Hur hjälper den lilla porstorleken RO -membranet att uppnå avsaltning av havsvatten?

1. Extremt liten porstorlek: Precisionsskalan i den mikroskopiska världen
Porstorleken på RO -membran kan kallas den ultimata precisionsskalan i den mikroskopiska världen. Vanligtvis är porstorleken bara cirka 0,0001 mikron, vilket är så litet att den är nästan otänkbar. För att känna denna skala mer intuitivt kan vi jämföra den med vanliga ämnen. De flesta virus har en diameter mellan 0,02 och 0,3 mikron, och porstorleken på RO -membranet är mycket mindre än för de flesta virus. Med en så liten porstorlek har endast mycket små molekyler som vattenmolekyler en chans att passera igenom.
Diametern för en vattenmolekyl är cirka 0,276 nanometrar. Som jämförelse är saltens diameter i havsvatten, såsom natriumkloridjonpar, cirka 0,5 nanometer, och storleken på mikroorganismer som Escherichia coli är till och med på mikronnivå. Denna enorma storleksskillnad gör RO-membranet som en väl utformad supersikt i processen med avsaltning av havsvatten. Salt och föroreningar kan inte passera genom mikroporerna på membranet på grund av deras stora storlek, medan vattenmolekyler kan relativt enkelt passera genom dessa mikroporkanaler och överföra från havsvattensidan till sötvattensidan på grund av deras lilla storlek.
Ur fysiska principer är denna screeningmekanism baserad på storleksskillnader i överensstämmelse med fluidmekanik och molekyldiffusionsteori. När havsvatten rinner genom RO -membranet under yttre tryck följer vattenmolekylerna lagen om brownisk rörelse under tryck och hittar och passerar genom membranporerna i mikroskopisk skala. Salt och föroreningar kan emellertid inte delta i denna mikroskopiska "korsningsresa" eftersom deras storlek överstiger intervallet av membranporer och effektivt avlyssnas. Denna exakta screeningeffekt ger den mest grundläggande garantin för avsaltning av havsvatten och är ett av de viktigaste elementen för RO -membran för att bli exakta "skärmar".

2. Unik sammansättning av material: Materialbasis för mikrostruktur
Anledningen till att mikrostrukturen för RO -membranet kan vara så exakt är oskiljaktigt från de unika egenskaperna hos polymermaterialet som utgör det. Det finns många typer av polymermaterial som utgör RO -membran, bland vilka polyamid, cellulosacetat etc. är vanligare material. Dessa polymermaterial har unika kemiska strukturer och fysiska egenskaper, vilket ger en materiell grund för att bygga exakta mikrostrukturer.
Med polyamidkompositmembran som ett exempel består de vanligtvis av ett ultratunt polyamidaktivt separationsskikt och ett stödlager. Det aktiva separationsskiktet för polyamid är kärndelen för att uppnå separering av salt och föroreningar. Det bildar en extremt fin mikroporös struktur på ytan av stödskiktet genom avancerade tekniker såsom gränsytepolymerisation. Själva polyamidmaterialet har god kemisk stabilitet och mekanisk styrka och tål olika tryck och kemiska effekter i avsaltningsprocessen samtidigt som mikrostrukturens stabilitet bibehålls.
I mikrostrukturen i det aktiva separationsskiktet för polyamid interagerar molekylkedjorna med varandra genom kovalenta bindningar och vätebindningar och bildar ett snävt och ordnat arrangemang. Detta arrangemang bestämmer inte bara porstorleken och distributionen av membranet, utan påverkar också membranens affinitet och avstötning till olika ämnen. Till exempel har vissa funktionella grupper på polyamidmolekylkedjan, såsom amidgrupper, viss polaritet och kan bilda vätebindningar med vattenmolekyler, vilket främjar överföring av vattenmolekyler i membranporerna. För laddade saltjoner kommer laddningsfördelningen på ytan av polyamidmembranet att producera elektrostatisk avstötning, vilket ytterligare förhindrar salt från att passera genom membranporerna.
Cellulosaacetatmembran har också unika mikrostrukturella egenskaper. Cellulosaacetat är ett cellulosaderivat som innehåller ett stort antal hydroxyl- och acetylgrupper i dess molekylstruktur. Dessa funktionella grupper ger cellulosacetatmembran god hydrofilicitet och selektivitet. I den mikroskopiska skalan interagerar cellulosaacetatmolekyler genom intermolekylära van der Waals -krafter och vätebindningar för att bilda en membranstruktur med en specifik porstorlek och porositet. Denna struktur kan effektivt blockera salt och föroreningar i havsvatten samtidigt som vattenmolekylerna kan passera för att uppnå avsaltning av havsvatten.

