反渗透膜的工作原理主要基于 压力差和 半透膜的选择性透过性。以下是其详细工作原理:
压力差驱动
反渗透过程通过施加高压来驱动水分子从高浓度溶液向低浓度溶液流动。当施加的压力超过溶液的渗透压时,水分子会逆着自然渗透的方向作反向渗透。
半透膜的作用
反渗透膜是一种由高分子材料(如醋酸纤维素、聚酰胺等)制成的具有高度致密皮层和多孔支撑层的膜。皮层决定了膜的分离性能,其孔径非常小,一般在0.1-1纳米之间,能够有效截留水中的各种离子、有机物、细菌等杂质,只允许水分子通过。
筛分作用
反渗透膜具有极其细小且均匀的孔径,像一个筛子,根据分子大小对物质进行筛选。水分子等小分子可以通过膜孔,而大于膜孔的离子、有机物等杂质则被截留。
优先吸附-毛细孔流理论
膜表面对水分子有优先吸附作用,在压力作用下,被吸附在膜表面的水分子形成一层连续的水层,然后在毛细孔力的作用下,水分子以连续的水流形式通过膜孔,而溶质则被排斥在膜表面,无法通过。
溶解-扩散模型
该模型认为溶质和溶剂都能溶于均质的非多孔膜表面层内,并在化学势推动下扩散通过膜。这一模型强调了膜材料的溶解度和扩散系数对分离效果的影响。
优先吸附-毛细孔流模型
基于膜对水的优先吸附,形成一层纯水层,在外压作用下通过膜表面的毛细孔流动,实现分离。
氢键理论
解释了水分子与膜材料之间的氢键作用,以及在压力作用下水分子如何通过膜的多孔层流出。
综上所述,反渗透膜通过施加高压,利用其高度致密的皮层和多孔支撑层,选择性地透过水分子,从而实现对水中的杂质和溶解盐类的有效去除,获得高质量的纯水。