ขนาดรูขุมขนเล็ก ๆ ช่วยให้เมมเบรน RO บรรลุการกลั่นน้ำทะเลได้อย่างไร?

1. ขนาดรูขุมขนขนาดเล็กมาก: ระดับความแม่นยำของโลกกล้องจุลทรรศน์
ขนาดรูขุมขนของ เมมเบรน RO สามารถเรียกได้ว่าเป็นระดับความแม่นยำสูงสุดในโลกกล้องจุลทรรศน์ โดยปกติแล้วขนาดรูขุมขนของมันมีเพียง 0.0001 ไมครอนซึ่งมีขนาดเล็กมากจนแทบจะเป็นไปไม่ได้ เพื่อที่จะรู้สึกถึงระดับนี้อย่างสังหรณ์ใจมากขึ้นเราสามารถเปรียบเทียบกับสารทั่วไป ไวรัสส่วนใหญ่มีเส้นผ่านศูนย์กลางระหว่าง 0.02 ถึง 0.3 ไมครอนและขนาดรูพรุนของเยื่อหุ้มเซลล์ RO นั้นเล็กกว่าไวรัสส่วนใหญ่มาก ด้วยขนาดรูขุมขนขนาดเล็กเช่นโมเลกุลขนาดเล็กมากเช่นโมเลกุลของน้ำมีโอกาสที่จะผ่าน
เส้นผ่านศูนย์กลางของโมเลกุลน้ำอยู่ที่ประมาณ 0.276 นาโนเมตร ในการเปรียบเทียบเส้นผ่านศูนย์กลางของเกลือในน้ำทะเลเช่นโซเดียมคลอไรด์ไอออนมีประมาณ 0.5 นาโนเมตรและขนาดของจุลินทรีย์เช่น Escherichia coli อยู่ที่ระดับไมครอน ความแตกต่างขนาดใหญ่นี้ทำให้เมมเบรน RO เหมือนตะแกรงสุดยอดที่ออกแบบมาอย่างดีในกระบวนการกลั่นน้ำทะเล เกลือและสิ่งสกปรกไม่สามารถผ่าน micropores บนเมมเบรนได้เนื่องจากขนาดใหญ่ในขณะที่โมเลกุลของน้ำสามารถผ่านช่องทาง micropore เหล่านี้ได้อย่างง่ายดายและถ่ายโอนจากด้านน้ำทะเลไปยังด้านน้ำจืดเนื่องจากขนาดเล็ก
จากมุมมองของหลักการทางกายภาพกลไกการคัดกรองนี้มีพื้นฐานมาจากความแตกต่างของขนาดสอดคล้องกับกลไกของของไหลและทฤษฎีการแพร่กระจายของโมเลกุล เมื่อน้ำทะเลไหลผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ RO ภายใต้แรงดันภายนอกโมเลกุลของน้ำจะเป็นไปตามกฎของการเคลื่อนไหวของบราวเนียนภายใต้แรงกดดันและค้นหาและผ่านรูขุมขนเมมเบรนในระดับกล้องจุลทรรศน์ อย่างไรก็ตามเกลือและสิ่งสกปรกไม่สามารถมีส่วนร่วมใน "การเดินทางข้าม" ด้วยกล้องจุลทรรศน์นี้เนื่องจากขนาดของมันเกินช่วงของรูขุมขนเมมเบรนและถูกดักจับอย่างมีประสิทธิภาพ เอฟเฟกต์การคัดกรองที่แม่นยำนี้ให้การรับประกันขั้นพื้นฐานที่สุดสำหรับการแยกเกลือออกจากน้ำทะเลและเป็นหนึ่งในองค์ประกอบสำคัญสำหรับเยื่อหุ้มเซลล์ RO ที่จะกลายเป็น "หน้าจอ" ที่แม่นยำ

2. องค์ประกอบที่เป็นเอกลักษณ์ของวัสดุ: วัสดุพื้นฐานของโครงสร้างจุลภาค
เหตุผลที่โครงสร้างจุลภาคของเมมเบรน RO นั้นแม่นยำมากจึงแยกออกไม่ได้จากลักษณะเฉพาะของวัสดุพอลิเมอร์ที่ประกอบด้วยมัน มีวัสดุพอลิเมอร์หลายชนิดที่ประกอบด้วยเยื่อหุ้มเซลล์ซึ่งมีโพลีอะไมด์เซลลูโลสอะซิเตท ฯลฯ เป็นวัสดุทั่วไป วัสดุพอลิเมอร์เหล่านี้มีโครงสร้างทางเคมีที่เป็นเอกลักษณ์และคุณสมบัติทางกายภาพซึ่งเป็นพื้นฐานของวัสดุสำหรับการสร้างโครงสร้างจุลภาคที่แม่นยำ
