आरओ झिल्ली 99.9% नमक अस्वीकृति कैसे प्राप्त करती है?

रिवर्स ऑस्मोसिस मेम्ब्रेन (आरओ मेम्ब्रेन) प्राकृतिक ऑस्मोटिक प्रक्रिया का मुकाबला करने के मूल सिद्धांत पर काम करता है। यहाँ इसके कार्य तंत्र का गहन विश्लेषण दिया गया है:

प्राकृतिक ऑस्मोसिस और रिवर्स ऑस्मोसिस की भौतिक तुलना

प्राकृतिक परासरण घटना तब होती है जब अर्धपारगम्य झिल्ली (जैसे कि ताजा पानी और खारे पानी) के दोनों तरफ सांद्रता में अंतर होता है, पानी के अणु स्वतः ही कम सांद्रता वाले हिस्से से उच्च सांद्रता वाले हिस्से की ओर प्रवाहित होंगे जब तक कि दोनों तरफ की सांद्रता संतुलित न हो जाए। इस बिंदु पर, तरल सतह की ऊंचाई के अंतर से उत्पन्न दबाव आसमाटिक दबाव है।

एक तनु विलयन का आसमाटिक दाब π है: π = iCRT (जहाँ i विलेय अणुओं के विद्युत-अपघटन द्वारा उत्पन्न आयनों की संख्या है; C विलेय की मोलर सांद्रता है; R मोलर गैस स्थिरांक है; T परम तापमान है।)
उदाहरण के लिए, समुद्री जल का आसमाटिक दबाव 28 बार जितना अधिक होता है, जिससे जल प्रवाह को उलटने के लिए अधिक दबाव की आवश्यकता होती है।

रिवर्स ऑस्मोसिस का "उच्च दबाव काउंटर-फ्लो" खारे पानी वाले हिस्से पर दबाव डालता है (> आसमाटिक दबाव) जिससे पानी के अणु विपरीत दिशा में बहने लगते हैं, जिससे "खारे पानी→शुद्ध पानी" से रिवर्स सांद्रता प्रवणता प्रवास प्राप्त होता है।

रिवर्स ऑस्मोसिस के दौरान, विलायक की आसमाटिक दर, यानी तरल प्रवाह ऊर्जा N, है: N=Kh(Δp－Δπ) (जहाँ Kh हाइड्रोलिक पारगम्यता गुणांक है, जो तापमान के साथ थोड़ा बढ़ता है; Δp झिल्ली में स्थैतिक दबाव अंतर है; Δπ झिल्ली में आसमाटिक दबाव अंतर है)।

इस बिंदु पर: शुद्ध जल की ओर: गुजरने वाले जल के अणुओं को एकत्रित करना (प्रवेश करना), सांद्रित जल की ओर: नमक, भारी धातुओं और अन्य अशुद्धियों को बनाए रखना (सांद्रित करना)।

झिल्ली संरचना की अत्यधिक सटीकता

सैंडविच संरचना:

समर्थन परत: गैर-बुना कपड़ा (मोटाई ≈ 120 μm) - "स्टील फ्रेम" जो उच्च दबाव को झेल सकता है।

छिद्रयुक्त परत: पॉलीसल्फोने पदार्थ (छिद्र आकार 0.01-0.1μm) - "रक्षा की प्रथम पंक्ति" जो कीचड़, रेत और जंग को रोकती है।

सक्रिय परत: पॉलियामाइड फिल्म (मोटाई ≈ 200 एनएम) - वास्तविक "आणविक रेफरी", जिसका छिद्र आकार केवल 0.1-1 एनएम (पानी के अणुओं के आकार का लगभग दोगुना) होता है।

तुलनात्मक डेटा:

