Мембрана обратного осмоса (Reverse Osmosis Membrane, RO-мембрана) — это высокоэффективная технология водоочистки, широко применяемая в опреснении морской воды, очистке промышленных сточных вод, очистке питьевой воды и других областях. Её принцип работы основан на явлении обратного осмоса, то есть под воздействием внешнего давления молекулы воды проходят через полупроницаемую мембрану из раствора с высокой концентрацией (например, солёной воды) в раствор с низкой концентрацией, что позволяет разделить растворённые вещества и растворитель.
I. Основные принципы работы мембраны обратного осмоса
Основной принцип работы мембраны обратного осмоса — «селективная проницаемость». Мембранный материал имеет микропористую структуру с размером пор обычно от 0,1 до 1 нм, что позволяет проходить молекулам воды (диаметр около 0,28 нм), но препятствует прохождению растворённых ионов солей, органических веществ, бактерий и других более крупных молекул или частиц. При приложении к одной стороне мембраны внешнего давления, превышающего осмотическое давление, молекулы воды вынуждены проходить через мембрану из раствора с высокой концентрацией (например, солёной воды) в раствор с низкой концентрацией (например, пресную воду), что обеспечивает очистку и разделение воды.
II. Выбор материала для мембраны обратного осмоса
Материал мембраны обратного осмоса напрямую влияет на её характеристики и срок службы. В настоящее время наиболее распространёнными мембранными материалами являются следующие:
Ацетат целлюлозы (CA)
Ацетат целлюлозы был основным материалом для мембран обратного осмоса на ранних этапах. Он обладает хорошей гидрофильностью и устойчивостью к загрязнению, но его химическая стойкость и механическая прочность относительно низки, и он легко подвергается биологическому разложению.
Полиамид (PA)
Полиамид — это наиболее распространённый в настоящее время материал для мембран обратного осмоса, обладающий высокой селективностью, высокой производительностью и хорошей химической стабильностью. Полиамидные мембраны обычно получают методом межфазного полимеризации, образуя сверхтонкий активный слой для эффективного разделения.
Полисульфон (PSF) и полиэфирсульфон (PES)
Эти материалы обычно используются в качестве опорного слоя для мембран обратного осмоса, обладая высокой механической прочностью и химической стабильностью, но их гидрофильность относительно низка, поэтому требуется дополнительная модификация для повышения характеристик.
Физическое противостояние естественной и обратной осмоса
Естественное явление осмоса заключается в том, что при наличии разницы концентраций по обе стороны полупроницаемой мембраны молекулы воды самопроизвольно переходят из области с низкой концентрацией в область с высокой концентрацией до тех пор, пока концентрации по обеим сторонам не уравновесятся. Давление, создаваемое разностью уровней жидкости в этом процессе, называется осмотическим давлением. Осмотическое давление π разбавленного раствора можно рассчитать по формуле π=iCRT, где i — число ионов, образующихся при диссоциации молекул растворённого вещества, C — молярная концентрация растворённого вещества, R — молярная газовая постоянная, T — абсолютная температура.
Модель растворения-диффузии
Эта модель предполагает, что мембрана имеет бесструктурную однородную структуру, в которой растворённое вещество и растворитель переносятся через мембрану путём растворения и диффузии. Конкретный процесс переноса следующий:
Растворение: молекулы воды и растворённого вещества сначала адсорбируются на поверхности мембраны и растворяются в мембранном материале.
Диффузия: под действием градиента химического потенциала (то есть разницы давлений) молекулы воды преимущественно диффундируют через мембранный материал.
Десорбция: продиффундировавшие молекулы воды высвобождаются на другой стороне мембраны, образуя чистую воду.
Компания Jiangsu Aidemans Technology Co., Ltd. специализируется на исследованиях, разработке, производстве и продаже высококачественных ультрафильтрационных и мембран обратного осмоса для нулевого сброса в промышленности. Основные продукты включают ультрафильтрационные мембраны, мембранные модули, мембраны обратного осмоса, микрофильтрационные мембраны, мембранные волокна и т.д. Компания придерживается стратегии «восстановление ресурсов, экологически чистые и низкоуглеродные технологии», способствуя повторному использованию ценных материалов при нулевом сбросе в промышленности, сокращая выбросы углерода, азота и фосфора, специализируясь на сложных технологиях и освоении рынков с высокими барьерами для входа, стремясь стать высокотехнологичным предприятием.