Kif il-Membrana RO Tikseb 99.9% Ċaħda tal-Melħ?

Il-membrana tal-osmosi inversa (membrana RO) topera fuq il-prinċipju ewlieni li tikkontrobatti l-proċess osmotiku naturali. Hawnhekk hawn analiżi fil-fond tal-mekkaniżmu ta' ħidma tagħha:

It-Tqabbil Fiżiku tal-Osmosi Naturali u l-Osmosi Inversa

Il-Fenomenu tal-Osmosi Naturali huwa meta jkun hemm differenza fil-konċentrazzjoni fuq iż-żewġ naħat ta' membrana semipermeabbli (bħal ilma ħelu u ilma mielaħ), il-molekuli tal-ilma jiċċirkolaw spontanjament min-naħa b'konċentrazzjoni baxxa għan-naħa b'konċentrazzjoni għolja sakemm il-konċentrazzjonijiet fuq iż-żewġ naħat ikunu bbilanċjati. F'dan il-punt, il-pressjoni ġġenerata mid-differenza fl-għoli tal-wiċċ tal-likwidu hija l-pressjoni osmotika.

Il-pressjoni osmotika π ta' soluzzjoni dilwita hija: π = iCRT (fejn i huwa n-numru ta' joni ġġenerati mill-elettroliżi tal-molekuli tas-solut; C hija l-konċentrazzjoni molari tas-solut; R hija l-kostanti molari tal-gass; T hija t-temperatura assoluta.)
Pereżempju, il-pressjoni osmotika tal-ilma baħar hija għolja daqs 28 bar, u teħtieġ pressjoni akbar biex ireġġa' lura l-fluss tal-ilma.

"Kontro-Fluss bi Pressjoni Għolja" tal-Osmosi Reversa huwa l-applikazzjoni ta' pressjoni fuq in-naħa salina (> pressjoni osmotika) li ġġiegħel lill-molekuli tal-ilma jiċċirkolaw bil-maqlub, u b'hekk tinkiseb migrazzjoni ta' gradjent ta' konċentrazzjoni inversa minn "ilma salin → ilma pur."

Waqt l-osmosi inversa, ir-rata osmotika tas-solvent, jiġifieri l-enerġija tal-fluss tal-likwidu N, hija: N=Kh(Δp－Δπ) (fejn Kh huwa l-koeffiċjent tal-permeabilità idrawlika, li jiżdied xi ftit mat-temperatura; Δp hija d-differenza fil-pressjoni statika tul il-membrana; Δπ hija d-differenza fil-pressjoni osmotika tul il-membrana).

F'dan il-punt: Fuq in-naħa tal-ilma pur: Jiġbru l-molekuli tal-ilma li jgħaddu minnu (jippermeaw), Fuq in-naħa tal-ilma kkonċentrat: Iżommu l-melħ, metalli tqal, u impuritajiet oħra (jikkonċentraw).

Preċiżjoni Estrema tal-Istruttura tal-Membrana

Struttura tas-sandwich:

Saff ta' appoġġ: Drapp mhux minsuġ (ħxuna ≈ 120 μm) - il-"qafas tal-azzar" li jiflaħ pressjoni għolja.

Saff poruż: Materjal tal-polisulfone (daqs tal-pori 0.01-0.1 μm) - l-"ewwel linja ta' difiża" li tinterċetta t-tajn, ir-ramel u s-sadid.

Saff attiv: Film tal-poliamide (ħxuna ≈ 200 nm) - ir-"referi molekulari" veru, b'daqs tal-pori ta' 0.1-1 nm biss (≈ id-doppju tad-daqs tal-molekuli tal-ilma).

Dejta ta' tqabbil:

Dijametru tal-virus (0.02-0.3 μm) > Daqs tal-pori tal-membrana 3000 darba.

Daqs tal-batterja (0.5-5 μm) > Daqs tal-pori tal-membrana 5000 darba.

Teorija tal-mudell klassiku

• Mudell ta' Diffużjoni tas-Soluzzjoni

Assunzjoni Ċentrali: Il-membrana hija struttura omoġenja mingħajr pori, u s-solut u s-solvent jiġu trasferiti permezz ta' dissoluzzjoni fil-materjal tal-membrana u diffużjoni.

Proċess ta' Trażmissjoni:

Dissoluzzjoni: Il-molekuli tal-ilma u s-soluti jassorbu fuq il-wiċċ tal-membrana u jinħallu fil-materjal tal-membrana;
Diffużjoni: Taħt il-forza li tmexxi l-gradjent potenzjali kimiku (differenza fil-pressjoni), il-molekuli tal-ilma jiddiffużu preferenzjalment mill-membrana;

Desorbiment: Rilaxxat bħala ilma pur fuq in-naħa l-oħra tal-membrana.

Espressjoni matematika: Il-fluss tal-ilma Jw = A(ΔP − Dp), fejn A huwa l-koeffiċjent tal-permeabilità tal-membrana, DP hija l-pressjoni applikata, u Dp hija d-differenza fil-pressjoni osmotika.

• Mudell ta' Fluss Kapillari ta' Assorbiment Preferenzjali

Suppożizzjoni ewlenija: Il-wiċċ tal-membrana għandu kanali fuq skala nanometrika, li preferenzjalment jassorbu l-molekuli tal-ilma biex jiffurmaw saff wieħed ta' "ilma marbut", filwaqt li s-soluti jiġu rripelati.

Mekkaniżmu ta' trasmissjoni:

Assorbiment selettiv: Il-wiċċ tal-membrana jassorbi b'mod selettiv il-molekuli tal-ilma permezz ta' bonds tal-idroġenu (eż., ossiġnu karboniliku fl-aċetat taċ-ċelluloża);

Trasport tal-kanali: Taħt pressjoni għolja, l-ilma marbut jgħaddi mill-kanali permezz ta' "qbiż tal-bond tal-idroġenu", filwaqt li s-soluti jinżammu minħabba l-esklużjoni tad-daqs.

Prestazzjoni:

Rata ta' rifjut tal-melħ: 98%-99.9% (TDS

Rata ta' tneħħija ta' metalli tqal: >99.9% (ċomb, arseniku, eċċ.).

Fatturi ewlenin li jinfluwenzaw

Pressjoni Operattiva
Irid ikun > pressjoni osmotika tas-soluzzjoni, tipikament 60-80 bar għal applikazzjonijiet industrijali (desalinazzjoni), u 2-4 bar għal użu domestiku.

Temperatura: 5-45℃ (temperatura għolja tikkawża deformazzjoni tal-pori tal-membrana)

Firxa tal-pH: 4-11 (membrana tal-poliamide), 5-6 (membrana taċ-ċelluloża aċetata).

Tip ta' sustanzi li jniġġsu

Skaljar inorganiku (eż., CaCO3₃): Jeħtieġ tindif bl-aċidu ċitriku f'pH=2

Kontaminazzjoni bijoloġika (eż., films batteriċi): Trattata b'sanitizer DBNPA.

Xenarji ta' Applikazzjoni u Għażla tat-Tip ta' Membrana

Desalinizzazzjoni tal-ilma baħar Membrana komposta tal-poliamide (TFC) Reżistenza għal pressjoni għolja (＞60 bar), rata ta' desalinizzazzjoni ta' 99%

Purifikazzjoni tal-ilma fid-dar Membrana komposta spirali Tħaddim bi pressjoni baxxa (2-4 bar), iffrankar tal-enerġija ta' 30%.

Ilma pur industrijali (ċipep elettroniċi) Membrana komposta bi pressjoni ultra-baxxa Reżistività tal-ilma tal-prodott 18 MΩ·cm.