Những ion nào có thể đi qua màng thẩm thấu ngược RO?

Các ion có thể đi qua màng thẩm thấu ngược RO

1- Nguyên tắc cơ bản của RO Reverse Osmosis Membran

1.1 Tính thấm chọn lọc của màng bán thấm

Là một màng bán thấm, chức năng chính của màng thẩm thấu ngược RO là khả năng tách phân tử nước từ các dung dịch khác.Kích thước lỗ chân lông của màng RO thường dao động từ 0.1 nm đến 2 nm, nhỏ hơn đáng kể so với kích thước của hầu hết các ion và phân tử, do đó ngăn chặn hiệu quả quá trình của chúng.Các màng RO có thể gần như hoàn toàn chặn các muối hòa tan, các hợp chất, vi sinh vật và các chất hữu cơ, chỉ cho phép các phân tử nước đi qua.

Tính chọn lọc cao này được quy cho các lỗ chân lông dưới nanomet trong chuỗi polyamide của màng RO, cản trở vận chuyển ion tương đối với các phân tử nước nhỏ hơn nhiều.Tính thấm chọn lọc dựa trên kích thước này rất quan trọng trong các ứng dụng xử lý nước, đặc biệt là trong việc khử muối nước biển và sản xuất nước tinh khiết.

Dữ liệu cho thấy tỷ lệ từ chối muối của màng RO thường ổn định trên 90%, trong khi các hệ thống RO hai giai đoạn có thể đạt đến 98% hoặc cao hơn.Hiệu suất khử muối cao này xác nhận thêm tính thấm chọn lọc của màng RONgoài ra, màng RO có hiệu quả loại bỏ vi khuẩn, vi sinh vật, chất hữu cơ và kim loại vô cơ, tạo ra chất lượng nước vượt trội so với các phương pháp xử lý khác.

1.2 Sự khác biệt áp suất như lực đẩy

Hoạt động của màng RO dựa trên sự khác biệt áp suất như là lực đẩy.Các phân tử nước tự nhiên đi qua màng bán thấm từ một vùng nồng độ thấp đến một vùng nồng độ cao cho đến khi đạt đến sự cân bằngTrong thẩm thấu ngược, bằng cách áp dụng áp lực lớn hơn áp lực thẩm thấu ở phía nồng độ cao, các phân tử nước bị buộc phải di chuyển theo hướng ngược lại qua màng,tách nước tinh khiết từ dung dịch tập trung.

Cụ thể, khi áp lực được áp dụng lên một bên của màng vượt quá áp suất ấu trộn của dung dịch, dung môi (thường là nước) di chuyển theo quá trình ấu trộn ngược.Phía áp suất thấp thu thập dung môi thấm (thấm), trong khi phía áp suất cao giữ lại dung dịch tập trung (củng cố). Quá trình được thúc đẩy bởi áp suất này làm cho công nghệ RO rất hiệu quả cho việc xử lý dung dịch độ mặn cao,như trong khử muối nước biển và xử lý nước thải.

Trong thực tế, màng RO thường hoạt động ở áp suất khoảng 912 kg/cm2, và sự khác biệt áp suất trước và sau màng thường không vượt quá 1 kg/cm2.Sự khác biệt lớn hơn có thể cho thấy bị bẩn hoặc cần phải làm sạchDuy trì một sự khác biệt áp suất thích hợp là rất cần thiết cho hoạt động RO thích hợp và tuổi thọ màng.

2. Các ion có thể đi qua màng RO

2.1 Độ thấm của phân tử nước

Các màng RO được thiết kế đặc biệt để cho phép các phân tử nước đi qua hiệu quả trong khi chặn các phân tử dung dịch lớn hơn và các ion.trong khi lỗ chân lông màng RO dao động từ 0.1 nm đến 2 nm, cho phép nước đi qua tương đối dễ dàng. Tính thấm nước cao đáng kể, do sự khác biệt áp suất được áp dụng,cho phép các phân tử nước chảy theo hướng ngược lại của quá trình thẩm thấu tự nhiên.

Dữ liệu chỉ ra rằng tốc độ sản xuất nước của màng RO phụ thuộc vào kích thước lỗ chân lông và tính chất hydrophilic của nó.một màng RO có thể sản xuất một vài lít nước trên mỗi cm vuông mỗi giờVí dụ, một mô hình màng RO 8040 có thể sản xuất lên đến 1 tấn/giờ trong điều kiện áp suất bình thường.Tính thấm nước cao này là chìa khóa cho việc áp dụng rộng rãi công nghệ RO trong xử lý nước.

2.2 Tính thấm một phần của một số ion khoáng

Mặc dù màng RO được thiết kế để chặn các ion, nhưng không phải tất cả các ion được loại bỏ hoàn toàn.mặc dù ở tỷ lệ thấp hơn nhiều so với các phân tử nướcCác ion có thể đi qua dễ dàng hơn thường nhỏ hơn và có năng lượng hydrat thấp hơn.

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng màng RO có xu hướng có tốc độ truyền ion đơn giá trị cao hơn một chút (như natri Na +) so với các ion hai giá trị (như canxi Ca 2 +).các ion natri đã được quan sát để đi qua dễ dàng hơn do vỏ hydrat nhỏ hơn và khả năng di chuyển cao hơnTrong khi RO có hiệu quả làm giảm tổng chất rắn hòa tan (TDS), các ứng dụng cụ thể có thể yêu cầu xử lý thêm để loại bỏ hoàn toàn một số ion.

