RO膜的有孔無孔之爭(zhēng)與過濾模型
反滲透（RO）膜作為污染物截留效率最高的過濾膜，其微觀結(jié)構(gòu)及過濾機(jī)理一直是研究的熱點(diǎn)。那么，RO膜究竟是有孔膜還是無孔膜？對(duì)于這一問題的認(rèn)知和回答將直接影響對(duì)RO膜過濾機(jī)理的認(rèn)識(shí)。隨著技術(shù)手段的進(jìn)步以及對(duì)RO膜微觀結(jié)構(gòu)的深入解析，上述問題的答案也在不斷發(fā)生改變。
對(duì)RO膜過濾機(jī)理及其微觀結(jié)構(gòu)的研究，最早起步于上世紀(jì)50年代。早在1958年，Kedem等研究者就提出了用于描述RO過濾過程的表觀現(xiàn)象模型。該模型只從表觀現(xiàn)象層面進(jìn)行分析，將膜表面分為清潔與污堵兩部分，模型假設(shè)過于理想，也并未涉及RO膜的結(jié)構(gòu)，與實(shí)際的復(fù)雜情況相去甚遠(yuǎn)。
隨著研究的深入，RO膜孔的問題在1965年首次被關(guān)注。Lonsdale等人認(rèn)為RO膜的功能層是致密無孔的結(jié)構(gòu)，并基于此提出首個(gè)RO膜過濾的機(jī)理模型：溶解-擴(kuò)散模型（Solution-diffusion model，SDM），溶質(zhì)和溶劑在化學(xué)位差的推動(dòng)下以擴(kuò)散的形式穿過RO膜。隨后，Sherwood修正了該模型，他認(rèn)為RO膜表面并非絕對(duì)的致密無孔，而是存在一些“孔”結(jié)構(gòu)。但此次修正僅僅將這些“孔”視為膜表面的缺陷，仍然忽略了膜的精細(xì)結(jié)構(gòu)對(duì)膜性能的影響，也并不認(rèn)為理想的RO膜是有孔結(jié)構(gòu)。
1970年，RO膜首次被認(rèn)定為有孔膜。Sourirajan基于有孔膜假設(shè)提出優(yōu)先吸附-毛細(xì)孔流模型（Preferention sorption-capillary flow model，PSCFM）。該模型認(rèn)為RO膜面的孔徑是在時(shí)刻變化的，膜孔可以對(duì)進(jìn)水中的不同組分選擇透過，從而達(dá)到分離作用。這為RO膜的研究提供了一種新思路，即可結(jié)合有孔膜的過濾定律——達(dá)西定律（Darcy’s Law）描述RO膜過濾過程。
雖然后續(xù)關(guān)于RO膜過濾機(jī)理的研究大多是基于PSCFM的假設(shè)（即RO膜有孔），但RO膜的有孔結(jié)構(gòu)一直未被直接證實(shí)。直到2011年，Chen等人利用新型陽(yáng)電子湮滅技術(shù)（Positron Annihilation Techniques）首次證實(shí)了RO膜為有孔膜。緊接著，Jonathan等人在2014年利用新型儀器納米高滲儀，通過納米滲透法（nanopermporometry，NPP）對(duì)RO膜的孔徑進(jìn)行了測(cè)定，并將測(cè)定結(jié)果與根據(jù)歸一化Knudsen滲透率（Normalized Knudsen-based permeance，NKP）和陽(yáng)電子衰減譜圖（positron annihilation lifetime spectroscopy，PALS）估算得出的孔徑進(jìn)行定量比較。該研究測(cè)算出RO膜的孔徑大多在0.2-0.6 nm左右，且證實(shí)了不同的RO膜合成方法將影響膜孔徑大小。Hideaki等人也利用陽(yáng)電子湮滅技術(shù)測(cè)得的陽(yáng)電子衰減譜圖（positron annihilation lifetime spectroscopy），計(jì)算出RO膜孔徑在0.6-0.7 nm左右并在不斷變化，且發(fā)現(xiàn)操作壓力對(duì)膜孔徑有一定影響。
由于新儀器的開發(fā)與新技術(shù)的應(yīng)用，RO膜的有孔結(jié)構(gòu)也逐漸成為新的共識(shí)。這也意味著，對(duì)于RO膜過濾過程的研究，進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段。基于上述研究成果，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院胡洪營(yíng)教授團(tuán)隊(duì)研究證明了原本被認(rèn)為僅適用于微濾、超濾等有孔膜過濾過程的中間堵塞模型（intermediate blocking model），同樣能夠準(zhǔn)確描述不同有機(jī)物在各種操作條件下的RO膜污堵行為，且可量化有機(jī)物的污堵潛勢(shì)。在此基礎(chǔ)上，提出了RO膜通量預(yù)測(cè)模型，從而實(shí)現(xiàn)了利用污染物濃度準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其RO膜污堵行為的目標(biāo)，解決了膜通量預(yù)測(cè)難題。
以上是小編收集整理的RO膜的有孔無孔之爭(zhēng)與過濾模型部分內(nèi)容來自網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系刪除：153045535@qq.com;
本文地址：http://m.mirasorganicspa.com/shuichuli/653.html
