Paano Nakakamit ng RO Membrane ang 99.9% Salt Rejection?

Ang reverse osmosis membrane (RO membrane) ay gumagana sa pangunahing prinsipyo ng pagkontra sa natural na osmotic na proseso. Narito ang isang malalim na pagsusuri ng mekanismo ng pagtatrabaho nito:

Ang Pisikal na paghahambing ng Natural Osmosis at Reverse Osmosis

Ang Natural Osmosis Phenomenon ay kapag may pagkakaiba sa konsentrasyon sa magkabilang panig ng isang semipermeable membrane (tulad ng tubig-tabang at tubig-alat), ang mga molekula ng tubig ay kusang dadaloy mula sa mababang bahagi ng konsentrasyon patungo sa bahaging mataas na konsentrasyon hanggang sa balanse ang mga konsentrasyon sa magkabilang panig. Sa puntong ito, ang presyon na nabuo ng pagkakaiba sa taas ng ibabaw ng likido ay ang osmotic pressure.

Ang osmotic pressure π ng isang dilute solution ay: π = iCRT (kung saan ang i ay ang bilang ng mga ion na nabuo ng electrolysis ng mga solute molecule; C ay ang molar concentration ng solute; R ay ang molar gas constant; T ang absolute temperature.)
Halimbawa, ang osmotic pressure ng tubig-dagat ay kasing taas ng 28 bar, na nangangailangan ng mas malaking presyon upang baligtarin ang daloy ng tubig.

Ang "High-Pressure Counter-Flow" ng Reverse Osmosis ay naglalagay ng pressure sa saline side (>osmotic pressure) na pinipilit ang mga molekula ng tubig na dumaloy nang pabaligtad, na nakakamit ng reverse concentration gradient migration mula sa "saline water→ pure water."

Sa panahon ng reverse osmosis, ang osmotic rate ng solvent, ibig sabihin, ang liquid flow energy N, ay: N=Kh(Δp-Δπ) (kung saan ang Kh ay ang hydraulic permeability coefficient, na bahagyang tumataas sa temperatura; Δp ay ang static na pagkakaiba sa presyon sa buong lamad; Δπ ay ang osmotic pressure na pagkakaiba sa kabuuan ng lamad).

Sa puntong ito: Sa bahaging dalisay na tubig: Kinokolekta ang mga molekula ng tubig na dumadaan (tumagos), Sa bahaging puro tubig: Pagpapanatili ng asin, mabibigat na metal, at iba pang mga dumi (concentrate).

Extreme Precision ng Membrane Structure

Istraktura ng sandwich:

Support layer: Non-woven fabric (kapal ≈ 120 μm) - ang "steel frame" na lumalaban sa mataas na presyon.

Porous layer: Polysulfone material (pore size 0.01-0.1 μm) - ang "unang linya ng depensa" na humaharang sa putik, buhangin, at kalawang.

Aktibong layer: Polyamide film (kapal ≈ 200 nm) - ang tunay na "molecular referee," na may sukat ng butas na 0.1-1 nm lamang (≈ doble ang laki ng mga molekula ng tubig).

Data ng paghahambing:

Diametro ng virus (0.02-0.3 μm) > Laki ng butas ng lamad ng 3000 beses.

Sukat ng bakterya (0.5-5 μm) > Laki ng butas ng lamad ng 5000 beses.

Teorya ng klasikal na modelo

• Modelo ng Solusyon-Pagsasabog

Core Assumption: Ang lamad ay isang homogenous na istraktura na walang mga pores, at ang solute at solvent ay inililipat sa pamamagitan ng dissolution sa membrane material at diffusion.

Proseso ng Paghahatid:

Paglusaw: Ang mga molekula ng tubig at mga solute ay sumisipsip sa ibabaw ng lamad at natutunaw sa materyal ng lamad;
Pagsasabog: Sa ilalim ng puwersang nagtutulak ng gradient na potensyal ng kemikal (pagkaiba ng presyon), mas gustong kumalat ang mga molekula ng tubig sa lamad;

Desorption: Inilabas bilang purong tubig sa kabilang panig ng lamad.

Ekspresyon sa matematika: Water flux Jw = A(ΔP − Dp), kung saan ang A ay ang koepisyent ng pagkamatagusin ng lamad, DP ay ang inilapat na presyon, at Dp ay ang pagkakaiba sa osmotic pressure.

• Preferential Adsorption-Cpillary Flow Model

Core assumption: Ang ibabaw ng lamad ay may mga nanoscale na channel, na mas gustong sumisipsip ng mga molekula ng tubig upang bumuo ng isang monolayer ng "nakatali na tubig," habang ang mga solute ay tinataboy.

Mekanismo ng paghahatid:

Selective adsorption: Ang ibabaw ng lamad ay pumipili ng mga molekula ng tubig sa pamamagitan ng mga bono ng hydrogen (hal., carbonyl oxygen sa cellulose acetate);

Transportasyon ng channel: Sa ilalim ng mataas na presyon, ang tubig na nakagapos ay dumadaan sa mga channel sa pamamagitan ng "hydrogen bond jumping," habang ang mga solute ay pinananatili dahil sa pagbubukod ng laki.

Pagganap:

Rate ng pagtanggi ng asin: 98%-99.9% (TDS

Rate ng pag-alis ng mabibigat na metal: >99.9% (lead, arsenic, atbp.).

Mga pangunahing salik na nakakaimpluwensya

Operating Presyon
Dapat ay > solution osmotic pressure, karaniwang 60-80 bar para sa mga pang-industriyang aplikasyon (desalination), at 2-4 bar para sa gamit sa bahay.

Temperatura: 5-45 ℃ (ang mataas na temperatura ay nagdudulot ng deformation ng butas ng lamad)

Saklaw ng pH: 4-11 (polyamide membrane), 5-6 (cellulose acetate membrane).

Uri ng mga pollutant

Inorganic scaling (hal., CaCO₃): Nangangailangan ng paglilinis ng citric acid sa pH=2

Biological contamination (hal., bacterial films): Ginagamot gamit ang DBNPA sanitizer.

Mga Sitwasyon ng Application at Pagpili ng Uri ng Membrane

Desalination ng tubig-dagat Polyamide composite membrane (TFC) High-pressure resistance (＞60 bar), 99% desalination rate

Pagdalisay ng tubig sa bahay Spiral composite lamad Mababang presyon ng operasyon (2-4 bar), enerhiya nagse-save 30%.

Industrial purong tubig (electronic chips) Ultra-low pressure composite membrane Product water resistivity 18 MΩ·cm.