Bagaimana Membran RO Mencapai 99.9% Penolakan Garam?

Membran osmosis songsang (membran RO) beroperasi pada prinsip teras menentang proses osmosis semula jadi. Berikut adalah analisis mendalam tentang mekanisme kerjanya:

Perbandingan Fizikal Osmosis Asli dan Osmosis Songsang

Fenomena Osmosis Semulajadi ialah apabila terdapat perbezaan kepekatan pada kedua-dua belah membran separa telap (seperti air tawar dan air masin), molekul air akan mengalir secara spontan dari bahagian kepekatan rendah ke bahagian kepekatan tinggi sehingga kepekatan kedua-dua belah seimbang. Pada ketika ini, tekanan yang dihasilkan oleh perbezaan ketinggian permukaan cecair ialah tekanan osmotik.

Tekanan osmotik π bagi larutan cair ialah: π = iCRT (di mana i ialah bilangan ion yang dihasilkan oleh elektrolisis molekul zat terlarut; C ialah kepekatan molar zat terlarut; R ialah pemalar gas molar; T ialah suhu mutlak.)
Sebagai contoh, tekanan osmotik air laut adalah setinggi 28 bar, memerlukan tekanan yang lebih besar untuk membalikkan aliran air.

"Aliran Balas Tekanan Tinggi" Osmosis Songsang mengenakan tekanan pada bahagian masin (>tekanan osmotik) memaksa molekul air mengalir secara terbalik, mencapai penghijrahan kecerunan kepekatan terbalik daripada "air masin→air tulen."

Semasa osmosis songsang, kadar osmotik pelarut, iaitu, tenaga aliran cecair N, ialah: N=Kh(Δp-Δπ) (di mana Kh ialah pekali kebolehtelapan hidraulik, yang meningkat sedikit dengan suhu; Δp ialah perbezaan tekanan statik merentasi membran; Δπ ialah perbezaan tekanan osmotik merentas membran).

Pada ketika ini: Di ​​bahagian air tulen: Mengumpul molekul air yang melalui (meresap), Di bahagian air pekat: Menahan garam, logam berat, dan kekotoran lain (pekat).

Ketepatan Melampau Struktur Membran

Struktur sandwic:

Lapisan sokongan: Fabrik bukan tenunan (ketebalan ≈ 120 μm) - "bingkai keluli" yang menahan tekanan tinggi.

Lapisan berliang: Bahan polysulfone (saiz liang 0.01-0.1 μm) - "garisan pertahanan pertama" yang memintas lumpur, pasir dan karat.

Lapisan aktif: Filem poliamida (ketebalan ≈ 200 nm) - "pengadil molekul" sebenar dengan saiz liang hanya 0.1-1 nm (≈ dua kali ganda saiz molekul air).

Data perbandingan:

Diameter virus (0.02-0.3 μm) > Saiz liang membran 3000 kali ganda.

Saiz bakteria (0.5-5 μm) > Saiz liang membran 5000 kali ganda.

Teori model klasik

• Model Penyelesaian-Resapan

Andaian Teras: Membran adalah struktur homogen tanpa liang, dan zat terlarut dan pelarut dipindahkan melalui pembubaran ke dalam bahan membran dan resapan.

Proses penghantaran:

Pelarutan: Molekul air dan bahan larut menjerap pada permukaan membran dan larut ke dalam bahan membran;
Resapan: Di bawah daya penggerak kecerunan potensi kimia (perbezaan tekanan), molekul air lebih suka meresap melalui membran;

Desorpsi: Dikeluarkan sebagai air tulen di bahagian lain membran.

Ungkapan matematik: Fluks air Jw = A(ΔP − Dp), di mana A ialah pekali kebolehtelapan membran, DP ialah tekanan yang dikenakan, dan Dp ialah perbezaan tekanan osmosis.

• Model Aliran Penjerapan-Kapilari Keutamaan

Andaian teras: Permukaan membran mempunyai saluran berskala nano, yang lebih disukai menyerap molekul air untuk membentuk satu lapisan "air terikat", manakala bahan terlarut ditolak.

Mekanisme penghantaran:

Penjerapan terpilih: Permukaan membran secara selektif menyerap molekul air melalui ikatan hidrogen (cth, oksigen karbonil dalam selulosa asetat);

Pengangkutan saluran: Di bawah tekanan tinggi, air terikat melalui saluran melalui "melompat ikatan hidrogen," manakala bahan terlarut dikekalkan kerana pengecualian saiz.

Prestasi:

Kadar penolakan garam: 98%-99.9% (TDS

Kadar penyingkiran logam berat: >99.9% (plumbum, arsenik, dll.).

Faktor utama yang mempengaruhi

Tekanan Operasi
Mesti > tekanan osmotik larutan, biasanya 60-80 bar untuk aplikasi industri (penyahgaraman) dan 2-4 bar untuk kegunaan isi rumah.

Suhu: 5-45 ℃ (suhu tinggi menyebabkan ubah bentuk liang membran)

Julat pH: 4-11 (membran poliamida), 5-6 (membran selulosa asetat).

Jenis bahan pencemar

Penskalaan bukan organik (cth, CaCO₃): Memerlukan pembersihan asid sitrik pada pH=2

Pencemaran biologi (cth, filem bakteria): Dirawat dengan sanitizer DBNPA.

Senario Aplikasi dan Pemilihan Jenis Membran

Penyahgaraman air laut Membran komposit poliamida (TFC) Rintangan tekanan tinggi (＞60 bar), kadar penyahgaraman 99%.

Pembersihan air di rumah Membran komposit lingkaran Operasi tekanan rendah (2-4 bar), penjimatan tenaga 30%.

Air tulen industri (cip elektronik) Membran komposit tekanan ultra rendah Kerintangan air produk 18 MΩ·cm.