反滲透技術(shù)原理及常用理論依據(jù)

　　RO（Reverse Osmosis）反滲透技術(shù)是利用壓力表差為動(dòng)力的膜分離過濾技術(shù)，源于美國(guó)二十世紀(jì)六十年代宇航科技的研究，后逐漸轉(zhuǎn)化為民用，目前已廣泛運(yùn)用于科研、醫(yī)藥、食品、飲料、海水淡化等領(lǐng)域。

　　RO反滲透膜孔徑小至納米級(jí)（1納米=10-9米），在一定的壓力下，H2O分子可以通過RO膜，而源水中的無機(jī)鹽、重金屬離子、有機(jī)物、膠體、細(xì)菌、病毒等雜質(zhì)無法通過RO膜，從而使可以透過的純水和無法透過的濃縮水嚴(yán)格區(qū)分開來。

　　一般性的自來水經(jīng)過RO膜過濾后的純水電導(dǎo)率5μs/cm（RO膜過濾后出水電導(dǎo)=進(jìn)水電導(dǎo)×除鹽率，一般進(jìn)口反滲透膜脫鹽率都能達(dá)到99%以上，5年內(nèi)運(yùn)行能保證97%以上。對(duì)出水電導(dǎo)要求比較高的，可以采用2級(jí)反滲透，再經(jīng)過簡(jiǎn)單的處理，水電導(dǎo)能小于1μs/cm）, 符合國(guó)家實(shí)驗(yàn)室三級(jí)用水標(biāo)準(zhǔn)。再經(jīng)過原子級(jí)離子交換柱循環(huán)過濾，出水電阻率可以達(dá)到18.2M .cm，超過國(guó)家實(shí)驗(yàn)室一級(jí)用水標(biāo)準(zhǔn)（GB 6682—92）。

學(xué)界對(duì)于反滲透分離機(jī)理的解釋主要流行以下三種理論：

1、溶解-擴(kuò)散模型

　　Lonsdale等人提出解釋反滲透現(xiàn)象的溶解-擴(kuò)散模型。他將反滲透的活性表面皮層看作為致密無孔的膜，并假設(shè)溶質(zhì)和溶劑都能溶于均質(zhì)的非多孔膜表面層內(nèi)，各自在濃度或壓力造成的化學(xué)勢(shì)推動(dòng)下擴(kuò)散通過膜。溶解度的差異及溶質(zhì)和溶劑在膜相中擴(kuò)散性的差異影響著他們通過膜的能量大小。其具體過程分為：第一步，溶質(zhì)和溶劑在膜的料液側(cè)表面外吸附和溶解；第二步，溶質(zhì)和溶劑之間沒有相互作用，他們?cè)诟髯曰瘜W(xué)位差的推動(dòng)下以分子擴(kuò)散方式通過反滲透膜的活性層；第三步，溶質(zhì)和溶劑在膜的透過液側(cè)表面解吸。

　　在以上溶質(zhì)和溶劑透過膜的過程中，一般假設(shè)第一步、第三步進(jìn)行的很快，此時(shí)透過速率取決于第二步，即溶質(zhì)和溶劑在化學(xué)位差的推動(dòng)下以分子擴(kuò)散方式通過膜。由于

　　膜的選擇性，使氣體混合物或液體混合物得以分離。而物質(zhì)的滲透能力，不僅取決于擴(kuò)散系數(shù)，并且決定于其在膜中的溶解度。
 

2、 優(yōu)先吸附—毛細(xì)孔流理論

　　當(dāng)液體中溶有不同種類物質(zhì)時(shí)，其表面張力將發(fā)生不同的變化。例如水中溶有醇、酸、醛、脂等有機(jī)物質(zhì)，可使其表面張力減小，但溶入某些無機(jī)鹽類，反而使其表面張力稍有增加，這是因?yàn)槿苜|(zhì)的分散是不均勻的，即溶質(zhì)在溶液表面層中的濃度和溶液內(nèi)部濃度不同，這就是溶液的表面吸附現(xiàn)象。當(dāng)水溶液與高分子多孔膜接觸時(shí)，若膜的化學(xué)性質(zhì)使膜對(duì)溶質(zhì)負(fù)吸附，對(duì)水是優(yōu)先的正吸附，則在膜與溶液界面上將形成一層被膜吸附的一定厚度的純水層。它在外壓作用下，將通過膜表面的毛細(xì)孔，從而可獲取純水。
 

3、 氫鍵理論

　　在醋酸纖維素中，由于氫鍵和范德華力的作用，膜中存在晶相區(qū)域和非晶相區(qū)域兩部分。大分子之間存在牢固結(jié)合并平行排列的為晶相區(qū)域，而大分子之間完全無序的為非晶相區(qū)域，水和溶質(zhì)不能進(jìn)入晶相區(qū)域。在接近醋酸纖維素分子的地方，水與醋酸纖維素羰基上的氧原子會(huì)形成氫鍵并構(gòu)成所謂的結(jié)合水。當(dāng)醋酸纖維素吸附了第一層水分子后，會(huì)引起水分子熵值的極大下降，形成類似于冰的結(jié)構(gòu)。在非晶相區(qū)域較大的孔空間里，結(jié)合水的占有率很低，在孔的中央存在普通結(jié)構(gòu)的水，不能與醋酸纖維素膜形成氫鍵的離子或分子則進(jìn)入結(jié)合水，并以有序擴(kuò)散方式遷移，通過不斷的改變和醋酸纖維素形成氫鍵的位置來通過膜。

　　在壓力作用下，溶液中的水分子和醋酸纖維素的活化點(diǎn)——羰基上的氧原子形成氫鍵，而原來水分子形成的氫鍵被斷開，水分子解離出來并隨之移到下一個(gè)活化點(diǎn)并形成新的氫鍵，于是通過一連串的氫鍵形成與斷開，使水分子離開膜表面的致密活性層而進(jìn)入膜的多孔層。由于多孔層含有大量的毛細(xì)管水，水分子能夠暢通流出膜外。