Cum ajută dimensiunea minusculă a porilor să realizeze membrana Ro?

1.. Dimensiunea extrem de minusculă a porilor: scala de precizie a lumii microscopice
Dimensiunea porilor RO MEMBRANE poate fi numită scala de precizie finală în lumea microscopică. De obicei, dimensiunea porilor acestuia este de aproximativ 0.0001 microni, ceea ce este atât de mic încât este aproape de neimaginat. Pentru a simți mai intuitiv această scară, o putem compara cu substanțe comune. Majoritatea virusurilor au un diametru între 0,02 și 0,3 microni, iar dimensiunea porilor membranei RO este mult mai mică decât cea a majorității virușilor. Cu o dimensiune atât de mică a porilor, doar moleculele foarte mici, cum ar fi moleculele de apă, au șansa de a trece.
Diametrul unei molecule de apă este de aproximativ 0,276 nanometri. În comparație, diametrul sării în apa de mare, cum ar fi perechile de ioni de clorură de sodiu, este de aproximativ 0,5 nanometri, iar dimensiunea microorganismelor precum Escherichia coli este chiar la nivel de micron. Această diferență uriașă de dimensiuni face ca membrana RO să fie o sită super-proiectată în procesul de desalinizare a apei de mare. Sarea și impuritățile nu pot trece prin micropore de pe membrană datorită dimensiunilor lor mari, în timp ce moleculele de apă pot trece relativ ușor prin aceste canale micropore și se pot transfera din partea apei de mare pe partea de apă dulce, datorită dimensiunii lor minuscule.
Din perspectiva principiilor fizice, acest mecanism de screening bazat pe diferențele de dimensiune este în concordanță cu mecanica fluidelor și teoria difuziei moleculare. Când apa de mare curge prin membrana RO sub presiune externă, moleculele de apă respectă legea mișcării browniene sub presiune și găsesc și trec prin porii membranei la scară microscopică. Cu toate acestea, sarea și impuritățile nu pot participa la această „călătorie de trecere” microscopică, deoarece dimensiunea lor depășește gama de pori de membrană și sunt interceptate în mod efectiv. Acest efect de screening precis oferă cea mai de bază garanție pentru desalinizarea apei de mare și este unul dintre elementele cheie pentru membranele RO pentru a deveni „ecrane” precise.

2. Compoziția unică a materialelor: baza materială a microstructurii
Motivul pentru care microstructura membranei RO poate fi atât de precisă este inseparabilă de caracteristicile unice ale materialelor polimerice care o constituie. Există multe tipuri de materiale polimerice care constituie membrane RO, printre care poliamidă, acetat de celuloză etc. sunt materiale mai frecvente. Aceste materiale polimerice au structuri chimice unice și proprietăți fizice, oferind o bază materială pentru construirea microstructurilor precise.
Luând ca exemplu membranele compozite din poliamidă, acestea sunt de obicei compuse dintr-un strat de separare activă de poliamidă ultra-subțire și un strat de sprijin. Stratul de separare activă din poliamidă este partea principală pentru realizarea separării de sare și impurități. Formează o structură microporoasă extrem de fină pe suprafața stratului de sprijin prin tehnologii avansate, cum ar fi polimerizarea interfațială. Materialul de poliamidă în sine are o stabilitate chimică bună și o rezistență mecanică și poate rezista la diverse presiuni și efecte chimice în procesul de desalinizare, menținând în același timp stabilitatea microstructurii.
În microstructura stratului de separare activă poliamidă, lanțurile moleculare interacționează între ele prin legături covalente și legături de hidrogen, formând un aranjament strâns și ordonat. Acest aranjament nu numai că determină dimensiunea și distribuția porilor a membranei, dar afectează și afinitatea și repulsia membranei la diferite substanțe. De exemplu, unele grupuri funcționale de pe lanțul molecular de poliamidă, cum ar fi grupele de amidă, au o anumită polaritate și pot forma legături de hidrogen cu molecule de apă, promovând astfel transmiterea moleculelor de apă în porii membranei. Pentru ionii de sare încărcați, distribuția sarcinii pe suprafața membranei de poliamidă va produce repulsie electrostatică, împiedicând în continuare trecerea sării prin porii membranei.
Membranele de acetat de celuloză au, de asemenea, proprietăți microstructurale unice. Acetatul de celuloză este un derivat de celuloză care conține un număr mare de grupe hidroxil și acetil în structura sa moleculară. Aceste grupuri funcționale conferă membranelor de acetat de celuloză o hidrofilicitate bună și selectivitate. La scară microscopică, moleculele de acetat de celuloză interacționează prin forțele intermoleculare van der Waals și legăturile de hidrogen pentru a forma o structură de membrană cu o dimensiune specifică a porilor și porozitate. Această structură poate bloca eficient sarea și impuritățile în apa de mare, permițând în același timp moleculele de apă să treacă pentru a obține desalinizarea apei de mare.