Trong các ứng dụng thực tế, độ thấm của các ion khoáng chất phụ thuộc vào các yếu tố như vật liệu màng, áp suất hoạt động và chất lượng nước cung cấp.Công nghệ màng tiên tiến hoặc các bước điều trị trước/sau có thể được sử dụngVí dụ, các hệ thống làm mềm có thể được thêm lên nguồn của RO để loại bỏ ion canxi và magiê.Làm sạch hóa học thường xuyên các màng RO cũng rất quan trọng để duy trì hiệu suất và cải thiện tỷ lệ từ chối ion.

3. RO membrane ion selectivity

3.1 Hiệu ứng của kích thước ion và điện tích

Tính chọn lọc của màng RO bị ảnh hưởng mạnh bởi kích thước và điện tích ion.Hydrat hóa cũng làm tăng kích thước hiệu quả của các ion, gây trở ngại cho giao thông.

• Kích thước ion:Các ion đơn giá trị như natri (Na +) và clorua (Cl−), nhỏ hơn và ít hydrat so với các ion hai giá trị như canxi (Ca 2 +) và magiê (Mg 2 +),có khả năng vượt qua màng.

• Sạc ion:Các ion tương đương (Ca2+, Mg2+) có vỏ hydrat hóa mạnh hơn và kích thước hiệu quả lớn hơn, khiến chúng khó thâm nhập màng.Dữ liệu thí nghiệm cho thấy màng RO thường loại bỏ các ion divalent hiệu quả hơn các ion monovalent do các tính chất này.

3.2 Sự khác biệt về tỷ lệ loại bỏ ion

Các màng RO thể hiện tỷ lệ loại bỏ khác nhau cho các ion khác nhau do sự khác biệt về kích thước, điện tích và hiệu ứng hydrat hóa:

• Các ion đơn giá trị so với các ion hai giá trị:Các màng RO thường đạt được > 90% loại bỏ các ion đơn giá trị như natri nhưng có hiệu quả thấp hơn một chút đối với các ion hai giá trị như canxi.

• Vật liệu màng:Các màng polyamide thông thường thường đạt được hơn 90% khử muối, trong khi màng tổng hợp tiên tiến có thể đạt 98% hoặc cao hơn.

• Điều kiện hoạt động:Áp suất cao hơn làm tăng khả năng thấm nước nhưng có thể làm tăng nhẹ sự đi qua ion. Nồng độ ion cao hơn trong nước cung cấp có thể dẫn đến vảy và bẩn, làm giảm tỷ lệ từ chối.

• Trước và sau khi xử lý:Việc làm mềm trước sẽ loại bỏ canxi và magiê trước khi RO, trong khi đánh bóng trao đổi ion có thể cải thiện thêm chất lượng nước cuối cùng.

4Các yếu tố ảnh hưởng đến sự từ chối ion

4.1 Vật liệu và cấu trúc màng

Vật liệu và cấu trúc của màng RO ảnh hưởng đáng kể đến tính chọn lọc ion:

• Vật liệu:Các màng polyamide phổ biến nhất do sự ổn định hóa học và lưu lượng nước cao của chúng, thường đạt được > 90% khử muối.Các màng tổng hợp tiên tiến kết hợp nhiều vật liệu để đạt được độ khử muối lên đến 98%.

• Cấu trúc:Các màng RO điển hình có kích thước lỗ chân lông 0,1 ∼ 2 nm, nhỏ hơn nhiều so với hầu hết các ion. Chúng được cấu trúc thành ba lớp: lớp cơ sở (vải không dệt), lớp hỗ trợ (polysulfone),và lớp khử muối (polyamide), mỗi được tối ưu hóa trong quá trình sản xuất để tăng khả năng từ chối ion.

4.2 Điều kiện hoạt động (Áp lực và nồng độ)

Áp suất hoạt động và nồng độ nước cung trực tiếp ảnh hưởng đến hiệu suất RO:

• Áp lực:Áp suất cao hơn tăng dòng nước theo tuyến tính nhưng chỉ đến một mức độ nhất định cải thiện sự từ chối muối.

• Nồng độ:Độ mặn cao hơn làm tăng áp suất thẩm thấu, đòi hỏi áp suất áp dụng cao hơn.

5. Tóm lại

Trong phần này, chúng tôi đã khám phá tính chọn lọc ion của màng RO, bao gồm các nguyên tắc của chúng, khả năng thấm nước và ion và các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất:

• Tính chọn lọc ion:Các màng RO ngăn chặn hiệu quả hầu hết các ion, cho phép chủ yếu các phân tử nước đi qua.

• Nước so với ion:Nước thâm nhập hiệu quả do vận chuyển bằng áp suất, trong khi chỉ có một lượng nhỏ các ion đơn giá trị nhỏ có thể đi qua.

• Các yếu tố ảnh hưởng đến việc từ chối:Vật liệu và cấu trúc màng, cùng với điều kiện hoạt động (áp suất, nồng độ), xác định tính chọn lọc ion.

Nhìn chung, khả năng từ chối ion của màng RO là một yếu tố quan trọng trong việc sử dụng rộng rãi trong xử lý nước.màng RO có thể đạt được sự chọn lọc ion thậm chí cao hơn để đáp ứng các nhu cầu ứng dụng đa dạng.