Principio de ósmosis inversa del método de ósmosis inversa
Cuando se coloca el mismo volumen de solución diluida y solución concentrada en ambos lados de un recipiente, separados por una membrana semipermeable, el disolvente de la solución diluida pasará naturalmente a través de la membrana semipermeable y se moverá hacia la solución concentrada. lado de la solución. Cuando fluye, el nivel del líquido en el lado de la solución concentrada será mayor que el nivel del líquido de la solución diluida en una cierta altura, formando una diferencia de presión y alcanzando un estado de equilibrio osmótico. Esta diferencia de presión es la presión osmótica. Si se aplica una presión mayor que la presión osmótica al lado de la solución concentrada, el solvente en la solución concentrada fluirá hacia la solución diluida. La dirección del flujo de este solvente es opuesta a la dirección de penetración original. ósmosis inversa.
En cuanto al mecanismo de transferencia de masa y el modelo del proceso de ósmosis inversa, existen tres teorías principales en el mundo:
1. >Lonsdale et al. Se propone un modelo de disolución-difusión para explicar el fenómeno de la ósmosis inversa. Consideró la capa superficial activa de la ósmosis inversa como una membrana densa no porosa, y supuso que tanto los solutos como los disolventes podían disolverse en la capa superficial homogénea de la membrana no porosa, y que cada uno se difundiría a través de la membrana impulsado por el potencial químico causado. por concentración o presión. Las diferencias en solubilidad y difusividad de solutos y disolventes en la fase de membrana afectan su energía a través de la membrana. El proceso específico se divide en: el primer paso, el soluto y el solvente se adsorben y disuelven en la superficie del material y el lado líquido de la membrana; el segundo paso, no hay interacción entre el soluto y el solvente, y ellos; difunden como moléculas impulsadas por sus respectivas diferencias de potencial químico. A través de la capa activa de la membrana de ósmosis inversa en el tercer paso, el soluto y el disolvente se desorben en la superficie lateral del permeado de la membrana.
En el proceso en el que el soluto y el disolvente anteriores permean la membrana, generalmente se supone que el primer y tercer paso se desarrollan muy rápidamente. En este momento, la velocidad de permeación depende del segundo paso, es decir, El soluto y el disolvente se separan químicamente, impulsadas por la diferencia de potencial, las moléculas se difunden a través de la membrana. Debido a la selectividad de la membrana se separan mezclas de gases o mezclas de líquidos. La permeabilidad de una sustancia depende no sólo del coeficiente de difusión, sino también de su solubilidad en la membrana.
La difusión de disolventes y solutos en las membranas obedece a la ley de Fick. Este modelo cree que tanto los disolventes como los solutos pueden disolverse en la superficie de la membrana, por tanto, la permeabilidad de una sustancia depende no sólo del coeficiente de difusión,. sino también de su presencia en la membrana. La solubilidad en la membrana es mucho menor que el coeficiente de difusión de las moléculas de agua, por lo que el número de moléculas de agua que atraviesan la membrana es mayor que el número de solutos que atraviesan la membrana.
2.
Adsorción preferencial: teoría del flujo capilar
Cuando se disuelven diferentes tipos de sustancias en un líquido, su tensión superficial cambiará de manera diferente. Por ejemplo, las sustancias orgánicas como alcoholes, ácidos, aldehídos y lípidos disueltos en agua pueden reducir su tensión superficial. Sin embargo, disolver ciertas sales inorgánicas en agua puede aumentar ligeramente su tensión superficial. es decir, la concentración del soluto en la capa superficial de la solución es diferente de la concentración dentro de la solución. Este es el fenómeno de adsorción superficial de la solución. Cuando una solución acuosa entra en contacto con una membrana porosa de polímero, si las propiedades químicas de la membrana hacen que la membrana adsorba solutos negativamente y preferentemente adsorba agua positivamente, se formará una capa de agua pura de cierto espesor adsorbida por la membrana en la superficie. interfaz entre la membrana y la solución. Bajo la acción de una presión externa, pasará a través de los poros capilares de la superficie de la membrana, obteniendo así agua pura.
3.
Teoría de los enlaces de hidrógeno
En el acetato de celulosa, debido a los efectos de los enlaces de hidrógeno y las fuerzas de van der Waals, existen regiones de fase cristalina y amorfa. Áreas de la fase de la película en dos partes. La región donde las macromoléculas están firmemente unidas y dispuestas en paralelo es la región de la fase cristalina, mientras que la región donde las macromoléculas están completamente desordenadas es la región de la fase amorfa, y el agua y los solutos no pueden ingresar a la región de la fase cristalina. Muy cerca de la molécula de acetato de celulosa, el agua forma enlaces de hidrógeno con los átomos de oxígeno de los grupos carbonilo del acetato de celulosa y forma lo que se conoce como agua unida. Cuando el acetato de celulosa adsorbe la primera capa de moléculas de agua, provocará una gran disminución en el valor de entropía de las moléculas de agua, formando una estructura similar al hielo. En el espacio poroso más grande en el área de la fase amorfa, la tasa de ocupación de agua unida es muy baja. En el centro del poro, hay agua con estructura ordinaria que no puede formar enlaces de hidrógeno con la membrana de acetato de celulosa. agua unida y forma migrar de manera ordenada por difusión a través de la membrana cambiando continuamente las posiciones de los enlaces de hidrógeno formados con acetato de celulosa.
Bajo presión, las moléculas de agua en la solución forman enlaces de hidrógeno con los átomos de oxígeno en el grupo carbonilo, el punto de activación del acetato de celulosa, y los enlaces de hidrógeno originalmente formados por las moléculas de agua se rompen y el agua Las moléculas se descomponen Luego, a través de una serie de formación y ruptura de enlaces de hidrógeno, las moléculas de agua abandonan la densa capa activa en la superficie de la membrana y entran en la capa porosa de la membrana. Dado que la capa porosa contiene una gran cantidad de agua capilar, las moléculas de agua pueden salir de la membrana sin problemas.