I. Wprowadzenie do membrany odwrotnej osmozy
RO oznaczaOdwrotna membrana osmozy. Zwykle woda przepływa od niskiego stężenia do wysokiego stężenia. Jednak pod ciśnieniem przepływ odwraca wysokie stężenie do niskiego stężenia. Jest to znane jako zasada odwrotnej osmozy.
Rozmiar porów membran RO wynosi około 0. 000 1 mikronów 1/5000 wielkości bakterii lub wirusów-więc pozwala tylko na cząsteczki wody i niektóre korzystne jony mineralne. Inne zanieczyszczenia i metale ciężkie są wypisywane przez gniazdko ścieków. Membrany RO są szeroko stosowane w odsalaniu wody morskiej i recyklingu ścieków kosmicznych, a zatem są często określane jako sztuczne nerki zaawansowane technologicznie.
Membrany RO są syntetycznymi półprzewodnikowymi membranami zaprojektowanymi do naśladowania błon biologicznych. Są powszechnie wytwarzane z materiałów polimerowych, takich jak octan celulozy, aromatyczny polihydrazek lub aromatyczny poliamid. Pory na powierzchni membrany zwykle wynoszą od 0. 5 do 10 nm, a ich przepuszczalność zależy od struktury chemicznej membrany. Niektóre materiały dobrze odrzucają sole, ale mają wolniejszą przepuszczalność wody, podczas gdy inne z bardziej hydrofilowymi grupami pozwalają na szybszy przepływ wody.
1. Zasada odwrotnej osmozy
Aby zrozumieć RO, najpierw musimy wiedzieć, czym jest „osmoza”: gdy dwa roztwory o różnych stężeniach soli są oddzielone półprzepuszczalną membraną, woda naturalnie przepływa z boku o niższym stężeniu soli na bok o wyższym stężeniu soli. Same sole nie przechodzą. Proces ten trwa do momentu osiągnięcia równowagi i napędzanej ciśnieniem osmotycznym.
Jeżeli ciśnienie większe niż ciśnienie osmotyczne jest przyłożone na stronę o wysokiej zawartości, przepływ wody może zostać odwrócony-to jest odwrócona osmoza. W ten sposób cząsteczki wody są wymuszane przez membranę na drugą stronę, pozostawiając za sobą sole i zanieczyszczenia, skutecznie oczyszczając wodę.
2. Pochodzenie technologii RO
W latach pięćdziesiątych amerykański naukowiec dr S. Sourirajan odkrył cienką membranę w ciele mewy, która może oddzielić wodę słodkowodną od wody morskiej wewnątrz ciała ptaka przy użyciu ciśnienia. Ta koncepcja stanowi podstawę teorii RO.
W 1953 r. University of Florida zastosował tę technologię do sprzętu odsalania. W 1960 r. Rząd USA sfinansował badania w UCLA Medical School, kierowane przez dr Sidney Lode i dr Sourirajan, w celu opracowania Membran RO na programy kosmiczne. Celem było zmniejszenie potrzeby przenoszenia dużych ilości wody w kosmos. Z czasem zaangażowało się więcej badaczy, znacznie osiągając jakość i ilość technologii membranowej RO i rozwiązując kluczowe wyzwania oczyszczania wody dla ludzkości.
Ii. Wprowadzenie do błony ultrafiltracji
Membrany ultrafiltration (UF) mają jednolite rozmiary porów od {0}}. 001 do 0,02 mikronów. Pod ciśnieniem membrany filtrują cząsteczki większe niż wielkość porów, skutecznie oddzielając cząstki od mas cząsteczkowych na 500 daltonach lub rozmiarach większych niż 10 nm. Membrany UF były jedną z pierwszych membran separacji polimerów opracowanych i są używane przemysłowo od lat 60. XX wieku.
Filtracja UF polega na różnicach ciśnienia w oddzielnych substancjach rozpuszczonych i koncentrowanych. Membrany te są zwykle wytwarzane z octanu celulozy lub podobnych materiałów polimerowych. Są one szczególnie przydatne do oddzielenia zawiesin koloidalnych, które są trudne w obsłudze z innymi metodami. Zastosowania membranowe UF nadal się rozwijają.
Filtracja membranowa napędzana ciśnieniem obejmuje trzy główne typy:
Mikrofiltracja (MF): 0.02–10 μm
Ultrafiltration (UF): 0.001–0.02 μm
Odwrotna osmoza (RO): 0.0001–0.001 μm
Iii. Cechy membran ro
Wysoka szybkość odsalania nawet przy wysokich prędkościach przepływu
Silna siła mechaniczna i długa żywotność
Skuteczna wydajność pod niskim ciśnieniem roboczym
Odporne na reakcje chemiczne i biochemiczne
Minimalny wpływ z pH, temperatury i innych czynników
Łatwe do źródła surowce, prosta produkcja i niski koszt
Iv. Cechy błon UF
Brak zmiany fazy podczas procesu UF; stabilna operacja w temperaturze pokojowej
Projektowanie sprzętu kompaktowego, mały ślad i łatwy w obsłudze
Prosty proces separacji z wysokim poziomem automatyzacji
Zdolne do oddzielania substancji na podstawie masy cząsteczkowej
Szeroka zdolność adaptacyjna do różnych właściwości wody i szerokiej gamy zastosowań
V. Zastosowania membran RO
Membrany RO są używane w różnych branżach, w tym:
Wytwarzanie energii
Petrochemiczny
Produkcja stalowa
Elektronika
Farmaceutyki
Jedzenie i napoje
Miejskie obróbka wody i ochrona środowiska
Odgrywają kluczowe role w:
Odsalanie wody morskiej i słonawej woda
Produkcja wody zasilającej kotły
Tworzenie przemysłowej czystej wody i ultra-pure wody do elektroniki
Robienie wody pitnej
Oczyszczanie ścieków
Specjalistyczne procesy separacji i oczyszczania
