Como o tamanho minúsculo dos poros ajuda a membrana a alcançar a dessalinização da água do mar?

1. Tamanho extremamente minúsculo dos poros: a escala de precisão do mundo microscópico
O tamanho dos poros do Membrana ro pode ser chamado de escala de precisão final no mundo microscópico. Geralmente, o tamanho do poro é de apenas cerca de 0,0001 mícrons, o que é tão pequeno que é quase inimaginável. Para sentir essa escala de maneira mais intuitiva, podemos compará -la com substâncias comuns. A maioria dos vírus tem um diâmetro entre 0,02 e 0,3 mícrons, e o tamanho dos poros da membrana RO é muito menor que o da maioria dos vírus. Com um tamanho de poro tão pequeno, apenas moléculas muito pequenas, como moléculas de água, têm a chance de passar.
O diâmetro de uma molécula de água é de cerca de 0,276 nanômetros. Em comparação, o diâmetro do sal na água do mar, como os pares de íons de cloreto de sódio, é de cerca de 0,5 nanômetros e o tamanho de microorganismos como Escherichia coli está no nível do mícrons. Essa enorme diferença de tamanho torna a membrana RO como uma super peneira bem projetada no processo de dessalinização da água do mar. Sal e impurezas não podem passar pelos microporos na membrana devido ao seu tamanho grande, enquanto as moléculas de água podem passar relativamente facilmente por esses canais de microporos e transferir do lado da água do mar para o lado da água doce devido ao seu pequeno tamanho.
Da perspectiva dos princípios físicos, esse mecanismo de triagem baseado em diferenças de tamanho é consistente com a mecânica de fluidos e a teoria da difusão molecular. Quando a água do mar flui através da membrana RO sob pressão externa, as moléculas de água seguem a lei do movimento browniano sob pressão e encontram e passam pelos poros da membrana em uma escala microscópica. No entanto, sal e impurezas não podem participar dessa "jornada de cruzamento" microscópica porque seu tamanho excede a faixa de poros da membrana e é efetivamente interceptado. Esse efeito preciso de triagem fornece a garantia mais básica para a dessalinização da água do mar e é um dos elementos -chave para as membranas RO se tornarem "telas" precisas.

2. Composição única de materiais: Base material da microestrutura
A razão pela qual a microestrutura da membrana RO pode ser tão precisa é inseparável das características únicas dos materiais poliméricos que a constituem. Existem muitos tipos de materiais de polímero que constituem membranas de RO, entre as quais poliamida, acetato de celulose etc. são materiais mais comuns. Esses materiais poliméricos têm estruturas químicas e propriedades físicas exclusivas, fornecendo uma base material para a construção de microestruturas precisas.
Tomando membranas compostas de poliamida como exemplo, elas geralmente são compostas por uma camada de separação ativa de poliamida ultrafina e uma camada de suporte. A camada de separação ativa de poliamida é a parte central para alcançar a separação de sal e impurezas. Ele forma uma estrutura microporosa extremamente fina na superfície da camada de suporte através de tecnologias avançadas, como polimerização interfacial. O material de poliamida em si tem boa estabilidade química e força mecânica e pode suportar várias pressões e efeitos químicos no processo de dessalinização, mantendo a estabilidade da microestrutura.
Na microestrutura da camada de separação ativa da poliamida, as cadeias moleculares interagem entre si através de ligações covalentes e ligações de hidrogênio, formando um arranjo apertado e ordenado. Esse arranjo não apenas determina o tamanho e a distribuição dos poros da membrana, mas também afeta a afinidade e a repulsão da membrana a diferentes substâncias. Por exemplo, alguns grupos funcionais na cadeia molecular de poliamida, como os grupos amida, têm certa polaridade e podem formar ligações de hidrogênio com moléculas de água, promovendo assim a transmissão de moléculas de água nos poros da membrana. Para íons salgados carregados, a distribuição de carga na superfície da membrana de poliamida produzirá repulsão eletrostática, impedindo ainda mais o sal de passar pelos poros da membrana.
As membranas de acetato de celulose também possuem propriedades microestruturais únicas. O acetato de celulose é um derivado de celulose que contém um grande número de grupos hidroxil e acetil em sua estrutura molecular. Esses grupos funcionais dão às membranas de acetato de celulose boa hidrofilicidade e seletividade. Na escala microscópica, as moléculas de acetato de celulose interagem através das forças intermoleculares de van der Waals e ligações de hidrogênio para formar uma estrutura de membrana com um tamanho e porosidade de poros específicos. Essa estrutura pode bloquear efetivamente o sal e as impurezas na água do mar, permitindo que as moléculas de água passem para alcançar a dessalinização da água do mar.

