Како RO мембраната постигнува отфрлање на сол од 99,9%?

Мембраната со обратна осмоза (RO мембрана) работи на основниот принцип на спротивставување на природниот осмотски процес. Еве длабинска анализа на нејзиниот механизам на работа:

Физичка споредба на природна осмоза и обратна осмоза

Природниот феномен на осмоза е кога постои разлика во концентрацијата на двете страни од полупропустлива мембрана (како што е свежа вода и солена вода), молекулите на водата спонтано ќе течат од страната со ниска концентрација кон страната со висока концентрација сè додека концентрациите на двете страни не се избалансираат. Во овој момент, притисокот генериран од разликата во висината на површината на течноста е осмотскиот притисок.

Осмотскиот притисок π на разреден раствор е: π = iCRT (каде i е бројот на јони генерирани со електролиза на молекулите на растворената супстанца; C е моларната концентрација на растворената супстанца; R е моларната гасна константа; T е апсолутната температура.)
На пример, осмотскиот притисок на морската вода е висок и до 28 бари, што бара поголем притисок за да се смени текот на водата.

„Висок притисок - контрапроток“ на обратна осмоза е примена на притисок на страната на солената вода (>осмотски притисок) што ги принудува молекулите на водата да течат обратно, постигнувајќи обратна миграција на градиентот на концентрација од „солена вода → чиста вода“.

За време на обратна осмоза, осмотската брзина на растворувачот, т.е. енергијата на проток на течност N, е: N=Kh(Δp−Δπ) (каде Kh е коефициентот на хидраулична пропустливост, кој малку се зголемува со температурата; Δp е разликата во статичкиот притисок низ мембраната; Δπ е разликата во осмотскиот притисок низ мембраната).

Во овој момент: На страната на чистата вода: Собирање на молекулите на водата што минуваат низ неа (пермеираат), На страната на концентрираната вода: Задржување на сол, тешки метали и други нечистотии (концентрат).

Екстремна прецизност на мембранската структура

Сендвич структура:

Потпорен слој: Неткаен материјал (дебелина ≈ 120 μm) - „челична рамка“ што издржува висок притисок.

Порозен слој: Полисулфонски материјал (големина на порите 0,01-0,1 μm) - „првата линија на одбрана“ што пресретнува кал, песок и 'рѓа.

Активен слој: Полиамиден филм (дебелина ≈ 200 nm) - вистинскиот „молекуларен референт“, со големина на порите од само 0,1-1 nm (≈ двојно поголема од молекулите на водата).

Споредбени податоци:

Дијаметар на вирусот (0,02-0,3 μm) > големина на порите на мембраната 3000 пати.

Големина на бактерии (0,5-5 μm) > 5000 пати поголема од големината на порите на мембраната.

Класична теорија на модели

• Модел на раствор-дифузија

Основна претпоставка: Мембраната е хомогена структура без пори, а растворената супстанца и растворувачот се пренесуваат преку растворање во мембранскиот материјал и дифузија.

Процес на пренос:

Растворање: Молекулите на вода и растворените супстанции се адсорбираат на површината на мембраната и се раствораат во мембранскиот материјал;
Дифузија: Под движечката сила на градиентот на хемискиот потенцијал (разлика во притисокот), молекулите на водата преференцијално дифундираат низ мембраната;

Десорпција: Се ослободува како чиста вода од другата страна на мембраната.

Математички израз: Воден флукс Jw = A(ΔP − Дп), каде што A е коефициент на пропустливост на мембраната, ДP е применетиот притисок, и Дп е разликата во осмотскиот притисок.

• Преференцијален модел на адсорпција-капиларен проток

Основна претпоставка: Површината на мембраната има наноскални канали, кои преференцијално ги адсорбираат молекулите на водата за да формираат монослој од „врзана вода“, додека растворените супстанции се одбиваат.

Механизам на пренос:

Селективна адсорпција: Површината на мембраната селективно ги адсорбира молекулите на вода преку водородни врски (на пр., карбонилен кислород во целулоза ацетат);

Транспорт низ канали: Под висок притисок, врзаната вода поминува низ каналите преку „скокање на водородна врска“, додека растворените супстанции се задржуваат поради исклучување на големината.

Перформанси:

Стапка на отфрлање на сол: 98%-99,9% (TDS

Стапка на отстранување на тешки метали: >99,9% (олово, арсен, итн.).

Клучни фактори на влијание

Работен притисок
Мора да биде > осмотски притисок на растворот, обично 60-80 бари за индустриски апликации (бигоризација) и 2-4 бари за домашна употреба.

Температура: 5-45℃ (високата температура предизвикува деформација на порите на мембраната)

pH опсег: 4-11 (полиамидна мембрана), 5-6 (мембрана од целулозен ацетат).

Вид на загадувачи

Неорганско скалирање (на пр., CaCO3₃): Потребно е чистење со лимонска киселина при pH=2

Биолошка контаминација (на пр., бактериски филмови): Третирано со дезинфектант DBNPA.

Сценарија на примена и избор на тип на мембрана

Десалинизација на морска вода Полиамидна композитна мембрана (TFC) Отпорност на висок притисок (>60 бари), стапка на десалинизација од 99%

Прочистување на вода во домот Спирална композитна мембрана Работа со низок притисок (2-4 бари), заштеда на енергија од 30%.

Индустриска чиста вода (електронски чипови) Композитна мембрана со ултра низок притисок Водоотпорност на производот 18 MΩ·cm.