वायरस व्यास (0.02-0.3 μm) > झिल्ली छिद्र आकार 3000 गुना।

बैक्टीरिया का आकार (0.5-5 μm) > झिल्ली छिद्र का आकार 5000 गुना।

शास्त्रीय मॉडल सिद्धांत

• समाधान-प्रसार मॉडल

मूल धारणा: झिल्ली एक छिद्ररहित समरूप संरचना है, तथा विलेय और विलायक को विघटन और प्रसार के माध्यम से झिल्ली पदार्थ में स्थानांतरित किया जाता है।

संचरण प्रक्रिया:

विघटन: जल के अणु और विलेय झिल्ली की सतह पर सोख लेते हैं और झिल्ली पदार्थ में घुल जाते हैं;
प्रसार: रासायनिक विभव प्रवणता (दबाव अंतर) की चालक शक्ति के तहत, जल अणु अधिमानतः झिल्ली के माध्यम से विसरित होते हैं;

विशोषण: झिल्ली के दूसरी ओर शुद्ध जल के रूप में छोड़ा जाता है।

गणितीय अभिव्यक्ति: जल प्रवाह Jw = A(ΔP − डीपी), जहाँ A झिल्ली पारगम्यता गुणांक है, डीP लगाया गया दबाव है, और डी पी आसमाटिक दबाव अंतर है.

• अधिमान्य अधिशोषण-केशिका प्रवाह मॉडल

मुख्य धारणा: झिल्ली की सतह में नैनोस्केल चैनल होते हैं, जो प्राथमिक रूप से जल के अणुओं को सोखकर "बद्ध जल" की एक परत बनाते हैं, जबकि विलेय प्रतिकर्षित होते हैं।

संचरण तंत्र:

चयनात्मक अधिशोषण: झिल्ली की सतह चुनिंदा रूप से हाइड्रोजन बांड के माध्यम से पानी के अणुओं को अधिशोषित करती है (उदाहरण के लिए, सेल्यूलोज एसीटेट में कार्बोनिल ऑक्सीजन);

चैनल परिवहन: उच्च दबाव में, बद्ध जल "हाइड्रोजन बंध जंपिंग" के माध्यम से चैनलों से गुजरता है, जबकि विलेय आकार बहिष्करण के कारण बरकरार रहते हैं।

प्रदर्शन:

नमक अस्वीकृति दर: 98%-99.9% (विलवणीकरण के बाद टीडीएस

भारी धातु निष्कासन दर: > 99.9% (सीसा, आर्सेनिक, आदि).

प्रमुख प्रभावित करने वाले कारक

परिचालन दाब
समाधान आसमाटिक दबाव से अधिक होना चाहिए, आमतौर पर औद्योगिक अनुप्रयोगों (विलवणीकरण) के लिए 60-80 बार, और घरेलू उपयोग के लिए 2-4 बार।

तापमान: 5-45℃ (उच्च तापमान झिल्ली छिद्र विरूपण का कारण बनता है)

पीएच रेंज: 4-11 (पॉलियामाइड झिल्ली), 5-6 (सेल्यूलोज एसीटेट झिल्ली)।

प्रदूषकों के प्रकार

अकार्बनिक स्केलिंग (जैसे, CaCO₃): pH=2 पर साइट्रिक एसिड से सफाई की आवश्यकता होती है

जैविक संदूषण (जैसे, जीवाणु फिल्में): DBNPA सैनिटाइज़र से उपचारित।

अनुप्रयोग परिदृश्य और झिल्ली प्रकार चयन

समुद्री जल विलवणीकरण पॉलियामाइड मिश्रित झिल्ली (टीएफसी) उच्च दबाव प्रतिरोध (＞60 बार), 99% विलवणीकरण दर

घरेलू जल शुद्धिकरण सर्पिल मिश्रित झिल्ली कम दबाव संचालन (2-4 बार), ऊर्जा की बचत 30%।

औद्योगिक शुद्ध जल (इलेक्ट्रॉनिक चिप्स) अल्ट्रा-कम दबाव समग्र झिल्ली उत्पाद जल प्रतिरोधकता 18 MΩ·cm.