Селективность мембран обратного осмоса (МОО) по бору является критически важной характеристикой при опреснении морской и солоноватой воды. Значения селективности зависят от типа мембраны, режима эксплуатации и химического состава исходного раствора. Коммерческие мембраны для морской воды обеспечивают селективность по бору на уровне 85–90% при нейтральном pH и свыше 98% при его увеличении до 10–10,5. Специализированные мембраны для удаления бора могут достигать 96% даже при нейтральных условиях.
Классификация мембран и эффективность
Мембраны типа SWRO (для морской воды), например Hydranautics SWC, обычно демонстрируют селективность 92–93% при pH 8,2 и превышают 98% при pH 10,5. Мембраны для солоноватой воды (BWRO) показывают более широкий диапазон — от 30% до 80% при pH 7, но при увеличении pH эффективность возрастает до 95–99%. Специализированные продукты, такие как Hydranautics ESPA-B, обеспечивают 96% селективности на щелочных режимах.
Современные исследования сосредоточены на модификации поверхности мембран и внедрении наноструктур. Такие подходы позволяют достичь 91–95% селективности при нейтральном pH и повысить эффективность с помощью наночастиц UiO-66 — с 85,7% до 91,6%.
Механизмы транспорта и pH
Селективность мембран напрямую связана с кислотно-основными свойствами борной кислоты. При pH ниже 9,2 бор присутствует в виде нейтральной молекулы H₃BO₃ (~0,31 нм), которая легко диффундирует через мембрану, что обуславливает относительно низкую селективность (40–90%). При pH выше 9,2 формируется борат-ион B(OH)₄⁻ (~0,45 нм), который благодаря отрицательному заряду эффективно задерживается мембраной за счёт электростатического отталкивания и размерного исключения, что даёт селективность 95–99%.
Влияющие факторы
Температура процесса влияет на селективность — при повышении температуры увеличивается диффузия и эффективность снижается; оптимальный диапазон составляет 15–25°C. Трансмембранное давление 600–1000 psi для морских мембран незначительно повышает селективность за счёт преобладания конвективного транспорта. Рост ионной силы раствора (при увеличении NaCl с 500 до 15000 мг/л) приводит к падению эффективности удаления бора из-за экранирования электростатических эффектов: например, для мембраны CPA2 селективность уменьшается с 81% до 71% при pH 10.
Промышленные решения
Одноступенчатые установки на морской воде обычно обеспечивают остаточную концентрацию бора 0,5–1,0 мг/л (удаление 80–90%), но для достижения нормативов ВОЗ требуется дополнительная обработка. Двухступенчатые схемы с увеличением pH на второй ступени позволяют получить уровень бора менее 0,1 мг/л при селективности ~95% (BWRO, pH 10,5). Использование гибридных решений — ионообмен, электродиализ — позволяет повышать селективность до 99% и выше, обеспечивая соответствие самым жёстким санитарным стандартам.
На нашем сайте также можно прочитать статью по теме https://diasel.ru/article/selektivnost-membran-obratnogo-osmosa-po-boru/