3. Morfologia complexă a suprafeței microscopice: „Terenul accidentat” al lumii microscopice
La scara microscopică, suprafața membranei RO nu este plană și netedă, dar prezintă un teren complex plin de caneluri și pori minusculi. Această morfologie complexă de suprafață îmbunătățește în continuare capacitatea membranei RO de a acționa ca o „sită” de precizie.
Microporele de pe suprafața membranei RO nu sunt găuri circulare simple, dar au forme complexe și distribuții neregulate. Aceste micropore pot fi eliptice, poligonale sau chiar unele forme neregulate care sunt dificil de descris. Mai mult, distribuția lor pe suprafața membranei nu este uniformă, ci mai degrabă aleatorie. Această formă și distribuție neregulată crește dificultatea pentru sare și impurități de a trece prin porii membranei.
Când sarea și impuritățile încearcă să treacă prin porii membranei, nu numai că se confruntă cu limitarea dimensiunii porilor, dar și provocărilor aduse de forma și distribuția porilor membranei. Datorită neregularității porii membranei, sarea și impuritățile pot fi blocate atunci când se apropie de porii membranei, deoarece nu pot corespunde perfect porii membranei. De exemplu, o particulă coloidală în formă neregulată poate fi interceptată atunci când încearcă să treacă printr -un pori de membrană eliptică, deoarece unele părți ale particulei nu pot trece prin partea îngustă a porilor membranei.
În plus, canelurile microscopice și porii de pe suprafața membranei RO afectează, de asemenea, fluxul și difuzarea moleculelor de apă pe suprafața membranei. Înainte de a trece prin porii membranei, moleculele de apă trebuie să difuzeze și să migreze într -o anumită măsură pe suprafața membranei. Morfologia complexă a suprafeței membranei poate crește aria de contact dintre moleculele de apă și suprafața membranei, să promoveze difuzarea moleculelor de apă și, astfel, să crească fluxul de apă al membranei. În același timp, această morfologie complexă de suprafață ajută, de asemenea, la reducerea depunerii de sare și impurități pe suprafața membranei, la reducerea riscului de poluare a membranei și asigură funcționarea stabilă pe termen lung a membranei RO.

4. Efect sinergic al microstructurii: eficiența generală a „ecranului” de precizie
Microstructura membranei RO nu este o adăugare simplă a fiecărei componente, ci prin efectul sinergic al dimensiunii extrem de fine a porilor, compoziția unică a materialului și morfologia complexă a suprafeței microscopice, a creat în comun eficiența sa puternică ca „ecran” de precizie.
Mărimea minusculă a dimensiunii porilor oferă cea mai de bază barieră fizică pentru separarea dintre moleculele de apă și sare și impurități. Structura chimică unică și proprietățile fizice ale materialului determină selectivitatea și stabilitatea membranei, permițând membranei RO să mențină performanțe bune într -un mediu complex de apă de mare. Morfologia complexă a suprafeței microscopice îmbunătățește în continuare capacitatea de separare și performanța anti-poluare a membranei.
În procesul de desalinizare efectivă, aceste elemente microstructurale cooperează între ele și lucrează împreună. Când apa de mare curge spre membrana RO sub presiune, în primul rând, sarea și impuritățile sunt inițial interceptate pe suprafața membranei, datorită diferenței uriașe de dimensiune și porii membranei. Apoi, proprietățile chimice ale materialului și ale distribuției de distribuție a sarcinii de suprafață adsorb sau respinge sare și impurități, împiedicându -le în continuare să treacă prin porii membranei. În același timp, moleculele de apă difuzează și migrează în topografia complexă a suprafeței membranei, găsesc și trec prin porii membranei și obțin transferul de la apa de mare la apă dulce.