Kuinka pieni huokoskoko auttaa RO -kalvoa saavuttamaan meriveden suolanpoistoa?

1. Erittäin pieni huokoskoko: mikroskooppisen maailman tarkkuusasteikko
Huokoskoko Ro Voidaan kutsua lopulliseksi tarkkuusasteikoksi mikroskooppisessa maailmassa. Yleensä sen huokoskoko on vain noin 0,0001 mikronia, mikä on niin pieni, että se on melkein käsittämätön. Jotta voimme tuntea tämän asteikon intuitiivisemmin, voimme verrata sitä yhteisiin aineisiin. Useimpien virusten halkaisija on välillä 0,02 - 0,3 mikronia, ja RO -kalvon huokoskoko on paljon pienempi kuin useimpien virusten. Tällaisella pienellä huokoskokolla vain hyvin pienillä molekyyleillä, kuten vesimolekyyleillä, on mahdollisuus kulkea läpi.
Vesimolekyylin halkaisija on noin 0,276 nanometriä. Vertailun vuoksi meriveden suolan halkaisija, kuten natriumkloridi -ioniparit, on noin 0,5 nanometriä, ja mikro -organismien, kuten Escherichia colin, koko on jopa mikronitasolla. Tämä valtava kokoero tekee Ro-membraanista kuin hyvin suunniteltu superseula meriveden suolanpoistoprosessissa. Suola ja epäpuhtaudet eivät voi kulkea kalvon mikrohuollon läpi suuren koon vuoksi, kun taas vesimolekyylit voivat suhteellisen helposti kulkea näiden mikroporikanavien läpi ja siirtyä meriveden puolelta makean veden puolelle pienen koon vuoksi.
Fysikaalisten periaatteiden näkökulmasta tämä kokoeroihin perustuva seulontamekanismi on yhdenmukainen nesteen mekaniikan ja molekyylin diffuusioteorian kanssa. Kun merivedet virtaavat RO -kalvon läpi ulkoisen paineen alla, vesimolekyylit noudattavat Brownian liikkeen lakia paineen alla ja etsivät ja kulkevat membraanien huokosten läpi mikroskooppisessa mittakaavassa. Suola ja epäpuhtaudet eivät kuitenkaan voi osallistua tähän mikroskooppiseen "ylitysmatkalle", koska niiden koko ylittää membraanien huokosten alueen ja sieppataan tehokkaasti. Tämä tarkka seulontavaikutus tarjoaa meriveden suolanpoistolle perusteellisimman takuun ja on yksi RO -kalvojen keskeisistä elementeistä, jotta ne olisivat tarkkoja "näytöt".

2. Materiaalien ainutlaatuinen koostumus: Materiaalipohja mikrorakenteelle
Syy siihen, miksi RO -kalvon mikrorakenne voi olla niin tarkka, on erottamaton sen muodostavien polymeerimateriaalien ainutlaatuisista ominaisuuksista. On olemassa monen tyyppisiä polymeerimateriaaleja, jotka muodostavat RO -kalvoja, joista polyamidi, selluloosa -asetaatti jne. Ovat yleisempiä materiaaleja. Näillä polymeerimateriaaleilla on ainutlaatuiset kemialliset rakenteet ja fysikaaliset ominaisuudet, jotka tarjoavat materiaalin perustan tarkkojen mikrorakenteiden rakentamiselle.
Esimerkiksi polyamidikomposiittikalvojen ottaminen koostuu yleensä ultra-ohuneesta polyamidista aktiivisesta erotuskerroksesta ja tukikerroksesta. Polyamidi aktiivinen erotuskerros on ydinosa suolan ja epäpuhtauksien erottamisen saavuttamiseksi. Se muodostaa erittäin hienon mikrohuokoisen rakenteen tukikerroksen pinnalle edistyneiden tekniikoiden, kuten rajapintojen polymeroinnin, kautta. Itse polyamidimateriaalilla on hyvä kemiallinen stabiilisuus ja mekaaninen lujuus, ja se kestää erilaisia ​​paineita ja kemiallisia vaikutuksia suolanpoistoprosessissa säilyttäen samalla mikrorakenteen stabiilisuus.
Polyamidin aktiivisen erotuskerroksen mikrorakenteessa molekyyliketjut ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa kovalenttisten sidosten ja vety sidosten avulla muodostaen tiukan ja järjestetyn järjestelyn. Tämä järjestely ei vain määrittele kalvon huokoskoon ja jakautumista, vaan myös vaikuttaa kalvon affiniteettiin ja torjumiseen eri aineisiin. Esimerkiksi joillakin funktionaalisilla ryhmillä polyamidimolekyyliketjussa, kuten amidiryhmissä, on tietty napaisuus ja ne voivat muodostaa vety sidoksia vesimolekyyleillä, mikä edistää vesimolekyylien siirtoa kalvon huokosissa. Ladatuille suola -ionille polyamidikalvon pinnalla oleva varauksen jakautuminen tuottaa sähköstaattista torjumista, joka estää edelleen suolaa kulkemasta kalvon huokosten läpi.
Selluloosa -asetaattikalvoilla on myös ainutlaatuisia mikrorakenteellisia ominaisuuksia. Selluloosa -asetaatti on selluloosajohdannainen, joka sisältää suuren määrän hydroksyyli- ja asetyyliryhmiä sen molekyylirakenteessa. Nämä funktionaaliset ryhmät antavat selluloosa -asetaattikalvoille hyvän hydrofiilisyyden ja selektiivisyyden. Mikroskooppisessa mittakaavassa selluloosa -asetaattimolekyylit ovat vuorovaikutuksessa molekyylien välisten van der Waals -voimien ja vety sidosten kautta membraanirakenteen muodostamiseksi, jolla on spesifinen huokoskoko ja huokoisuus. Tämä rakenne voi tehokkaasti estää meriveden suolaa ja epäpuhtauksia antaen vesimolekyylien kulkea meriveden suolanpoiston saavuttamiseksi.

