یون‌هایی که غشای اسمز معکوس می‌تواند از آن عبور کند، کدامند؟

یون هایی که می توانند از غشای اسموز معکوس RO عبور کنند

1اصول اساسی غشای آسموز معکوس RO

1.1 نفوذ انتخابی غشای نیمه نفوذ

به عنوان یک غشا نیمه نفوذ پذیر، عملکرد اصلی غشا اسموز معکوس RO توانایی آن برای جدا کردن مولکول های آب از سایر محلول ها است.اندازه منافذ یک غشا RO به طور معمول از 0.1 nm تا 2 nm که به طور قابل توجهی کوچکتر از اندازه اکثر یون ها و مولکول ها است، بنابراین به طور موثر از عبور آنها جلوگیری می کند.غشای RO می تواند تقریباً به طور کامل نمک های محلول شده را مسدود کند، کالوئیدها، میکروارگانیسم ها و مواد آلی، اجازه می دهد فقط مولکول های آب از طریق عبور کنند.

این انتخاب پذیری بالا به منافذ زیر نانومتری در زنجیره های پلی آمید غشا RO نسبت داده می شود که مانع حمل یون نسبت به مولکول های آب بسیار کوچکتر می شوند.این نفوذ انتخابی مبتنی بر اندازه در کاربردهای تصفیه آب بسیار مهم است، به ویژه در آب دریا و تولید آب خالص.

داده ها نشان می دهد که نرخ رد نمک غشا های RO به طور کلی بیش از 90٪ پایدار است، در حالی که سیستم های دو مرحله ای RO می توانند تا 98٪ یا بیشتر را به دست آورند.این عملکرد بالا در ترشح نمک همچنان نفوذ انتخابی غشا های RO را تأیید می کندعلاوه بر این، غشای RO به طور موثر باکتری ها، میکروارگانیسم ها، مواد آلی و فلزات غیرآلی را از بین می برد و کیفیت آب را بالاتر از سایر روش های تصفیه تولید می کند.

1.2 تفاوت فشار به عنوان نیروی راننده

عملکرد غشا های RO به تفاوت فشار به عنوان نیروی محرک متکی است.مولکول های آب به طور طبیعی از یک غشای نیمه نفوذ پذیر از یک منطقه با غلظت پایین به یک منطقه با غلظت بالا عبور می کنند تا به تعادل برسددر اسموز معکوس، با اعمال فشار بیشتر از فشار اسموتیک در سمت غلظت بالا، مولکول های آب مجبور به حرکت در جهت مخالف از طریق غشا می شوند.جدا کردن آب خالص از محلول های غلظت یافته.

به طور خاص، هنگامی که فشار به یک طرف غشا اعمال می شود که بیش از فشار اسموتیک محلول است، حلال (معمولا آب) در اسموز معکوس حرکت می کند.طرف فشار پایین محلول نفوذ شده را جمع آوری می کند، در حالی که طرف با فشار بالا محلول متمرکز را حفظ می کند. این فرآیند تحت فشار باعث می شود که فناوری RO برای درمان محلول های با نمک بالا بسیار موثر باشد.مانند آب دریا و تصفیه فاضلاب.

در عمل، غشا های RO معمولاً در فشار حدود 9 ٪ 12 کیلوگرم / سانتی متر 2 کار می کنند و تفاوت فشار قبل و بعد از غشا معمولاً از 1 کیلوگرم / سانتی متر 2 بیشتر نیست.تفاوت بیشتر ممکن است نشان دهنده آلودگی یا نیاز به تمیز کردن باشدحفظ تفاوت فشار مناسب برای عملکرد مناسب RO و طول عمر غشا ضروری است.

2. ايون هايي که مي تونن از غشاي RO عبور کنن

2.1 نفوذ مولکول آب

غشای RO به طور خاص طراحی شده است تا به مولکول های آب اجازه عبور موثر در حالی که مسدود کردن مولکول های محلول بزرگتر و یون ها را فراهم کند. یک مولکول آب تقریباً 0.324 نانومتر اندازه می گیرد،در حالی که منافذ غشای RO از 0.1 nm تا 2 nm، اجازه می دهد تا آب نسبتا به راحتی عبور کند. نفوذ آب به طور قابل توجهی بالا است، که توسط تفاوت فشار اعمال شده است،که به مولکول های آب اجازه می دهد تا در جهت معکوس از اتموز طبیعی جریان پیدا کنند..

