RO 反渗透的脱盐原理与离子截留机制

一、脱盐核心原理：渗透压与反向渗透

（一）渗透与反渗透设备的本质区别

• 渗透现象：水分子通过半透膜从低浓度溶液（淡水）自发流向高浓度溶液（盐水），直至两侧渗透压平衡。

• 反渗透（RO）的逆向驱动：在高浓度溶液侧施加超过渗透压的压力（10-100bar），迫使水分子反向透过膜，而溶解盐（离子）被截留，实现脱盐。

（二）渗透压的计算与影响因素

• 理论公式：π = iCRT（π 为渗透压，i 为离子活度系数，C 为溶质浓度，R 为气体常数，T 为绝对温度）。

• 实际应用：苦咸水（盐浓度 1000ppm）渗透压约 1bar，海水（35000ppm）渗透压约 25bar，RO 系统操作压力需比渗透压高 5-10bar 以保障产水效率。

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二、离子截留机制：三大作用协同起效

（一）物理筛分（孔径阻挡）

• 膜孔尺寸限制：RO 膜的脱盐层为非对称结构，孔径约 0.0001μm（0.1nm），远小于常见离子的水合半径：

  离子	水合半径（nm）	截留率（%）
  Na⁺	0.79	≥99
  Cl⁻	0.33	≥99
  Ca²⁺	1.14	≥99.5

• 案例：直径 0.4nm 的 NaCl 水合离子无法通过 0.1nm 的膜孔，而水分子（直径 0.2nm）可通过氢键作用透过。

（二）电荷排斥（Donnan 效应）

• 膜表面电荷特性：芳香族聚酰胺膜表面因羧基（-COOH）和酰胺基（-CONH-）电离带负电（pH＞3 时），对阴离子（如 Cl⁻、SO₄²⁻）产生静电排斥，同时通过离子氛效应间接阻碍阳离子（如 Na⁺、Ca²⁺）迁移。

• 影响表现：

• 低价离子（如 Na⁺、Cl⁻）截留率＜高价离子（如 Mg²⁺、SO₄²⁻）；

• 溶液 pH 升高时，膜负电荷增强，阴离子截留率提高（如 HCO₃⁻在碱性条件下更易被截留）。