小さな細孔サイズは、膜膜が海水淡水化を達成するのにどのように役立ちますか？

1。非常に小さな毛穴のサイズ：顕微鏡の世界の精密なスケール
の毛穴サイズ RO膜顕微鏡の世界では、究極の精密スケールと呼ぶことができます。通常、その細孔サイズは約0.0001ミクロンしかありません。これは非常に小さいため、ほとんど想像できません。このスケールをより直感的に感じるために、それを一般的な物質と比較することができます。ほとんどのウイルスの直径は0.02〜0.3ミクロンであり、RO膜の細孔サイズはほとんどのウイルスの孔のサイズよりもはるかに小さいです。このような小さな細孔サイズでは、水分子などの非常に小さな分子のみが通過する機会があります。
水分子の直径は約0.276ナノメートルです。それに比べて、塩化ナトリウムイオンペアなどの海水中の塩の直径は約0.5ナノメートルであり、大腸菌などの微生物のサイズはミクロンレベルです。この大きなサイズの違いにより、RO膜は海水淡水化の過程でよく設計された超ふるいのようになります。塩と不純物は、サイズが大きいため膜のマイクロポアを通過することはできませんが、水分子はこれらのマイクロポアチャネルを比較的簡単に通過し、小さなサイズのために海水側から淡水側に移動することができます。
物理的原理の観点から見ると、サイズの違いに基づくこのスクリーニングメカニズムは、流体力学および分子拡散理論と一致しています。海水が外圧下でRO膜を流れると、水分子は圧力下でブラウン運動の法則に従い、微視的なスケールで膜の毛穴を見つけて通過します。ただし、塩と不純物は、このサイズが膜の毛穴の範囲を超えており、効果的に傍受されるため、この微視的な「交差する旅」に参加することはできません。この正確なスクリーニング効果は、海水淡水化の最も基本的な保証を提供し、RO膜が正確な「スクリーン」になる重要な要素の1つです。

2。材料のユニークな構成：微細構造の材料基盤
RO膜の微細構造が非常に正確である理由は、それを構成するポリマー材料のユニークな特性と切り離せないものです。 RO膜を構成するポリマー材料には多くの種類があり、その中にはポリアミド、酢酸セルロースなどがより一般的な材料です。これらのポリマー材料には、ユニークな化学構造と物理的特性があり、正確な微細構造を構築するための材料基盤を提供します。
ポリアミド複合膜を例にとると、それらは通常、超薄ポリアミド活性分離層とサポート層で構成されています。ポリアミド活性分離層は、塩と不純物の分離を達成するための中核的な部分です。界面重合などの高度な技術を通じて、サポート層の表面に非常に細かい微小孔構造を形成します。ポリアミド材料自体は、化学物質の安定性と機械的強度が良好であり、微細構造の安定性を維持しながら、淡水化プロセスにおけるさまざまな圧力と化学的影響に耐えることができます。
ポリアミド活性分離層の微細構造では、分子鎖は共有結合と水素結合を介して互いに相互作用し、緊密で秩序ある配置を形成します。この配置は、膜の細孔サイズと分布を決定するだけでなく、異なる物質に対する膜の親和性と反発にも影響します。たとえば、アミド基などのポリアミド分子鎖の一部の官能基は、特定の極性を持ち、水分子と水素結合を形成する可能性があり、それにより膜細孔の水分子の伝達を促進します。荷電塩イオンの場合、ポリアミド膜の表面上の電荷分布は静電反発を引き起こし、塩の毛穴を通過するのをさらに防ぎます。
セルロース酢酸膜には、独自の微細構造特性もあります。酢酸セルロースは、その分子構造に多数のヒドロキシルおよびアセチル基を含むセルロース誘導体です。これらの官能基は、セルロース酢酸膜に良好な疎水性と選択性を与えます。顕微鏡スケールでは、酢酸セルロース分子は、分子間ファンデルワールス力と水素結合を介して相互作用して、特定の細孔サイズと多孔性を持つ膜構造を形成します。この構造は、海水分子を通過させて海水淡水化を実現できるようにしながら、海水の塩と不純物を効果的にブロックできます。

3。顕微鏡表面の複雑な形態：顕微鏡の世界の「険しい地形」
顕微鏡スケールでは、RO膜の表面は平らで滑らかではありませんが、小さな溝や細孔でいっぱいの複雑な地形があります。この複雑な表面の形態は、RO膜が精度の「ふるい」として作用する能力をさらに強化します。
RO膜の表面にあるマイクロポアは、単純な円形の穴ではありませんが、複雑な形状と不規則な分布を持っています。これらのマイクロポアは、楕円形、多角形、または説明が困難な不規則な形状でさえあります。さらに、膜表面上のそれらの分布は均一ではなく、ランダムです。この不規則な形状と分布により、塩と不純物が膜の毛穴を通過する困難が増加します。
塩と不純物が膜の毛穴を通過しようとすると、細孔のサイズの制限だけでなく、膜の細孔の形状と分布によってもたらされる課題にも直面します。膜の毛穴の不規則性のため、膜の細孔に完全に一致することができないため、膜の細孔に近づくと塩と不純物がブロックされる場合があります。たとえば、粒子の一部の部分が膜細孔の狭い部分を通過できないため、楕円膜細胞を通過しようとするときに、不規則な形状のコロイド粒子が傍受される場合があります。
さらに、RO膜の表面にある顕微鏡的溝と細孔は、膜表面上の水分子の流れと拡散にも影響します。膜の毛穴を通過する前に、水分子は拡散し、膜表面のある程度まで移動する必要があります。膜表面の複雑な形態は、水分子と膜表面の間の接触面積を増加させ、水分子の拡散を促進し、膜の水流を増加させる可能性があります。同時に、この複雑な表面の形態は、膜表面への塩と不純物の沈着を減らし、膜汚染のリスクを減らし、RO膜の長期的な安定した動作を確保するのにも役立ちます。

4。微細構造の相乗効果：精度の「スクリーン」の全体的な効率
RO膜の微細構造は、各成分の単純な添加ではありませんが、非常に細かい細孔サイズの相乗効果、材料のユニークな組成、顕微鏡表面の複雑な形態を通して、正確な「スクリーン」としての強力な効率を共同で作成しました。
細孔サイズの小さなサイズは、水分子と塩と不純物を分離するための最も基本的な物理的障壁を提供します。材料のユニークな化学構造と物理的特性は、膜の選択性と安定性を決定し、RO膜が複雑な海水環境で良好な性能を維持できるようにします。顕微鏡表面の複雑な形態は、膜の分離能力と汚染防止性能をさらに強化します。
実際の淡水化プロセスでは、これらの微細構造要素は互いに協力し、一緒に働きます。海水が圧力下でRO膜に流れると、まず、サイズと膜の細孔が大きく違いがあるため、塩と不純物が最初に膜表面に傍受されます。次に、材料の化学的特性と表面電荷分布は、塩と不純物を吸着または反発し、膜の毛穴を通過するのをさらに妨げます。同時に、膜表面の複雑な地形で水分子が拡散して移動し、膜の細孔を見つけて通過し、海水から新鮮な水への移動を達成します。