Sut Mae Pilen RO yn Cyflawni Gwrthod Halen o 99.9%?

Mae pilen osmosis gwrthdro (pilen RO) yn gweithredu ar yr egwyddor graidd o wrthweithio'r broses osmotig naturiol. Dyma ddadansoddiad manwl o'i mecanwaith gweithio:

Cymhariaeth Ffisegol Osmosis Naturiol ac Osmosis Gwrthdro

Ffenomen Osmosis Naturiol yw pan fydd gwahaniaeth crynodiad ar ddwy ochr pilen lled-athraidd (fel dŵr croyw a dŵr halen), bydd moleciwlau dŵr yn llifo'n ddigymell o'r ochr crynodiad isel i'r ochr crynodiad uchel nes bod y crynodiadau ar y ddwy ochr wedi'u cydbwyso. Ar y pwynt hwn, y pwysau a gynhyrchir gan y gwahaniaeth uchder arwyneb yr hylif yw'r pwysau osmotig.

Y pwysedd osmotig π mewn toddiant gwanedig yw: π = iCRT (lle mae i yn nifer yr ïonau a gynhyrchir gan electrolysis moleciwlau'r hydoddyn; C yw crynodiad molar yr hydoddyn; R yw'r cysonyn nwy molar; T yw'r tymheredd absoliwt.)
Er enghraifft, mae pwysedd osmotig dŵr y môr mor uchel â 28 bar, sy'n gofyn am bwysau mwy i wrthdroi llif y dŵr.

Mae "Gwrthlif Pwysedd Uchel" Osmosis Gwrthdro yn rhoi pwysau ar yr ochr hallt (>pwysedd osmotig) yn gorfodi moleciwlau dŵr i lifo i'r gwrthwyneb, gan gyflawni mudo graddiant crynodiad gwrthdro o "ddŵr hallt → dŵr pur".

Yn ystod osmosis gwrthdro, cyfradd osmotig y toddydd, h.y., egni llif yr hylif N, yw: N=Kh(Δp－Δπ) (lle mae Kh yn gyfernod athreiddedd hydrolig, sy'n cynyddu ychydig gyda thymheredd; Δp yw'r gwahaniaeth pwysau statig ar draws y bilen; Δπ yw'r gwahaniaeth pwysau osmotig ar draws y bilen).

Ar y pwynt hwn: Ar ochr y dŵr pur: Casglu'r moleciwlau dŵr sy'n mynd drwodd (treiddio), Ar ochr y dŵr crynodedig: Cadw halen, metelau trwm, ac amhureddau eraill (crynodiad).

Manwldeb Eithafol Strwythur y Bilen

Strwythur brechdan:

Haen gynnal: Ffabrig heb ei wehyddu (trwch ≈ 120 μm) - y "ffrâm ddur" sy'n gwrthsefyll pwysau uchel.

Haen mandyllog: Deunydd polysulfone (maint mandwll 0.01-0.1 μm) - y "llinell amddiffyn gyntaf" sy'n rhyng-gipio mwd, tywod a rhwd.

Haen weithredol: Ffilm polyamid (trwch ≈ 200 nm) - y "dyfarnwr moleciwlaidd" go iawn, gyda maint mandwll o ddim ond 0.1-1 nm (≈ ddwywaith maint moleciwlau dŵr).

Data cymharu:

Diamedr y firws (0.02-0.3 μm) > Maint mandwll y bilen 3000 gwaith.

Maint bacteria (0.5-5 μm) > Maint mandwll y bilen 5000 gwaith.

Damcaniaeth model glasurol

• Model Datrysiad-Trylediad

Rhagdybiaeth y Craidd: Mae'r bilen yn strwythur homogenaidd heb fandyllau, ac mae'r hydoddyn a'r toddydd yn cael eu trosglwyddo trwy ddiddymiad i ddeunydd y bilen a thrylediad.

Proses Drosglwyddo:

Diddymiad: Mae moleciwlau dŵr a hydoddion yn amsugno ar wyneb y bilen ac yn hydoddi i mewn i ddeunydd y bilen;
Trylediad: O dan rym gyrru'r graddiant potensial cemegol (gwahaniaeth pwysau), mae moleciwlau dŵr yn tryledu trwy'r bilen yn ffafriol;

Dadsorption: Wedi'i ryddhau fel dŵr pur ar ochr arall y bilen.

Mynegiant mathemategol: Fflwcs dŵr Jw = A(ΔP − Dp), lle mae A yn gyfernod athreiddedd y bilen, DP yw'r pwysau a gymhwysir, a Dp yw'r gwahaniaeth pwysau osmotig.

• Model Llif Capilari-Amsugno Dewisol

Rhagdybiaeth graidd: Mae gan wyneb y bilen sianeli nanosgâl, sy'n amsugno moleciwlau dŵr yn ffafriol i ffurfio monohaen o "ddŵr wedi'i rwymo," tra bod hydoddion yn cael eu gwrthyrru.

Mecanwaith trosglwyddo:

Amsugno dethol: Mae wyneb y bilen yn amsugno moleciwlau dŵr yn ddetholus trwy fondiau hydrogen (e.e., ocsigen carbonyl mewn asetat cellwlos);

Cludiant sianel: O dan bwysau uchel, mae dŵr wedi'i rwymo yn mynd trwy'r sianeli trwy "neidio bond hydrogen," tra bod hydoddion yn cael eu cadw oherwydd gwaharddiad maint.

Perfformiad:

Cyfradd gwrthod halen: 98%-99.9% (TDS

Cyfradd tynnu metelau trwm: >99.9% (plwm, arsenig, ac ati).

Ffactorau dylanwadol allweddol

Pwysedd Gweithredu
Rhaid bod yn > pwysau osmotig y toddiant, fel arfer 60-80 bar ar gyfer cymwysiadau diwydiannol (dadhalenu), a 2-4 bar ar gyfer defnydd cartref.

Tymheredd: 5-45 ℃ (mae tymheredd uchel yn achosi anffurfiad mandwll y bilen)

Ystod pH: 4-11 (pilen polyamid), 5-6 (pilen asetad cellwlos).

Math o lygryddion

Graddio anorganig (e.e., CaCO₃): Angen glanhau ag asid citrig ar pH=2

Halogiad biolegol (e.e., ffilmiau bacteriol): Wedi'i drin â diheintydd DBNPA.

Senarios Cais a Dewis Math o Bilen

Dihalwyno dŵr môr Pilen gyfansawdd polyamid (TFC) Gwrthiant pwysedd uchel (＞60 bar), cyfradd dadhalwyno 99%

Puro dŵr cartref Pilen gyfansawdd troellog Gweithrediad pwysedd isel (2-4 bar), arbed ynni 30%.

Dŵr pur diwydiannol (sglodion electronig) Pilen gyfansawdd pwysedd uwch-isel Gwrthiant dŵr cynnyrch 18 MΩ·cm.