich rozmiar przekracza zakres porów błonowych i są skutecznie przechwycone. Ten precyzyjny efekt przesiewowy stanowi najbardziej podstawową gwarancję odsalania wody morskiej i jest jednym z kluczowych elementów membran RO, aby stały się precyzyjnymi „ekranami”.

2. Unikalny skład materiałów: Materialny podstawa mikrostruktury
Powód, dla którego mikrostruktura membrany RO może być tak precyzyjna, jest nierozerwalna z unikalnych charakterystyk materiałów polimerowych, które ją tworzą. Istnieje wiele rodzajów materiałów polimerowych, które stanowią błony RO, wśród których poliamid, octan celulozy itp. Są bardziej powszechnymi materiałami. Te materiały polimerowe mają unikalne struktury chemiczne i właściwości fizyczne, zapewniając materialną podstawę do budowania precyzyjnych mikrostruktur.
Przykładając błony kompozytowe poliamidowe jako przykład, zwykle składają się one z ultra-cienkiej warstwy separacji aktywnej poliamidu i warstwy nośnej. Aktywna warstwa separacji poliamidu jest podstawową częścią osiągnięcia oddzielenia soli i zanieczyszczeń. Tworzy wyjątkowo drobną mikroporowatą strukturę na powierzchni warstwy podporowej poprzez zaawansowane technologie, takie jak polimeryzacja międzyfazowa. Sam materiał poliamidowy ma dobrą stabilność chemiczną i wytrzymałość mechaniczną i może wytrzymać różne ciśnienia i efekty chemiczne w procesie odsalania przy jednoczesnym zachowaniu stabilności mikrostruktury.
W mikrostrukturze warstwy separacji aktywnej poliamidu łańcuchy molekularne oddziałują ze sobą poprzez kowalencyjne wiązania i wiązania wodorowe, tworząc ciasne i uporządkowane układ. Układ ten nie tylko określa wielkość porów i rozkład membrany, ale także wpływa na powinowactwo i odpychanie błony do różnych substancji. Na przykład niektóre grupy funkcjonalne w łańcuchu molekularnym poliamidowym, takie jak grupy amidowe, mają pewną polarność i mogą tworzyć wiązania wodorowe z cząsteczkami wody, promując w ten sposób przenoszenie cząsteczek wody w porach błonowych. W przypadku naładowanych jonów soli rozkład ładunku na powierzchni membrany poliamidowej wytwarza odpychanie elektrostatyczne, co dodatkowo zapobiegając przechodzącym przez pory membrany.
Membrany octanu celulozy mają również unikalne właściwości mikrostrukturalne. Octan celulozy jest pochodną celulozy, która zawiera dużą liczbę grup hydroksylowych i acetylowych w swojej strukturze molekularnej. Te grupy funkcjonalne dają błony octanu celulozowego dobrą hydrofilowość i selektywność. W skali mikroskopowej cząsteczki octanu celulozy oddziałują przez siły międzycząsteczkowe van der Waalsa i wiązania wodorowe, tworząc strukturę błony o specyficznej wielkości i porowatości porów. Ta struktura może skutecznie blokować sól i zanieczyszczenia w wodzie morskiej, jednocześnie umożliwiając przejście cząsteczek wody w celu uzyskania odsalania wody morskiej.

3. Złożona morfologia mikroskopijnej powierzchni: „Surowy teren” świata mikroskopowego
W skali mikroskopowej powierzchnia membrany RO nie jest płaska i gładka, ale przedstawia złożony teren pełen drobnych rowków i porów. Ta złożona morfologia powierzchni dodatkowo zwiększa zdolność błony RO do działania jako precyzyjne „sito”.
Mikropory na powierzchni membrany RO nie są prostymi okrągłymi otworami, ale mają złożone kształty i nieregularne rozkłady. Te mikropory mogą być eliptyczne, wielokątne lub nawet nieregularne kształty, które są trudne do opisania. Ponadto ich rozkład na powierzchni membrany nie jest jednolity, ale raczej losowy. Ten nieregularny kształt i rozkład zwiększają trudność dla soli i zanieczyszczeń, aby przejść przez pory membranowe.
Kiedy sól i zanieczyszczenia próbują przejść przez pory membranowe, nie tylko stają przed ograniczeniem wielkości porów, ale także wyzwań związanych z kształtem i rozkładem porów błonowych. Z powodu nieregularności porów błonowych sól i zanieczyszczenia mogą być blokowane podczas zbliżania się do porów błony, ponieważ nie mogą idealnie dopasować porów membranowych. Na przykład nieregularnie ukształtowana cząstka koloidalna może zostać przechwycona podczas próby przejścia przez eliptyczne pory błony, ponieważ niektóre części cząstki nie mogą przechodzić przez wąską część porów błony.
Ponadto mikroskopijne rowki i pory na powierzchni membrany RO wpływają również na przepływ i dyfuzję cząsteczek wody na powierzchni membrany. Przed przejściem przez pory błony cząsteczki wody muszą rozpraszać i migrować do pewnego stopnia na powierzchni membrany. Złożona morfologia powierzchni membrany może zwiększyć powierzchnię kontaktu między cząsteczkami wody a powierzchnią błony, promować dyfuzję cząsteczek wody, a tym samym zwiększyć strumień wody błony. Jednocześnie ta złożona morfologia powierzchni pomaga również zmniejszyć osadzanie soli i zanieczyszczeń na powierzchni błony, zmniejszyć ryzyko zanieczyszczenia błony i zapewni długoterminowe stabilne działanie błony RO.

4. Synergistyczny wpływ mikrostruktury: ogólna wydajność precyzyjnej „ekranu”
Mikrostruktura membrany RO nie jest prostym dodatkiem każdego komponentu, ale poprzez synergistyczny efekt bardzo drobnego rozmiaru porów, unikalny skład materiału i złożoną morfologię powierzchni mikroskopowej, wspólnie stworzyła swoją potężną wydajność jako precyzję „ekranu”.
Niewielki rozmiar wielkości porów stanowi najbardziej podstawową barierę fizyczną dla separacji cząsteczek wody od soli i zanieczyszczeń. Unikalna struktura chemiczna i właściwości fizyczne materiału określają selektywność i stabilność membrany, umożliwiając membranie RO na utrzymanie dobrej wydajności w złożonym środowisku wody morskiej. Złożona morfologia powierzchni mikroskopowej dodatkowo zwiększa zdolność separacji i działanie przeciwdziałania membranowi.
W faktycznym procesie odsalania te elementy mikrostrukturalne współpracują ze sobą i współpracują. Gdy woda morska płynie do membrany RO pod ciśnieniem, przede wszystkim sól i zanieczyszczenia są początkowo przechwycone na powierzchni membrany ze względu na ogromną różnicę w porach wielkości i porach membranowych. Następnie właściwości chemiczne materiału i rozkład ładunku powierzchniowego adsorb lub odpychanie soli i zanieczyszczeń, co dodatkowo zapobiegając przejściu przez pory membranowe. Jednocześnie cząsteczki wody rozpraszają i migrują w złożonej topografii powierzchni membranowej, znajdują i przechodzą przez pory membranowe i osiągają przeniesienie z wody morskiej do słodkiej wody.