داده ها نشان می دهد که میزان تولید آب یک غشا RO بستگی به اندازه منافذ و خواص هیدروفیل آن دارد.غشای RO می تواند چندین لیتر آب در هر سانتی متر مربع در هر ساعت تولید کند، بسته به فشار عملیاتی و ویژگی های خاص غشا. به عنوان مثال، یک مدل غشا 8040 RO می تواند تا 1 تن در ساعت در شرایط فشار عادی تولید کند.این نفوذ پذیری آب بالا برای استفاده گسترده از تکنولوژی RO در تصفیه آب کلیدی است.

2.2 نفوذ بخشی برخی یون های معدنی

اگرچه غشا های RO برای مسدود کردن یون ها طراحی شده اند، اما همه یون ها به طور کامل حذف نمی شوند. در برخی موارد، بخش کوچکی از برخی یون های معدنی ممکن است از طریق آن عبور کنند،اگرچه در نرخ های بسیار پایین تر از مولکول های آبیون هایی که می توانند به راحتی عبور کنند معمولا کوچکتر هستند و انرژی هیدراتاسیون کمتری دارند.

مطالعات نشان داده اند که غشای RO تمایل به انتقال کمی بالاتر برای یون های تک ارزش (مانند سدیم Na +) در مقایسه با یون های دو ارزش (مانند کلسیم Ca2 +) دارند. به عنوان مثال،مشاهده شده است که یون های سدیم به دلیل پوسته هیدراتاسیون کوچکتر و تحرک بالاتر، به راحتی عبور می کنند.در حالی که RO به طور موثر کل جامد محلول شده (TDS) را کاهش می دهد، برنامه های کاربردی خاص ممکن است نیاز به درمان بیشتر برای حذف کامل یون های خاص داشته باشد.

در کاربردهای عملی، نفوذی یون های معدنی به عواملی مانند مواد غشا، فشار عملیاتی و کیفیت آب تغذیه بستگی دارد.تکنولوژی های پیشرفته غشا یا مراحل اضافی قبل و بعد از درمان می تواند مورد استفاده قرار گیرد.به عنوان مثال، سیستم های نرم کننده را می توان در جریان بالا از RO برای حذف یون های کلسیم و منیزیم اضافه کرد.تمیز کردن منظم شیمیایی غشا های RO نیز برای حفظ عملکرد و بهبود نرخ رد یون بسیار مهم است.

3. انتخابی یون غشا

3.1 اثر اندازه یون و بار

انتخاب غشا های RO به شدت تحت تأثیر اندازه ایون و شارژ آن است. منافذ غشا های RO به طور قابل توجهی کوچکتر از اکثر یون ها هستند و به طور موثر از عبور آنها جلوگیری می کنند.هیدراتاسیون همچنین اندازه ی موثر یون ها را افزایش می دهد.، که باعث مانع بیشتر حمل و نقل می شود.

• اندازه یون:یون های یک ارزشی مانند سدیم (Na+) و کلورید (Cl−) ، که در مقایسه با یون های دو ارزشی مانند کلسیم (Ca2+) و منیزیم (Mg2+) کوچکتر و کمتر هیدراته هستند،احتمال عبور از غشا کمی بیشتر است..

• بار یون:یون های دوگانه (Ca2 +، Mg2 +) دارای پوسته های هیدراتاسیون قوی تر و اندازه های موثر بزرگتر هستند، که نفوذ آنها به غشا را دشوار می کند.داده های تجربی نشان می دهد که غشای RO به طور کلی یون های دوقدری را به طور موثرتر از یون های تکقدری به دلیل این خواص از بین می برد..

