Công nghệ thẩm thấu ngược Ro (reverse osmosis) là một công nghệ lọc và tách màng được hỗ trợ bởi sự chênh lệch áp suất kế. Nó được bắt nguồn từ việc nghiên cứu công nghệ hàng không vũ trụ vào những năm 1960 tại Hoa Kỳ, sau đó dần dần trở thành vật liệu dân dụng. Nó đã được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu khoa học, y học, thực phẩm, đồ uống, khử muối và các lĩnh vực khác.
Màng RO có kích thước lỗ nhỏ cỡ nanomet (1 nm=10-9 m). Dưới áp suất nhất định, các phân tử H2O có thể đi qua màng RO, trong khi muối vô cơ, ion kim loại nặng, chất hữu cơ, chất keo, vi khuẩn, vi rút và các tạp chất khác trong nước nguồn không thể đi qua màng RO, do đó, nước tinh khiết có thể được truyền và nước đậm đặc không thể truyền qua được có thể được phân biệt một cách chặt chẽ.
Độ dẫn của nước máy nói chung sau khi lọc qua màng RO 5 μ S / cm (độ dẫn của nước thải sau khi lọc qua màng RO=độ dẫn của đầu vào) × Tỷ lệ khử muối của màng RO nhập khẩu có thể đạt 99% trở lên và hoạt động có thể đảm bảo 97 % trở lên trong vòng 5 năm. Nếu độ dẫn của nước đầu ra tương đối cao, có thể áp dụng phương pháp thẩm thấu ngược giai đoạn hai và sau khi xử lý đơn giản, độ dẫn thủy điện nhỏ hơn 1 μ S / cm), đáp ứng tiêu chuẩn nước cấp ba của phòng thí nghiệm quốc gia. Sau quá trình lọc tuần hoàn của cột trao đổi ion nguyên tử, điện trở suất nước của nước thải đầu ra có thể đạt 18,2m.cm, cao hơn tiêu chuẩn quốc gia về nước sử dụng trong phòng thí nghiệm (GB 6682-92).
Ba lý thuyết sau đây phổ biến trong việc giải thích cơ chế phân tách thẩm thấu ngược trong học thuật
1. Mô hình khuếch tán hòa tan
Lonsdale và cộng sự. Đề xuất mô hình khuếch tán dung dịch để giải thích hiện tượng thẩm thấu ngược. Ông coi vỏ bề mặt hoạt động của thẩm thấu ngược là một màng xốp dày đặc, và cho rằng cả chất tan và dung môi đều có thể hòa tan trong lớp bề mặt màng xốp đồng nhất, và mỗi chất khuếch tán qua màng dưới điện thế hóa học do nồng độ hoặc áp suất gây ra. Sự khác biệt của độ hòa tan và sự khuếch tán của chất tan và dung môi trong pha màng ảnh hưởng đến năng lượng của chúng qua màng. Quá trình cụ thể được chia thành các bước: chất tan và dung môi hấp phụ và hòa tan trên bề mặt chất lỏng bên của màng; Trong bước thứ hai, không có sự tương tác giữa chất tan và dung môi, và chúng đi qua lớp hoạt động của màng RO bằng cách khuếch tán phân tử dưới sự thúc đẩy sự khác biệt tiềm năng hóa học của chúng; Bước thứ ba là giải hấp chất tan và dung môi trên bề mặt màng qua mặt chất lỏng.
Trong quá trình chất tan và dung môi đi qua màng, người ta thường cho rằng bước thứ ba và bước thứ hai sẽ là tốc độ truyền. Nghĩa là, chất tan và dung môi đi qua màng bằng cách khuếch tán phân tử dưới sự thúc đẩy của sự khác biệt điện thế hóa học. Do tính chọn lọc của màng, hỗn hợp khí hoặc hỗn hợp lỏng có thể được tách ra. Tính thấm của vật liệu không chỉ phụ thuộc vào hệ số khuếch tán mà còn phụ thuộc vào khả năng hòa tan của vật liệu trong màng.
2. Lý thuyết về dòng mao quản hấp phụ ưu
Khi các loại chất khác nhau được hòa tan trong chất lỏng, sức căng bề mặt sẽ thay đổi. Ví dụ, dung dịch các chất hữu cơ như rượu, axit, anđehit, dầu mỡ có thể làm giảm sức căng bề mặt nhưng có thể hòa tan một số muối vô cơ, nhưng làm cho sức căng bề mặt tăng nhẹ, do sự phân tán của chất tan không đều, tức là nồng của chất tan ở lớp bề mặt của dung dịch khác với nồng độ bên trong của dung dịch, đó là hiện tượng hấp phụ bề mặt của dung dịch. Khi dung dịch nước tiếp xúc với màng polyme xốp, nếu tính chất hóa học của màng làm cho màng hấp phụ âm với chất tan và ưu tiên hấp phụ dương nước, thì một độ dày nhất định của lớp nước tinh khiết sẽ được hình thành ở mặt phân cách giữa màng và giải pháp. Dưới tác dụng của áp suất bên ngoài, nó sẽ đi qua các lỗ rỗng trên bề mặt màng, từ đó thu được nước tinh khiết.
3. Thuyết liên kết hiđro
Trong xenlulozơ axetat, do tác dụng của liên kết hydro và lực van der Waals, trong màng có hai phần, đó là vùng kết tinh và vùng pha vô định hình. Sự liên kết rắn và sự sắp xếp song song của các đại phân tử là vùng pha tinh thể, trong khi vùng pha vô định hình hoàn toàn mất trật tự giữa các đại phân tử, nước và chất tan không thể đi vào vùng pha tinh thể. Gần phân tử xenlulozơ axetat, các nguyên tử oxy trên nhóm cacbonyl của xenlulozơ axetat và nước hình thành liên kết hydro và tạo thành cái gọi là nước liên kết. Khi xenlulozơ axetat hấp phụ các phân tử nước trong lớp, nó sẽ làm cho entropi phân tử nước giảm đi rất nhiều, tạo thành một cấu trúc tương tự như nước đá. Trong không gian lỗ rỗng có pha vô định hình lớn, tỷ lệ chiếm dụng của nước kết hợp là rất thấp. Có nước với cấu trúc chung ở trung tâm của lỗ chân lông. Các ion hoặc phân tử không thể tạo liên kết hydro với màng xenlulo axetat đi vào nước liên kết và di chuyển theo cách khuếch tán có trật tự. Màng được dẫn qua màng bằng cách thay đổi vị trí của liên kết hydro do xenlulozơ axetat tạo thành.
Dưới áp suất, các phân tử nước trong dung dịch và các nguyên tử oxy trong nhóm cacbonyl hình thành liên kết hydro. Các liên kết hydro được hình thành bởi các phân tử nước ban đầu bị ngắt kết nối, và các phân tử nước bị phân ly và di chuyển đến điểm kích hoạt tiếp theo và hình thành các liên kết hydro mới. Do đó, chúng được hình thành và ngắt kết nối thông qua một loạt các liên kết hydro, Các phân tử nước rời khỏi lớp hoạt tính dày đặc trên bề mặt của màng và đi vào lớp xốp của màng. Do lớp xốp có chứa một lượng lớn nước mao quản nên các phân tử nước có thể chảy ra khỏi màng một cách thuận lợi.