การใช้เมมเบรนคอมโพสิต polyamide เป็นตัวอย่างพวกเขามักจะประกอบด้วยเลเยอร์การแยกโพลีอะไมด์แบบบางเฉียบและชั้นรองรับ เลเยอร์การแยกโพลีอะไมด์เป็นส่วนสำคัญในการแยกเกลือและสิ่งสกปรก มันเป็นโครงสร้าง microporous ที่ละเอียดมากบนพื้นผิวของเลเยอร์สนับสนุนผ่านเทคโนโลยีขั้นสูงเช่นการเกิดพอลิเมอไรเซชัน วัสดุโพลีอะไมด์นั้นมีความเสถียรทางเคมีและความแข็งแรงเชิงกลที่ดีและสามารถทนต่อแรงกดดันและผลกระทบทางเคมีต่าง ๆ ในกระบวนการกลั่นน้ำทะเลในขณะที่รักษาเสถียรภาพของโครงสร้างจุลภาค
ในโครงสร้างจุลภาคของชั้นการแยกโพลีอะไมด์ที่ใช้งานอยู่โซ่โมเลกุลจะมีปฏิกิริยาต่อกันผ่านพันธะโควาเลนต์และพันธะไฮโดรเจนทำให้เกิดการจัดเรียงที่แน่นและเป็นระเบียบ การจัดเรียงนี้ไม่เพียง แต่กำหนดขนาดรูขุมขนและการกระจายของเมมเบรน แต่ยังส่งผลกระทบต่อความสัมพันธ์และการขับไล่ของเมมเบรนไปยังสารต่าง ๆ ตัวอย่างเช่นกลุ่มการทำงานบางกลุ่มบนโซ่โมเลกุลโพลีอะไมด์เช่นกลุ่มเอไมด์มีขั้วบางอย่างและสามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนกับโมเลกุลของน้ำซึ่งจะส่งเสริมการส่งผ่านโมเลกุลของน้ำในรูขุมขนเมมเบรน สำหรับไอออนเกลือที่มีประจุการกระจายประจุบนพื้นผิวของเมมเบรนโพลีอะไมด์จะผลิตแรงผลักไฟฟ้าสถิตเพื่อป้องกันไม่ให้เกลือผ่านรูขุมขนเมมเบรน
เมมเบรนเซลลูโลสอะซิเตทยังมีคุณสมบัติทางโครงสร้างจุลภาคที่เป็นเอกลักษณ์ เซลลูโลสอะซิเตทเป็นอนุพันธ์เซลลูโลสที่มีกลุ่มไฮดรอกซิลและอะซิติลจำนวนมากในโครงสร้างโมเลกุล กลุ่มการทำงานเหล่านี้ให้เยื่อหุ้มเซลล์เซลลูโลสอะซิเตทที่ดีและการเลือกที่ดี ในระดับกล้องจุลทรรศน์โมเลกุลเซลลูโลสอะซิเตทมีปฏิกิริยาผ่านแรงระหว่างโมเลกุลแวนเดอร์วาลส์และพันธะไฮโดรเจนเพื่อสร้างโครงสร้างเมมเบรนที่มีขนาดรูพรุนและรูพรุนที่เฉพาะเจาะจง โครงสร้างนี้สามารถปิดกั้นเกลือและสิ่งสกปรกในน้ำทะเลได้อย่างมีประสิทธิภาพในขณะที่อนุญาตให้โมเลกุลของน้ำผ่านเพื่อให้ได้การกลั่นน้ำทะเล

3. สัณฐานวิทยาที่ซับซ้อนของพื้นผิวกล้องจุลทรรศน์: "ภูมิประเทศที่ขรุขระ" ของโลกกล้องจุลทรรศน์
ในระดับกล้องจุลทรรศน์พื้นผิวของเมมเบรน RO นั้นไม่ราบเรียบและราบรื่น แต่นำเสนอภูมิประเทศที่ซับซ้อนที่เต็มไปด้วยร่องและรูขุมขนเล็ก ๆ สัณฐานวิทยาพื้นผิวที่ซับซ้อนนี้ช่วยเพิ่มความสามารถของเยื่อหุ้มเซลล์ RO ในการทำหน้าที่เป็น "ตะแกรง" ที่แม่นยำ
micropores บนพื้นผิวของเมมเบรน RO นั้นไม่ใช่หลุมวงกลมที่เรียบง่าย แต่มีรูปร่างที่ซับซ้อนและการแจกแจงที่ผิดปกติ micropores เหล่านี้อาจเป็นรูปไข่รูปหลายเหลี่ยมหรือแม้กระทั่งรูปร่างที่ผิดปกติบางอย่างที่ยากที่จะอธิบาย ยิ่งกว่านั้นการกระจายของพวกเขาบนพื้นผิวเมมเบรนนั้นไม่เหมือนกัน แต่เป็นการสุ่ม รูปร่างและการกระจายที่ผิดปกตินี้จะเพิ่มความยากลำบากสำหรับเกลือและสิ่งสกปรกที่จะผ่านรูขุมขนเมมเบรน
