I. Fondazzjonijiet teoretiċi u esplorazzjonijiet sperimentali bikrija (kmieni s-seklu 19 sa nofs is-snin 1950)
1. Skoperta ta 'osmosis u l-introduzzjoni tal-kunċett ta' membrani semipermeabbli
L-iżvilupp tat-teknoloġija tal-membrana ta 'l-osmosis b'lura huwa inseparabbli mill-fehim tal-fenomenu naturali ta' "osmosis." Fl-1827, waqt li studja ċ-ċelloli tal-pjanti, il-fiżjologu Franċiż Dutrochet l-ewwel osserva l-migrazzjoni tal-molekuli tal-ilma permezz tal-membrani taċ-ċelluli minn soluzzjoni ta 'konċentrazzjoni baxxa - għal soluzzjoni ta' konċentrazzjoni għolja -. Dan il-fenomenu, definit bħala "osmosis," huwa ċċentrat fuq l-eżistenza ta 'struttura selettivament permeabbli, l-SO - imsejħa "membrana semipermeabbli." Għalkemm il-materjali tal-membrana artifiċjali għadhom ma ġewx żviluppati f'dan il-ħin, l-esperimenti ta 'Dutrochet ipprovdew il-bażi teoretika għas-separazzjoni tal-membrana.
2. Stabbiliment tal-mudell termodinamiku tal-pressjoni osmotika
Sal-aħħar tas-seklu 19, l-ispiżjar fiżiku Olandiż van 'T hoff ippropona l-ekwazzjoni tal-pressjoni osmotika famuża fl-1886: π=imrt, fejn π hija l-pressjoni osmotika, I hija l-fattur ta' dissoċjazzjoni tas-solut, m hija l-konċentrazzjoni molari, r hija l-kostanti tal-gass, u t hija t-temperatura termodinamika. Din l-ekwazzjoni kkombinat il-fenomenu ta 'l-osmosis mat-teorija tat-termodinamiċità kimika, u għall-ewwel darba kkwantifikat il-forza li tmexxi l-proċessi tal-membrana. Ix-xogħol ta 'Van' T Hoff huwa meqjus bħala komponent importanti tal-pedamenti termodinamiċi ta 'l-inġinerija ta' separazzjoni tal-membrana u pprovda bażi għal parametri ewlenin fid-disinn ta 'proċess ta' osmosis b'lura sussegwenti.
3. Il-ħolqien ta 'riċerka preliminari fuq membrani artifiċjali
Fil-bidu tas-seklu 20, l-istudjuż Ġermaniż Bechold irrapporta l-ewwel darba fl-1907 l-użu ta 'membrani magħmula minn nitrat taċ-ċelluloża għas-separazzjoni ta' partiċelli kollojdali. Dawn il-membrani urew ċertu grad ta 'semipermeabilità. Għalkemm din it-teknoloġija kienet inizjalment użata primarjament fil-kimika analitika u fl-esperimenti bijoloġiċi, dawn il-membrani diġà kellhom il-proprjetajiet fundamentali tad-daqs u l-fluss tal-pori kontrollabbli, u huma meqjusa bħala l-prekursur għall-industrijalizzazzjoni tat-teknoloġija tal-membrana. Il-membrani ta 'Bechold intużaw ħafna f'esperimenti bażiċi bħas-separazzjoni tal-proteina u ż-żamma tal-virus, li jippromwovu indirettament ir-riċerka u l-istandardizzazzjoni tal-proprjetajiet fiżiċi tal-materjal tal-membrana (bħal distribuzzjoni tad-daqs tal-pori, ħxuna, u saħħa strutturali).
II. Il-miġja tal-membrani tal-prototip RO u l-implimentazzjoni tal-prinċipju ta 'l-osmosis b'lura (1950s)
1. L-ewwel applikazzjoni ta 'osmosis b'lura
Għalkemm l-osmosis kien ilu osservat u deskritt b'mod kwalitattiv, ma kienx sa nofs - seklu 20 li x-xjenzati skoprew kif ireġġgħu lura l-proċess. Billi tapplika pressjoni esterna akbar mill-pressjoni osmotika fuq is-soluzzjoni konċentrata, il-molekuli tal-ilma jemigraw minn soluzzjoni ta 'konċentrazzjoni għolja - għal soluzzjoni ta' konċentrazzjoni baxxa. Dan il-proċess huwa magħruf bħala Osmosis Reverse. L-akbar sfidi ffaċċjati fl-iżvilupp inizjali ta 'membrani ta' l-osmosis b'lura kienu l-għażla tal-materjal u d-disinn tal-istruttura tal-membrana: il-kisba ta 'selettività suffiċjenti mingħajr ma tissagrifika l-fluss.
