反滲透（Reverse Osmosis, RO）是一種在壓力驅動下，利用半透膜選擇性分離溶液中溶質與溶劑的技術，其核心在于RO膜對水分子的高效透過與對溶質的高效截留。這一過程的實現(xiàn)依賴于膜的微觀結構特性與分子間相互作用的協(xié)同作用。

一、分離原理：從滲透到反滲透的逆向驅動

自然滲透過程中，當兩種不同濃度的溶液被半透膜分隔時，水分子會自發(fā)從低濃度側（純水）向高濃度側（鹽水）擴散，直至兩側滲透壓平衡。反滲透則通過外加壓力（通常1-10 MPa）克服高濃度側的滲透壓，迫使水分子逆向滲透至低濃度側，實現(xiàn)溶劑與溶質的分離。這一過程的本質是“壓力能”對“化學勢差”的逆向突破，其驅動力為操作壓力與滲透壓的差值（ΔP - π）。

二、微觀機制：膜的“篩分-傳遞”雙重功能

RO膜的分離能力由其微觀結構與表面特性共同決定，核心機制可歸納為以下三點：

1. 分子尺寸篩分效應
   RO膜的活性層（厚度約0.1-1 μm）具有納米級孔徑（通常0.1-0.8 nm），遠小于常見溶質分子（如NaCl離子直徑約0.2-0.6 nm，蔗糖分子約0.5 nm，病毒約20-300 nm）。水分子（直徑約0.27 nm）可通過膜內連續(xù)的親水性通道，而溶質因尺寸超過孔徑或被膜表面電荷排斥，被截留在原側。例如，海水淡化用RO膜的孔徑可精準篩分Na?（0.358 nm）、Cl?（0.332 nm）等小離子，實現(xiàn)98%以上的脫鹽率。

2. 溶解-擴散傳質過程
   根據(jù)“溶解-擴散模型”，水分子首先在膜表面溶解（因膜材料多為極性高分子，如聚酰胺，具有親水性），形成結合水層；隨后，溶解的水分子通過膜內部的致密無定形區(qū)或微孔結構擴散至另一側，最終脫附進入純水通道。溶質分子（如鹽類）因極性弱或尺寸過大，難以溶解于膜表面，或因擴散速率遠低于水分子（約為水分子的1/1000），被有效截留。

3. 表面電荷與靜電排斥
   RO膜活性層通常帶有負電荷（如聚酰胺膜表面的羧基、磺酸基團），可通過靜電作用增強對帶正電溶質（如Ca2?、Mg2?）的截留。例如，當進水pH升高時，膜表面負電荷密度增加，對陰離子（如SO?2?）的靜電排斥增強，截留率進一步提升；而對中性分子（如尿素）的截留則主要依賴尺寸篩分。

三、材料與結構的協(xié)同優(yōu)化

現(xiàn)代RO膜多采用“復合膜”結構：表層為超薄（約0.1 μm）的高交聯(lián)度聚酰胺活性層（負責分離），下層為多孔支撐層（如聚砜、聚醚砜）提供機械強度。這種設計既保證了高透水性（通量可達25-40 L/(m2·h)），又通過活性層的精細化學調控（如引入哌嗪、間苯二胺等單體）優(yōu)化表面電荷與孔徑分布，實現(xiàn)“高通量+高截留”的平衡。

反滲透膜的微觀機制揭示了其“精準分離”的本質——通過納米級孔徑的物理篩分、分子溶解擴散的動力學差異，以及表面電荷的靜電作用，共同構建起溶劑與溶質的高效分離屏障。這一過程的深入理解，為膜材料改性（如石墨烯復合膜、MOF摻雜膜）與工藝優(yōu)化（如低壓力反滲透、閉式循環(huán)反滲透）提供了理論支撐，推動RO技術在海水淡化、工業(yè)純水、廢水零排放等領域的持續(xù)創(chuàng)新。