3.2 تفاوت نرخ حذف یون

غشای RO به دلیل تفاوت در اندازه، شارژ و اثرات هیدراتاسیون، نرخ های حذف مختلف برای یون های مختلف را نشان می دهد:

• یون های تک ارزش در مقابل یون های دو ارزش:غشای RO به طور کلی >90٪ حذف یون های تک ارزش مانند سدیم را به دست می آورند اما برای یون های دو ارزش مانند کلسیم کمی کارایی کمتری دارند.

• مواد غشا:غشا های پلی آمید معمولی به طور معمول بیش از ۹۰٪ ترشح را به دست می آورند، در حالی که غشا های کامپوزیت پیشرفته می توانند ۹۸٪ یا بیشتر را به دست آورند.

• شرایط عملیاتی:فشار بالاتر نفوذ آب را افزایش می دهد اما ممکن است انتقال یون را کمی افزایش دهد. غلظت یون بالاتر در آب تغذیه می تواند منجر به مقیاس و آلودگی شود و نرخ رد را کاهش دهد.

• قبل و بعد از درمان:قبل از نرم کردن، کلسیم و منیزیم قبل از RO حذف می شود، در حالی که پولیشینگ تبادل یون می تواند کیفیت آب نهایی را بهبود بخشد.

4فاکتورهای تاثیرگذار بر رد یون

4.1 مواد غشا و ساختار

مواد و ساختار غشا RO به طور قابل توجهی بر انتخابی یونی تاثیر می گذارد:

• ماده:غشا های پلی آمید به دلیل ثبات شیمیایی و جریان آب بالا، به طور معمول > 90٪ ترشح حاصل می کنند.غشا های کامپوزیت پیشرفته مواد متعدد را ترکیب می کنند تا به میزان 98٪ نمک زدایی برسند.

• ساختار:غشای RO معمولی دارای اندازه منافذ 0.1 ∼ 2 نانومتری است که بسیار کوچکتر از اکثر یون ها است. آنها به سه لایه ساختار یافته اند: لایه پایه (تکنه غیر بافته) ، لایه پشتیبان (پولی سولفون) ،و لایه ترشح (پلی آمید)، هرکدام در طول ساخت بهینه شده اند تا رد یون را افزایش دهند.

4.2 شرایط عملیاتی (ضغط و غلظت)

فشار کار و غلظت آب تغذیه به طور مستقیم بر عملکرد RO تاثیر می گذارد:

• فشار:فشار بالاتر به طور خطی جریان آب را افزایش می دهد اما فقط تا نقطه ای معینی رد نمک را بهبود می بخشد. فراتر از این حد، افزایش فشار بیشتر باعث افزایش رد نمک نمی شود.

• غلظت:نمک بیشتر باعث افزایش فشار اسموتیک می شود و نیاز به فشار بیشتر دارد. اگر فشار عملیاتی ثابت بماند، جریان کاهش می یابد و عبور نمک افزایش می یابد و کارایی رد را کاهش می دهد.

5خلاصه

در این بخش، ما انتخاب آیونی غشا های RO را بررسی کردیم، از جمله اصول آنها، نفوذ آب و یون و عواملی که بر عملکرد تأثیر می گذارند:

• انتخابی یون:غشای RO به طور موثر اکثر یون ها را مسدود می کند و به طور عمده اجازه عبور مولکول های آب را می دهد. نرخ رد نمک معمولی > 90٪ است و سیستم های دو مرحله ای می توانند 98٪ یا بیشتر را به دست آورند.

• آب در مقابل یون ها:آب به دلیل حمل و نقل تحت فشار به طور کارآمد نفوذ می کند، در حالی که تنها مقدار کمی از یون های کوچک تک ارزش ممکن است از طریق آن عبور کنند.

• فاکتورهای تاثیرگذار بر رد:مواد غشا و ساختار، همراه با شرایط عملیاتی (ضغط، غلظت) ، انتخاب آیون را تعیین می کنند. بهینه سازی این عوامل عملکرد را برای برنامه های کاربردی خاص افزایش می دهد.

به طور کلی، توانایی رد یون غشا های RO یک عامل کلیدی در استفاده گسترده از آنها در تصفیه آب است.غشای RO می تواند حتی انتخاب آیونی بالاتر را برای پاسخگویی به نیازهای کاربردی متنوع به دست آورد.