2. Loeb u Sourirajan's Asimmetric Membrane Breakthrough (1959)
Fl-1959, Loeb u Sourirajan ta 'l-Università ta' California, Los Angeles, żviluppaw l-ewwel membrana ta 'l-osmosis reverse industrijali vijabbli fid-dinja. Bl-użu ta 'metodu ta' inverżjoni tal-fażi, huma fabbrikaw membrana tal-aċetat taċ-ċelluloża bi struttura asimmetrika distinta. Is-saff tal-wiċċ tal-membrana, madwar 0.2 sa 0.5 mikron ħoxnin, juri selettività estremament għolja. L-istruttura poruża sottostanti tipprovdi appoġġ mekkaniku u tnaqqas ir-reżistenza tal-fluss. Din il-membrana asimmetrika tikseb rata ta 'rifjut tal-melħ sa 98% u fluss ta' għexieren ta 'litri kull metru kwadru fis-siegħa, li tpoġġi l-pedament għal applikazzjonijiet industrijali sussegwenti.
3. Proġett tal-Gvern Amerikan u impjant pilota UCLA
L-Uffiċċju tal-Ilma tal-Melħ tal-Istati Uniti ffinanzja din ir-riċerka fl-aħħar tas-snin 1950 u stabbilixxa l-ewwel impjant sperimentali ta 'desalinizzazzjoni tal-ilma baħar. Din is-sistema, bl-użu ta 'membrana RO asimmetrika, ipproduċiet 14-il tunnellata ta' ilma ħelu kuljum. Filwaqt li għadha relattivament kbira u għalja biex topera, din il-kisba wriet għall-ewwel darba li t-teknoloġija RO ma kinitx biss teoretikament fattibbli iżda wkoll li tista 'tinkiseb fuq skala prattika, li ħarġet fl-applikazzjoni prattika tas-separazzjoni tal-membrana fit-trattament tal-ilma.
Iii. Żvilupp Industrijali u Formazzjoni Teknoloġika (1960-1970)
1. Żvilupp tal-pjanċa - u - qafas u spirali - moduli tal-membrana tal-feriti
Hekk kif il-materjali tal-membrana tal-osmosis invers saru aktar stabbli, l-ottimizzazzjoni tal-istruttura tal-membrana bħala komponent tal-apparat saret kruċjali għall-iżvilupp industrijali. Fl-1969, DuPont introduċa l-b - 9 spirali - element tal-membrana tal-ferita. Dan id-disinn ippermetta għal żona akbar tal-membrana f'volum limitat, li jtejjeb b'mod sinifikanti l-kapaċità tal-ipproċessar tas-sistema u l-effiċjenza fl-enerġija. Meta mqabbel mal-pjanċa tradizzjonali - u - strutturi tal-qafas, moduli tal-membrana ferita spirali joffru densità ta 'żona volumetrika ogħla, qatra ta' pressjoni aktar baxxa, u ħtiġijiet ta 'manutenzjoni aktar baxxi, malajr isiru l-fattur tal-forma mainstream għal applikazzjonijiet industrijali RO.
2. Espansjoni rapida tas-suq internazzjonali
Fl-1970, Toray Industries, il-Ġappun, ikkompleta l-ewwel linja ta 'produzzjoni tal-membrana ta' l-osmosis kummerċjali ta 'l-Asja, li mmarkat il-bidu ta' l-espansjoni tat-teknoloġija RO fl-Asja - Reġjun tal-Paċifiku. Il-kumpanija pijuniera fl-applikazzjoni tat-teknoloġija tas-separazzjoni tal-membrana fil-produzzjoni ta 'ilma ultrapur għall-elettronika, konċentrazzjoni ta' ikel u xorb, u użu mill-ġdid tad-drenaġġ, li tmexxi avvanzi rapidi fil-prestazzjoni tal-materjal tal-membrana u l-integrazzjoni tal-apparat fir-reġjun kollu.