3. Mikroskooppisen pinnan monimutkainen morfologia: "Mikroskooppisen maailman karu maasto"
Mikroskooppisessa mittakaavassa RO -membraanin pinta ei ole tasainen ja sileä, mutta se on monimutkainen maasto, joka on täynnä pieniä uria ja huokosia. Tämä monimutkainen pintamorfologia parantaa edelleen RO -kalvon kykyä toimia tarkkuus "seulana".
RO -kalvon pinnalla olevat mikrohuodot eivät ole yksinkertaisia ​​pyöreitä reikiä, mutta niissä on monimutkaisia ​​muotoja ja epäsäännöllisiä jakautumisia. Nämä mikrohuodot voivat olla elliptisiä, monikulmaisia ​​tai jopa joitain epäsäännöllisiä muotoja, joita on vaikea kuvailla. Lisäksi niiden jakautuminen kalvon pinnalla ei ole tasainen, vaan satunnainen. Tämä epäsäännöllinen muoto ja jakauma lisäävät suolan ja epäpuhtauksien vaikeuksia kulkea kalvon huokosten läpi.
Kun suola ja epäpuhtaudet yrittävät kulkea kalvon huokosten läpi, ne eivät vain kohtaa huokoskoon rajoituksia, vaan myös kalvojen huokosten muodon ja jakautumisen aiheuttamia haasteita. Kalvojen huokosten epäsäännöllisyyden vuoksi suola ja epäpuhtaudet voivat estää lähestyessään kalvohuokosia, koska ne eivät pysty yhteen kalvon huokosiin. Esimerkiksi epäsäännöllisesti muotoiltu kolloidinen hiukkas voidaan siepata yrittäessään kulkea elliptisen kalvon huokosen läpi, koska jotkut hiukkasen osat eivät voi kulkea kalvon huokosen kapean osan läpi.
Lisäksi RO -kalvon pinnalla olevat mikroskooppiset urat ja huokoset vaikuttavat myös vesimolekyylien virtaukseen ja diffuusioon kalvon pinnalla. Ennen kuin kuljet kalvon huokosten läpi, vesimolekyylien on hajautettava ja siirrettävä tietyssä määrin kalvon pinnalla. Kalvon pinnan kompleksi morfologia voi lisätä vesimolekyylien ja kalvon pinnan välistä kosketusaluetta, edistää vesimolekyylien diffuusiota ja lisätä siten kalvon vesivuon. Samanaikaisesti tämä kompleksi pinnan morfologia auttaa myös vähentämään suolan ja epäpuhtauksien laskeutumista kalvon pinnalle, vähentämään kalvon pilaantumisen riskiä ja varmistamaan RO-kalvon pitkäaikainen vakaa toiminta.

4. Mikrorakenteen synergistinen vaikutus: Tarkkuuden "näytön" yleinen tehokkuus
RO -kalvon mikrorakenne ei ole yksinkertainen lisäys kunkin komponentin, vaan erittäin hienon huokoskoon synergistisen vaikutuksen, materiaalin ainutlaatuisen koostumuksen ja mikroskooppisen pinnan monimutkaisen morfologian avulla, se on yhdessä luonut voimakkaan tehokkuutensa tarkkuusnäyttöön.
Huokoskoon pieni koko tarjoaa fysikaalisen esteen vesimolekyylien ja suolan ja epäpuhtauksien erottamiselle. Materiaalin ainutlaatuinen kemiallinen rakenne ja fysikaaliset ominaisuudet määrittävät kalvon selektiivisyyden ja stabiilisuuden, jolloin RO -kalvo voi ylläpitää hyvää suorituskykyä monimutkaisessa meriveden ympäristössä. Mikroskooppisen pinnan monimutkainen morfologia parantaa entisestään kalvon erotuskykyä ja pilaantumisenestoainetta.
Todellisessa suolanpoistoprosessissa nämä mikrorakenteelliset elementit tekevät yhteistyötä keskenään ja työskentelevät yhdessä. Kun merivedet virtaavat RO -membraaniin paineen alla, ensinnäkin suola ja epäpuhtaudet siepataan alun perin kalvon pinnalla valtavan koon ja kalvon huokosten vuoksi. Sitten materiaalin kemialliset ominaisuudet ja pintavarausjakauma adsorboivat tai torjuvat suolaa ja epäpuhtauksia, estäen niitä edelleen kulkemasta kalvon huokosten läpi. Samanaikaisesti vesimolekyylit diffundoivat ja kulkevat kalvon pinnan monimutkaisessa topografiassa, etsivät ja kulkevat kalvon huokosten läpi ja saavuttavat siirron merivedestä makeaan veteen.