Bagaimana ukuran pori kecil membantu membran RO mencapai desalinasi air laut?

1. Ukuran pori yang sangat kecil: skala presisi dunia mikroskopis
Ukuran pori dari Membran ro dapat disebut skala presisi utama di dunia mikroskopis. Biasanya, ukuran pori hanya sekitar 0,0001 mikron, yang sangat kecil sehingga hampir tidak terbayangkan. Untuk merasakan skala ini lebih intuitif, kita dapat membandingkannya dengan zat umum. Sebagian besar virus memiliki diameter antara 0,02 dan 0,3 mikron, dan ukuran pori membran RO jauh lebih kecil daripada kebanyakan virus. Dengan ukuran pori yang begitu kecil, hanya molekul yang sangat kecil seperti molekul air yang memiliki kesempatan untuk melewatinya.
Diameter molekul air adalah sekitar 0,276 nanometer. Sebagai perbandingan, diameter garam dalam air laut, seperti pasangan ion natrium klorida, sekitar 0,5 nanometer, dan ukuran mikroorganisme seperti Escherichia coli bahkan pada tingkat mikron. Perbedaan ukuran yang sangat besar ini membuat membran RO seperti saringan super yang dirancang dengan baik dalam proses desalinasi air laut. Garam dan kotoran tidak dapat melewati mikropori pada membran karena ukurannya yang besar, sementara molekul air dapat dengan relatif mudah melewati saluran mikropori ini dan transfer dari sisi air laut ke sisi air tawar karena ukurannya yang kecil.
Dari perspektif prinsip -prinsip fisik, mekanisme skrining ini berdasarkan perbedaan ukuran konsisten dengan mekanika fluida dan teori difusi molekuler. Ketika air laut mengalir melalui membran RO di bawah tekanan eksternal, molekul air mengikuti hukum gerakan Brown di bawah tekanan dan menemukan dan melewati pori -pori membran pada skala mikroskopis. Namun, garam dan kotoran tidak dapat berpartisipasi dalam "perjalanan melintasi" mikroskopis ini karena ukurannya melebihi kisaran pori -pori membran, dan secara efektif dicegat. Efek penyaringan yang tepat ini memberikan jaminan paling mendasar untuk desalinasi air laut dan merupakan salah satu elemen kunci bagi membran RO untuk menjadi "layar" yang tepat.

2. Komposisi Bahan yang Unik: Dasar Bahan Mikrostruktur
Alasan mengapa struktur mikro membran RO bisa sangat tepat tidak dapat dipisahkan dari karakteristik unik dari bahan polimer yang membentuknya. Ada banyak jenis bahan polimer yang merupakan membran RO, di antaranya poliamida, selulosa asetat, dll. Adalah bahan yang lebih umum. Bahan -bahan polimer ini memiliki struktur kimia yang unik dan sifat fisik, memberikan dasar material untuk membangun struktur mikro yang tepat.
Mengambil membran komposit poliamida sebagai contoh, mereka biasanya terdiri dari lapisan pemisahan aktif poliamida ultra-tipis dan lapisan pendukung. Lapisan pemisahan aktif poliamida adalah bagian inti untuk mencapai pemisahan garam dan kotoran. Ini membentuk struktur mikroporous yang sangat halus pada permukaan lapisan pendukung melalui teknologi canggih seperti polimerisasi antarmuka. Bahan poliamida itu sendiri memiliki stabilitas kimia yang baik dan kekuatan mekanik, dan dapat menahan berbagai tekanan dan efek kimia dalam proses desalinasi sambil mempertahankan stabilitas struktur mikro.
Dalam struktur mikro lapisan pemisahan aktif poliamida, rantai molekul berinteraksi satu sama lain melalui ikatan kovalen dan ikatan hidrogen, membentuk pengaturan yang ketat dan tertib. Pengaturan ini tidak hanya menentukan ukuran pori dan distribusi membran, tetapi juga mempengaruhi afinitas dan tolakan membran ke zat yang berbeda. Sebagai contoh, beberapa gugus fungsional pada rantai molekul poliamida, seperti gugus amida, memiliki polaritas tertentu dan dapat membentuk ikatan hidrogen dengan molekul air, sehingga mempromosikan transmisi molekul air dalam pori -pori membran. Untuk ion garam bermuatan, distribusi muatan pada permukaan membran poliamida akan menghasilkan tolakan elektrostatik, lebih lanjut mencegah garam melewati pori -pori membran.
Membran selulosa asetat juga memiliki sifat mikrostruktur yang unik. Selulosa asetat adalah turunan selulosa yang mengandung sejumlah besar gugus hidroksil dan asetil dalam struktur molekulnya. Kelompok fungsional ini memberikan membran selulosa asetat hidrofilisitas dan selektivitas yang baik. Pada skala mikroskopis, molekul selulosa asetat berinteraksi melalui gaya antar molekul van der Waals dan ikatan hidrogen untuk membentuk struktur membran dengan ukuran dan porositas pori spesifik. Struktur ini dapat secara efektif memblokir garam dan kotoran di air laut sambil memungkinkan molekul air melewati untuk mencapai desalinasi air laut.