3. Komplex morfologi av mikroskopisk yta: "robust terräng" i den mikroskopiska världen
I den mikroskopiska skalan är ytan på RO -membranet inte platt och slät, utan presenterar en komplex terräng full av små spår och porer. Denna komplexa ytmorfologi förbättrar RO -membranets förmåga att fungera som en precision "sikt".
Mikroporerna på RO -membranets yta är inte enkla cirkulära hål, men har komplexa former och oregelbundna fördelningar. Dessa mikroporer kan vara elliptiska, polygonala eller till och med några oregelbundna former som är svåra att beskriva. Dessutom är deras fördelning på membranytan inte enhetlig utan snarare slumpmässig. Denna oregelbundna form och distribution ökar svårigheten för salt och föroreningar att passera genom membranporerna.
När salt och föroreningar försöker passera genom membranporerna, står de inte bara inför begränsningen av porstorlek, utan också de utmaningar som ges av formen och fördelningen av membranporerna. På grund av membranporernas oregelbundenhet kan salt och föroreningar blockeras när man närmar sig membranporerna eftersom de inte perfekt kan matcha membranporerna. Till exempel kan en oregelbundet formad kolloidal partikel avlyssnas när man försöker passera genom en elliptisk membranpore eftersom vissa delar av partikeln inte kan passera genom den smala delen av membranporen.
Dessutom påverkar de mikroskopiska spåren och porerna på ytan av RO -membranet också flödet och diffusionen av vattenmolekyler på membranytan. Innan vattenmolekylerna passerar genom membranporerna måste diffundera och migrera i viss utsträckning på membranytan. Den komplexa morfologin hos membranytan kan öka kontaktområdet mellan vattenmolekyler och membranytan, främja diffusionen av vattenmolekyler och därmed öka vattenflödet i membranet. Samtidigt hjälper denna komplexa ytmorfologi också att minska avsättningen av salt och föroreningar på membranytan, minska risken för membranföroreningar och säkerställa den långsiktiga stabila driften av RO-membranet.

4. Synergistisk effekt av mikrostruktur: den totala effektiviteten för precision "Screen"
Mikrostrukturen i RO -membranet är inte ett enkelt tillägg av varje komponent, men genom den synergistiska effekten av den extremt fina porstorleken, den unika sammansättningen av materialet och den komplexa morfologin för den mikroskopiska ytan har den gemensamt skapat sin kraftfulla effektivitet som en precision "skärm".
Den lilla storleken på porstorleken ger den mest grundläggande fysiska barriären för separationen mellan vattenmolekyler och salt och föroreningar. Den unika kemiska strukturen och fysiska egenskaperna hos materialet bestämmer membranets selektivitet och stabilitet, vilket gör att RO -membranet kan upprätthålla god prestanda i en komplex havsvattenmiljö. Den komplexa morfologin för den mikroskopiska ytan förbättrar membranets separationsförmåga och antiförorening.
I den faktiska avsaltningsprocessen samarbetar dessa mikrostrukturella element med varandra och arbetar tillsammans. När havsvatten rinner till RO -membranet under tryck, först avlyssnas salt och föroreningar initialt på membranytan på grund av den enorma skillnaden i storlek och membranporer. Sedan adsorberar de kemiska egenskaperna hos materialet och ytladdningsfördelningen eller avvisar salt och föroreningar, vilket ytterligare hindrar dem från att passera genom membranporerna. Samtidigt diffus och migrerar vattenmolekyler i den komplexa topografin på membranytan, hitta och passera genom membranporerna och uppnå överföringen från havsvatten till färskt vatten.