3. Morfologia complexa da superfície microscópica: "Terreno acidentado" do mundo microscópico
Na escala microscópica, a superfície da membrana RO não é plana e lisa, mas apresenta um terreno complexo cheio de pequenas ranhuras e poros. Essa complexa morfologia da superfície aumenta ainda mais a capacidade da membrana RO de atuar como uma precisão "peneira".
Os microporos na superfície da membrana RO não são orifícios circulares simples, mas têm formas complexas e distribuições irregulares. Esses microporos podem ser formas elípticas, poligonais ou até algumas irregulares que são difíceis de descrever. Além disso, sua distribuição na superfície da membrana não é uniforme, mas aleatória. Essa forma e distribuição irregulares aumentam a dificuldade de sal e impurezas passarem pelos poros da membrana.
Quando sal e impurezas tentam passar pelos poros da membrana, eles não apenas enfrentam a limitação do tamanho dos poros, mas também os desafios trazidos pela forma e distribuição dos poros da membrana. Devido à irregularidade dos poros da membrana, o sal e as impurezas podem ser bloqueados ao se aproximar dos poros da membrana, porque eles não podem combinar perfeitamente com os poros da membrana. Por exemplo, uma partícula coloidal de formato irregular pode ser interceptada ao tentar passar por um poro elíptico de membrana, porque algumas partes da partícula não podem passar pela parte estreita do poro da membrana.
Além disso, as ranhuras e os poros microscópicos na superfície da membrana RO também afetam o fluxo e a difusão das moléculas de água na superfície da membrana. Antes de passar pelos poros da membrana, as moléculas de água precisam difundir e migrar até certo ponto na superfície da membrana. A complexa morfologia da superfície da membrana pode aumentar a área de contato entre as moléculas de água e a superfície da membrana, promover a difusão de moléculas de água e, assim, aumentar o fluxo de água da membrana. Ao mesmo tempo, essa complexa morfologia da superfície também ajuda a reduzir a deposição de sal e impurezas na superfície da membrana, reduzir o risco de poluição da membrana e garantir a operação estável a longo prazo da membrana RO.

4. Efeito sinérgico da microestrutura: a eficiência geral da "tela" de precisão
A microestrutura da membrana RO não é uma adição simples de cada componente, mas através do efeito sinérgico do tamanho de poro extremamente fino, a composição única do material e a morfologia complexa da superfície microscópica, criou em conjunto sua eficiência poderosa como uma precisão "tela".
O tamanho minúsculo do tamanho dos poros fornece a barreira física mais básica para a separação entre moléculas de água e sal e impurezas. A estrutura química única e as propriedades físicas do material determinam a seletividade e a estabilidade da membrana, permitindo que a membrana RO mantenha um bom desempenho em um ambiente complexo de água do mar. A complexa morfologia da superfície microscópica aumenta ainda mais a capacidade de separação e o desempenho anti-poluição da membrana.
No processo de dessalinização real, esses elementos microestruturais cooperam entre si e trabalham juntos. Quando a água do mar flui para a membrana RO sob pressão, antes de tudo, sal e impurezas são inicialmente interceptados na superfície da membrana devido à enorme diferença de tamanho e poros de membrana. Em seguida, as propriedades químicas do material e a distribuição da carga superficial adsorve ou repelem sal e impurezas, impedindo ainda mais de passar pelos poros da membrana. Ao mesmo tempo, as moléculas de água difundem e migram na topografia complexa da superfície da membrana, encontram e passam pelos poros da membrana e alcançam a transferência da água do mar para a água fresca.