เมื่อเกลือและสิ่งสกปรกพยายามที่จะผ่านรูขุมขนเมมเบรนพวกเขาไม่เพียง แต่ต้องเผชิญกับข้อ จำกัด ของขนาดรูขุมขน แต่ยังรวมถึงความท้าทายที่เกิดจากรูปร่างและการกระจายของรูขุมขนเมมเบรน เนื่องจากความผิดปกติของรูขุมขนเมมเบรนเกลือและสิ่งสกปรกอาจถูกปิดกั้นเมื่อเข้าใกล้รูขุมขนของเมมเบรนเพราะพวกเขาไม่สามารถจับคู่รูขุมขนเมมเบรนได้อย่างสมบูรณ์แบบ ตัวอย่างเช่นอนุภาคคอลลอยด์ที่มีรูปร่างผิดปกติอาจถูกดักจับเมื่อพยายามผ่านรูขุมขนเมมเบรนรูปไข่เนื่องจากอนุภาคบางส่วนไม่สามารถผ่านส่วนแคบ ๆ ของรูขุมขนเมมเบรน
นอกจากนี้ร่องกล้องจุลทรรศน์และรูขุมขนบนพื้นผิวของเยื่อหุ้มเซลล์ RO ยังส่งผลต่อการไหลและการแพร่กระจายของโมเลกุลของน้ำบนพื้นผิวเมมเบรน ก่อนที่จะผ่านรูขุมขนเมมเบรนโมเลกุลของน้ำจำเป็นต้องกระจายและโยกย้ายไปในระดับหนึ่งบนพื้นผิวเมมเบรน สัณฐานวิทยาที่ซับซ้อนของพื้นผิวเมมเบรนสามารถเพิ่มพื้นที่สัมผัสระหว่างโมเลกุลของน้ำและพื้นผิวเมมเบรนส่งเสริมการแพร่กระจายของโมเลกุลของน้ำและเพิ่มการไหลของน้ำของเมมเบรน ในเวลาเดียวกันสัณฐานวิทยาของพื้นผิวที่ซับซ้อนนี้ยังช่วยลดการสะสมของเกลือและสิ่งสกปรกบนพื้นผิวเมมเบรนลดความเสี่ยงของมลพิษเมมเบรนและตรวจสอบให้แน่ใจว่าการทำงานของเยื่อหุ้มเซลล์ RO ที่มั่นคงในระยะยาว

4. ผลเสริมฤทธิ์กันของโครงสร้างจุลภาค: ประสิทธิภาพโดยรวมของหน้าจอ "หน้าจอ" ความแม่นยำ
โครงสร้างจุลภาคของเมมเบรน RO นั้นไม่ใช่การเพิ่มส่วนประกอบแต่ละองค์ประกอบอย่างง่าย แต่ผ่านเอฟเฟกต์การทำงานร่วมกันของขนาดรูขุมขนที่ละเอียดมากองค์ประกอบที่เป็นเอกลักษณ์ของวัสดุและสัณฐานวิทยาที่ซับซ้อนของพื้นผิวกล้องจุลทรรศน์
ขนาดเล็กของขนาดรูขุมขนเป็นอุปสรรคทางกายภาพขั้นพื้นฐานที่สุดสำหรับการแยกระหว่างโมเลกุลของน้ำและเกลือและสิ่งสกปรก โครงสร้างทางเคมีที่เป็นเอกลักษณ์และคุณสมบัติทางกายภาพของวัสดุเป็นตัวกำหนดการเลือกและความเสถียรของเมมเบรนทำให้เมมเบรน RO สามารถรักษาประสิทธิภาพที่ดีในสภาพแวดล้อมของน้ำทะเลที่ซับซ้อน สัณฐานวิทยาที่ซับซ้อนของพื้นผิวด้วยกล้องจุลทรรศน์ช่วยเพิ่มความสามารถในการแยกและประสิทธิภาพการต่อต้านมลพิษของเมมเบรน
ในกระบวนการกลั่นน้ำทะเลจริงองค์ประกอบจุลภาคเหล่านี้ให้ความร่วมมือซึ่งกันและกันและทำงานร่วมกัน เมื่อน้ำทะเลไหลไปยังเมมเบรน RO ภายใต้แรงกดดันก่อนอื่นเกลือและสิ่งสกปรกจะถูกดักจับบนพื้นผิวเมมเบรนเนื่องจากความแตกต่างอย่างมากในขนาดและรูขุมขนเมมเบรน จากนั้นคุณสมบัติทางเคมีของวัสดุและการกระจายประจุพื้นผิวดูดซับหรือขับเคลื่อนเกลือและสิ่งเจือปนเพื่อป้องกันไม่ให้ผ่านรูขุมขนเมมเบรน ในเวลาเดียวกันโมเลกุลของน้ำกระจายและอพยพในภูมิประเทศที่ซับซ้อนของพื้นผิวเมมเบรนค้นหาและผ่านรูขุมขนเมมเบรนและได้รับการถ่ายโอนจากน้ำทะเลไปยังน้ำจืด