反滲透（Reverse Osmosis, RO）是一種在壓力驅(qū)動(dòng)下，利用半透膜選擇性分離溶液中溶質(zhì)與溶劑的技術(shù)，其核心在于RO膜對(duì)水分子的高效透過(guò)與對(duì)溶質(zhì)的高效截留。這一過(guò)程的實(shí)現(xiàn)依賴于膜的微觀結(jié)構(gòu)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(qū)動(dòng)

自然滲透過(guò)程中，當(dāng)兩種不同濃度的溶液被半透膜分隔時(shí)，水分子會(huì)自發(fā)從低濃度側(cè)（純水）向高濃度側(cè)（鹽水）擴(kuò)散，直至兩側(cè)滲透壓平衡。反滲透則通過(guò)外加壓力（通常1-10 MPa）克服高濃度側(cè)的滲透壓，迫使水分子逆向滲透至低濃度側(cè)，實(shí)現(xiàn)溶劑與溶質(zhì)的分離。這一過(guò)程的本質(zhì)是“壓力能”對(duì)“化學(xué)勢(shì)差”的逆向突破，其驅(qū)動(dòng)力為操作壓力與滲透壓的差值（ΔP - π）。

二、微觀機(jī)制：膜的“篩分-傳遞”雙重功能

RO膜的分離能力由其微觀結(jié)構(gòu)與表面特性共同決定，核心機(jī)制可歸納為以下三點(diǎn)：

1. 分子尺寸篩分效應(yīng)
   RO膜的活性層（厚度約0.1-1 μm）具有納米級(jí)孔徑（通常0.1-0.8 nm），遠(yuǎn)小于常見(jiàn)溶質(zhì)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(guò)膜內(nèi)連續(xù)的親水性通道，而溶質(zhì)因尺寸超過(guò)孔徑或被膜表面電荷排斥，被截留在原側(cè)。例如，海水淡化用RO膜的孔徑可精準(zhǔn)篩分Na?（0.358 nm）、Cl?（0.332 nm）等小離子，實(shí)現(xiàn)98%以上的脫鹽率。

2. 溶解-擴(kuò)散傳質(zhì)過(guò)程
   根據(jù)“溶解-擴(kuò)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(jié)合水層；隨后，溶解的水分子通過(guò)膜內(nèi)部的致密無(wú)定形區(qū)或微孔結(jié)構(gòu)擴(kuò)散至另一側(cè)，最終脫附進(jìn)入純水通道。溶質(zhì)分子（如鹽類）因極性弱或尺寸過(guò)大，難以溶解于膜表面，或因擴(kuò)散速率遠(yuǎn)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(fù)電荷（如聚酰胺膜表面的羧基、磺酸基團(tuán)），可通過(guò)靜電作用增強(qiáng)對(duì)帶正電溶質(zhì)（如Ca2?、Mg2?）的截留。例如，當(dāng)進(jìn)水pH升高時(shí)，膜表面負(fù)電荷密度增加，對(duì)陰離子（如SO?2?）的靜電排斥增強(qiáng)，截留率進(jìn)一步提升；而對(duì)中性分子（如尿素）的截留則主要依賴尺寸篩分。

三、材料與結(jié)構(gòu)的協(xié)同優(yōu)化

現(xiàn)代RO膜多采用“復(fù)合膜”結(jié)構(gòu)：表層為超薄（約0.1 μm）的高交聯(lián)度聚酰胺活性層（負(fù)責(zé)分離），下層為多孔支撐層（如聚砜、聚醚砜）提供機(jī)械強(qiáng)度。這種設(shè)計(jì)既保證了高透水性（通量可達(dá)25-40 L/(m2·h)），又通過(guò)活性層的精細(xì)化學(xué)調(diào)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(shí)現(xiàn)“高通量+高截留”的平衡。

反滲透膜的微觀機(jī)制揭示了其“精準(zhǔn)分離”的本質(zhì)——通過(guò)納米級(jí)孔徑的物理篩分、分子溶解擴(kuò)散的動(dòng)力學(xué)差異，以及表面電荷的靜電作用，共同構(gòu)建起溶劑與溶質(zhì)的高效分離屏障。這一過(guò)程的深入理解，為膜材料改性（如石墨烯復(fù)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(dòng)RO技術(shù)在海水淡化、工業(yè)純水、廢水零排放等領(lǐng)域的持續(xù)創(chuàng)新。