3. Morfologi kompleks permukaan mikroskopis: "medan kasar" dari dunia mikroskopis
Pada skala mikroskopis, permukaan membran RO tidak rata dan halus, tetapi menghadirkan medan kompleks yang penuh dengan alur dan pori -pori kecil. Morfologi permukaan yang kompleks ini semakin meningkatkan kemampuan membran RO untuk bertindak sebagai "saringan" presisi.
Mikropori pada permukaan membran RO bukanlah lubang melingkar yang sederhana, tetapi memiliki bentuk yang kompleks dan distribusi yang tidak teratur. Mikropori ini mungkin elips, poligonal atau bahkan beberapa bentuk tidak teratur yang sulit dijelaskan. Selain itu, distribusinya pada permukaan membran bukan seragam, melainkan acak. Bentuk dan distribusi yang tidak teratur ini meningkatkan kesulitan bagi garam dan kotoran untuk melewati pori -pori membran.
Ketika garam dan kotoran mencoba untuk melewati pori -pori membran, mereka tidak hanya menghadapi batasan ukuran pori, tetapi juga tantangan yang dibawa oleh bentuk dan distribusi pori -pori membran. Karena penyimpangan pori -pori membran, garam dan kotoran dapat diblokir saat mendekati pori -pori membran karena mereka tidak dapat dengan sempurna cocok dengan pori -pori membran. Sebagai contoh, partikel koloid yang berbentuk tidak teratur dapat dicegat ketika mencoba melewati pori membran elips karena beberapa bagian partikel tidak dapat melewati bagian sempit pori membran.
Selain itu, alur mikroskopis dan pori -pori pada permukaan membran RO juga mempengaruhi aliran dan difusi molekul air pada permukaan membran. Sebelum melewati pori -pori membran, molekul air perlu berdifusi dan bermigrasi sampai batas tertentu pada permukaan membran. Morfologi kompleks permukaan membran dapat meningkatkan area kontak antara molekul air dan permukaan membran, meningkatkan difusi molekul air, dan dengan demikian meningkatkan fluks air membran. Pada saat yang sama, morfologi permukaan yang kompleks ini juga membantu mengurangi deposisi garam dan kotoran pada permukaan membran, mengurangi risiko polusi membran, dan memastikan operasi stabil jangka panjang dari membran RO.

4. Efek sinergis dari struktur mikro: efisiensi keseluruhan "layar" presisi
Struktur mikro dari membran RO bukanlah tambahan sederhana dari masing -masing komponen, tetapi melalui efek sinergis dari ukuran pori yang sangat halus, komposisi unik dari material dan morfologi kompleks dari permukaan mikroskopis, ia telah secara bersama -sama menciptakan efisiensi yang kuat sebagai "layar" presisi.
Ukuran kecil ukuran pori memberikan penghalang fisik paling mendasar untuk pemisahan antara molekul air dan garam dan kotoran. Struktur kimia yang unik dan sifat fisik material menentukan selektivitas dan stabilitas membran, memungkinkan membran RO untuk mempertahankan kinerja yang baik di lingkungan air laut yang kompleks. Morfologi kompleks permukaan mikroskopis semakin meningkatkan kemampuan pemisahan dan kinerja anti-polusi dari membran.
Dalam proses desalinasi yang sebenarnya, unsur -unsur mikrostruktur ini bekerja sama satu sama lain dan bekerja bersama. Ketika air laut mengalir ke membran RO di bawah tekanan, pertama -tama, garam dan kotoran pada awalnya dicegat pada permukaan membran karena perbedaan besar dalam ukuran dan pori -pori membran. Kemudian, sifat kimia material dan distribusi muatan permukaan menyerap atau mengusir garam dan kotoran, lebih lanjut mencegahnya melewati pori -pori membran. Pada saat yang sama, molekul air menyebar dan bermigrasi dalam topografi kompleks permukaan membran, menemukan dan melewati pori -pori membran, dan mencapai transfer dari air laut ke air tawar.