用正电子湮灭技术探讨反渗透膜的内部结构

反渗透（RO）一词是分离过程中常用的工业过程。为了优化反渗透工艺，必须深入了解反渗透系统内部结构中使用的薄层复合膜。近年来，为了表征RO中薄膜的内部结构，采用了正电子湮灭技术（PAS）以及多普勒展宽和PALS。调查表明，商业级RO的活性皮肤层中的平均自由孔径为0.40-0.58 nm。最近研究证实的数据表明，RO的平均自由孔径（体积）与硼酸（H₃BO₃）的截留率之间存在完美的相关性，H₃BO₃可被视为一种小型中性溶质模型。随着膜技术和制造工艺的后续发展，膜渗透性得到了显著改善，使得反渗透在一系列应用中既高效又经济。值得一提的是，现代海水反渗透（SWRO）实现了99.5%以上的盐截留率[83]、微咸水处理、工业用水再利用、奶牛场和生物技术。反渗透系统的主要问题是无法拒绝低分子量的盐和化合物，即硼酸（分子量：62 g/mol）和N-亚硝基二甲胺（分子量=74.63 g/mol）。这些污染物是人类健康和环境问题的主要问题，也是致癌物的可能载体。由于难以分析反渗透膜的内部结构，溶质截留机理主要是从溶质的物理化学性质推导出来的。众所周知的表征技术，如扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）发现自己不足以确定自由体积空穴。由于灵敏度不足，其他一些分析技术，如气体吸附-解吸法和差示扫描量热仪（DSC）也无法分析纳米级孔尺寸。在这种情况下，我们只剩下一个方法，如PAS，它可以表征反渗透膜的内部结构。

PAS中最常用的技术是（1）PALS：测量正电子素的寿命，（2）在另一种情况下，测量被湮灭γ射线的能谱，称为湮灭辐射的多普勒展宽（DBAR）。PALS是测量反渗透膜活性皮层自由体积空穴半径的简便工具，DBAR测量正电子产生过程中的电子动量分布。

正电子被注入样品，在那里它们与电子湮灭并产生γ射线。当它们被注入绝缘材料(即聚合物)中时，其中一些找到了电子并形成了电子的结合态——正电子。一个Ps可以存在自旋反平行的para-Ps (p-Ps)和自旋平行的ortho-Ps (ops)的双重状态。在真空中，p-Ps湮灭为2 γ射线，寿命为125 ps，而p-Ps的本征寿命为142 ns。当o-Ps在绝缘材料中产生时，由于它们被困在自由演化孔中，就会发生自湮灭。有时，o-Ps也可以通过2-γ衰变(拾取湮灭)在自由体积空穴中与表面电子湮灭，其寿命小142 ns。拾取湮灭的概率是自由体积空穴尺寸的反函数。值得注意的是，尽管o-Ps寿命比142 ns聚合物样品要短得多,它仍然享有比p-Ps更长的寿命(即125 ps)和正电子(即 0.4 ns)。

不同于PALS通过测量Ps寿命来确定自由体积的大小，DBAR通过测量γ射线的湮灭能谱来提供有关样品结构的额外信息。为了充分认识DBAR在自由体空穴尺寸基本相同的情况下，仍能测量纳米级缺陷的能力，通过测量2-γ湮灭峰附近因成分和电子态的变化而发生的变化。通过测量o-Ps随自由体积减小而增加的2-γ衰减概率，孔洞尺寸随3-γ的减小而减小，给出了孔洞尺寸的信息。

科学指南针提供各类科研测试服务，愿您总能获得想要的结果。我们收到的测试样品来自各地，种类繁多，如果我们回复不及时，还请再次联系，或直接语音电话联络，若您对我们的服务不满意，或对测试结果有疑问，请果断联系我们或直接拨打400-831-0631，我们对每个数据及结果，会负责到底！科研可能很苦，但坚持一定很苦，愿您顺利！