3. Verifika tal-Applikazzjoni Militari tal-Istati Uniti: Unitajiet RO mobbli
Mill-1965 sal-1968, in-Navy Amerikana kkollaboraw mat-tim ta 'Loeb biex tiżviluppa l-Unità tad-Desalinizzazzjoni tal-Ilma Mobile (MSDU). Din l-unità tista 'tiġi skjerata fuq vapuri, fuq bażijiet' il quddiem, u f'ambjenti ħorox biex jiġu desalinati l-ilma baħar. Dan il-proġett mhux biss wera l-fattibilità tas-sistemi RO f'ambjenti ta 'għajnuna militari u tad-diżastri iżda ffaċilita wkoll l-iskjerament sussegwenti ta' unitajiet RO f'portijiet, bliet b'nuqqas ta 'ilma, u gżejjer periferiċi.
Iv. L-Emerġenza u l-Applikazzjonijiet Diversi ta 'Materjali tal-Membrana Komposti (1980-1990)
1. L-avvanz maġġuri fl-istruttura tal-materjal tal-membrana: membrana komposta TFC
Fl-1980, Cadotte pproponiet membrana komposta aromatika tal-polyamide (film irqiq kompost, TFC) fabbrikata bl-użu ta 'polimerizzazzjoni interfacial. Din il-membrana tikkonsisti fi tliet saffi: saff ta 'appoġġ tad-drapp mhux minsuġ, saff ta' polysulfone poruż, u saff tal-wiċċ tal-polyamide irqiq ultra -. Is-saff tal-wiċċ tal-polyamide, biss ftit mijiet ta 'nanometri ħoxnin, juri rifjut tal-melħ eċċellenti. Din l-istruttura mhux biss ittejjeb b'mod sinifikanti l-fluss tal-membrana u s-selettività iżda tippermetti wkoll it-tfassil tal-prestazzjoni tal-membrana għal sorsi ta 'ilma speċifiċi, u ssir l-arkitettura standard għal materjali sussegwenti tal-membrana RO.
2. Kummerċjalizzazzjoni: Applikazzjoni mifruxa tas-serje Dow FilmTec ™
Fl-1982, Dow Chemical Company nediet il-marka "FilmTec ™" tal-membrani RO, inklużi mudelli rappreżentattivi bħall-BW30 u SW30. Dawn il-membrani, ikkaratterizzati minn reżistenza għolja ta 'fouling, fluss għoli, u ħajja operattiva stabbli, intużaw ħafna f'industriji bħal provvista ta' ilma muniċipali, desalinizzazzjoni tal-ilma baħar, elettronika u semikondutturi, ikel u xorb, u kimiċi, li jistabbilixxu l-pożizzjoni dominanti tal-membrani TFC fis-suq.
3. Proġett ta 'dimostrazzjoni fuq skala kbira -}: Orange County Water Factory 21
Fl-1990, l-Awtorità tal-Ilma tal-Kontea ta 'Orange f'Kalifornja, l-Istati Uniti, inbniet il-fabbrika tal-ilma 21, li tuża sistema RO biex tipprovdi trattament ta' kwalità għoli - għall-ilma tad-drenaġġ muniċipali. Din is-sistema mbagħad tgħaddi minn trattament avvanzat bir-radjazzjoni UV u karbonju attivat, li jirriżulta fix-xorb indirett ta 'ilma riċiklat. Dan immarka l-ewwel skala kbira ta 'suċċess - "Xorb - grad ta' ilma riċiklat", li mmarka t-tranżizzjoni sinifikanti tat-teknoloġija RO mit-trattament tal-ilma industrijali għas-sigurtà tal-ilma tax-xorb.
V. Ottimizzazzjoni tas-Sistema u Kontroll Intelliġenti (2000-2010)
1. Anti - Fouling u l-iżvilupp ta 'nano - membrani modifikati
Il-fouling tal-membrana dejjem kien ostaklu maġġuri għat-terminu twil - Operazzjoni tat-teknoloġija RO. Biex titjieb il-kapaċitajiet ta 'antifouling tal-membrana, ir-riċerkaturi qed jintroduċu nanomaterjali bħal Tio₂, ZnO, u Ag fil-wiċċ tal-membrana. Dawn il-materjali jagħtu anti-- proprjetajiet ta 'adeżjoni bijoloġika u dekompożizzjoni fotokatalitika ta' materja organika, li testendi b'mod sinifikanti l-ħajja operattiva tal-membrana. Pereżempju, l-Università Teknoloġika ta 'Nanyang f'Singapore żviluppat membrana TFC b'kapaċitajiet ta' tindif fotokatalitiċi - permezz ta '{- situ Tio₂ doping.
