역삼투압 방식의 역삼투압 원리

동량의 희석용액과 농축용액을 반투막으로 분리한 용기의 양면에 놓으면 묽은 용액의 용매가 자연스럽게 반투막을 통과하여 농축된 용액 쪽으로 이동하게 됩니다. 용액 측이 흐를 때, 농축된 용액 측의 액체 레벨은 묽은 용액의 액체 레벨보다 특정 높이만큼 높아져 압력차가 형성되고 삼투압 평형 상태에 도달합니다. 농축된 용액 쪽에 삼투압보다 큰 압력을 가하면 농축된 용액의 용매가 묽은 용액 쪽으로 흘러가게 되는데, 이 과정을 원래의 침투방향과 반대라고 합니다. 역삼투.

질량 전달 메커니즘과 역삼투 과정 모델에 관해서는 세계적으로 세 가지 주요 이론이 있습니다.

1. 용해-확산 모델

Lonsdale et al. 역삼투 현상을 설명하기 위해 용해-확산 모델이 제안되었습니다. 그는 역삼투의 활성 표면층을 조밀한 비다공성 막으로 간주하고 용질과 용매가 모두 균질한 비다공성 막 표면층에 용해될 수 있으며 각각이 발생하는 화학적 전위에 의해 막을 통해 확산될 것이라고 가정했습니다. 집중이나 압력에 의해. 막 단계에서 용질과 용매의 용해도와 확산도의 차이는 막을 통과하는 에너지에 영향을 미칩니다. 구체적인 공정은 다음과 같이 구분됩니다. 첫 번째 단계에서는 용질과 용매가 물질 표면과 막의 액체 측에 흡착 및 용해됩니다. 두 번째 단계에서는 용질과 용매 사이에 상호 작용이 없습니다. 세 번째 단계에서는 역삼투막의 활성층을 통해 용질과 용매가 각각의 화학적 전위차에 의해 분자로 확산됩니다.

위의 용질과 용매가 막에 침투하는 과정에서 일반적으로 1단계와 3단계는 매우 빠르게 진행된다고 가정하는데, 이때 투과속도는 2단계에 따라 달라진다. 용질과 용매는 화학적으로 분리됩니다. 막을 통한 분자 확산은 전위차에 의해 이루어집니다. 멤브레인의 선택성으로 인해 기체 혼합물 또는 액체 혼합물이 분리됩니다. 물질의 투과성은 확산 계수뿐만 아니라 막에서의 용해도에도 영향을 받습니다.

막 내 용매와 용질의 확산은 Fick의 법칙을 따릅니다. 이 모델은 용매와 용질이 모두 막 표면에 용해될 수 있다고 믿습니다. 따라서 물질의 투과성은 확산 계수에만 의존하지 않습니다. 막 내 용해도는 물 분자의 확산 계수보다 훨씬 작으므로 막을 통과하는 물 분자의 수는 막을 통과하는 용질의 수보다 많습니다.

2.

우선 흡착 - 모세관 흐름 이론

여러 유형의 물질이 액체에 용해되면 표면 장력이 다르게 변합니다. 예를 들어, 물에 용해된 알코올, 산, 알데히드 및 ​​지질과 같은 유기 물질은 표면 장력을 감소시킬 수 있지만, 특정 무기염을 물에 용해시키면 표면 장력이 약간 증가할 수 있습니다. 즉, 용액 표면층의 용질 농도가 용액 내부의 농도와 다릅니다. 이것이 용액의 표면 흡착 현상입니다. 고분자 다공성 막에 수용액이 접촉할 때 막의 화학적 성질로 인해 막이 용질을 음성적으로 흡착하고 물을 우선적으로 양성으로 흡착하게 되면 막에 흡착된 일정 두께의 순수한 물층이 고분자 다공성 막에 형성됩니다. 막과 용액 사이의 경계면. 외부 압력의 작용으로 막 표면의 모세관 구멍을 통과하여 순수한 물을 얻습니다.

3.

수소 결합 이론

셀룰로오스 아세테이트에는 수소 결합과 반데르발스 힘의 영향으로 결정상 영역과 비정질 영역이 있습니다. 영화의 영역은 두 부분으로 나뉩니다. 거대분자가 단단히 결합되어 평행하게 배열된 영역은 결정상 영역이고, 거대분자가 완전히 무질서한 영역은 비정질 영역이며 물과 용질이 결정상 영역에 들어갈 수 없습니다. 셀룰로오스 아세테이트 분자에 근접한 물은 셀룰로오스 아세테이트의 카르보닐 그룹에 있는 산소 원자와 수소 결합을 형성하여 결합수를 형성합니다. 셀룰로오스 아세테이트가 물 분자의 첫 번째 층을 흡착하면 물 분자의 엔트로피 값이 크게 감소하여 얼음과 유사한 구조가 형성됩니다. 비정질상 영역의 더 큰 기공 공간에서는 결합수의 점유율이 매우 낮습니다. 기공의 중심에는 셀룰로오스 아세테이트 막과 수소 결합을 형성할 수 없는 이온이나 분자가 들어갑니다. 셀룰로오스 아세테이트와 형성된 수소 결합의 위치를 ​​지속적으로 변화시켜 막을 통해 규칙적인 확산 방식으로 이동합니다.

압력을 받으면 용액 속의 물 분자는 카르보닐기의 산소 원자와 수소 결합을 형성하는데, 이는 셀룰로오스 아세테이트의 활성화점이며, 원래 물 분자에 의해 형성된 수소 결합이 끊어져 물이 분자 분해 그런 다음 일련의 수소 결합 형성과 파괴를 통해 물 분자는 막 표면의 조밀한 활성층을 떠나 막의 다공성 층으로 들어갑니다. 다공성층에는 모세관수(capillary water)가 다량 함유되어 있어 물 분자가 막 밖으로 원활하게 흘러나올 수 있다.