2. Konsum ta 'enerġija ta' desalinizzazzjoni mnaqqas b'mod sinifikanti: Apparat ta 'rkupru ta' enerġija PX
L-iskambjatur tal-pressjoni PX (PX) imniedi minn Energy Recovery Inc. jirkupra u jittrasferixxi pressjoni residwa mis-salmura għan-naħa tad-dħul, li jnaqqas il-konsum speċifiku tal-enerġija tas-sistemi RO mis-6 - 8 kWh / m³ sa 2-3 kWh / m³. Dan l-apparat jintuża ħafna fi proġetti ta 'desalinizzazzjoni fuq skala kbira f'pajjiżi bħall-Iżrael u l-Arabja Sawdija, li jagħmlu RO bħala teknoloġija ta' desalinizzazzjoni mainstream mad-dinja kollha.
3. Sistemi ta 'awtomazzjoni u kontroll intelliġenti
Sistemi RO kbar - Skala huma mgħammra bi pjattaforma ta 'ġestjoni awtomatizzata bbażata fuq PLC (kontroll tal-loġika programmabbli) u sistema SCADA, li tippermetti ġbir ta' ħin reali - ħin u kontroll ta 'dejta bħal kwalità influwenti, fluss tal-membrana, pressjoni differenzjali, pressjoni differenzjali, u indiċi ta' kontaminazzjoni. Xi sistemi jinkorporaw algoritmi assistiti AI - biex ibassru t-tendenzi tal-fouling tal-membrana u jibdew twissijiet għat-tindif bil-quddiem, li jippermettu operazzjoni "mhux attendiet".
Vi. Materjali ħodor u sistemi ta 'membrana intelliġenti (2020-preżent)
1. Progress tar-Riċerka dwar il-Membrani tal-Ossidu tal-Grafen (GO)
It-tim tal-GEIM (Università ta 'Manchester) beda jesplora l-proprjetajiet molekulari ta' l-għarbiel tal-membrani GO fl-2013. Il-membrani GO għandhom saff wieħed -}, żewġ struttura dimensjonali - u jistgħu jiksbu flussi 10 sa 100 darba ogħla mill-membrani tradizzjonali. Jistgħu wkoll jiksbu separazzjonijiet preċiżi billi jaġġustaw l-ispazjar bejn is-saffi. L-applikazzjonijiet potenzjali jinkludu desalinizzazzjoni tal-ilma baħar, separazzjoni tal-metall tqil, u valur għoli -} - trattament tas-soluzzjoni miżjuda. Għalkemm għadhom mhumiex kummerċjalizzati għal kollox, huma meqjusa bħala kandidat ewlieni għall-ġenerazzjoni li jmiss ta 'materjali tal-membrana ta' prestazzjoni għolja-.
2.
Bl-adozzjoni mifruxa tax-xjenza tad-dejta, ħafna sistemi RO industrijali qed jinkorporaw algoritmi AI, bħal netwerks newrali u mudelli ta 'tagħlim tal-magni, biex jidentifikaw u jottimizzaw b'mod intelliġenti tipi ta' fouling tal-membrana, parametri operattivi, u xejriet ta 'konsum ta' enerġija.
3. Użu mill-ġdid tal-membrani tal-iskart u piloti tal-ekonomija ċirkolari
Il- "Proġett ReWamem" tal-UE jnaddaf kimikament u jirriproċessar il-membrani tal-iskart, li jibdilhom f'baxxa - membrani ta 'nanoofiltrazzjoni ta' pressjoni jew moduli tal-membrana MBR għal trattament minn qabel tad-drenaġġ jew sistemi ta 'użu mill-ġdid tal-ilma tat-tisqija. Dan il-proġett jikseb aktar minn 80% irkupru tar-riżorsi tal-membrana, li jmexxi t-tranżizzjoni tal-industrija tar-RO lejn karbonju baxx - Żvilupp sostenibbli.