Cum funcționează osmoza inversă

Osmoza inversă sau RO este o metodă de filtrare care este utilizată pentru a îndepărta ionii și moleculele dintr-o soluție prin aplicarea presiunii pe soluție pe o parte a unei membrane semipermeabile sau selective. Moleculele mari (solutele) nu pot traversa membrana, deci rămân pe o parte. Apa (solventul) poate traversa membrana. Rezultatul este că moleculele de solutie devin mai concentrate pe o parte a membranei, în timp ce partea opusă devine mai diluată.

Cum funcționează osmoza inversă

Pentru a înțelege osmoza inversă, ajută mai întâi să înțelegem cum este transportată masa prin difuzie și osmoză regulată. Difuzia este mișcarea moleculelor dintr-o regiune cu concentrație mai mare la o regiune cu concentrație mai mică. Osmoza este un caz special de difuzie în care moleculele sunt apă și gradientul de concentrație apare pe o membrană semipermeabilă. Membrana semipermeabilă permite trecerea apei, dar noțiuni (de exemplu, Na⁺, Ca²⁺, CI^-) sau molecule mai mari (de exemplu, glucoză, uree, bacterii). Difuzia și osmoza sunt favorabile termodinamic și vor continua până la atingerea echilibrului. Osmoza poate fi încetinită, oprită sau chiar inversată dacă se aplică o presiune suficientă asupra membranei din partea „concentrată” a membranei.

Osmoza inversă apare atunci când apa este deplasată pe membrană împotriva gradientului de concentrație, de la concentrare mai mică la concentrație mai mare. Pentru a ilustra, imaginați-vă o membrană semipermeabilă cu apă dulce pe o parte și o soluție apoasă concentrată pe cealaltă parte. Dacă are loc osmoza normală, apa dulce va traversa membrana pentru a dilua soluția concentrată. În osmoza inversă, presiunea este exercitată pe partea laterală cu soluția concentrată pentru a forța moleculele de apă prin membrană spre partea de apă dulce.

Există diferite dimensiuni de pori ale membranelor utilizate pentru osmoza inversă. În timp ce o dimensiune mică a porilor face o treabă mai bună de filtrare, este nevoie de mai mult timp pentru a muta apa. Este ca și cum încercați să turnați apă printr-o strecurătoare (găuri mari sau pori) în comparație cu încercarea de a o turna printr-un prosop de hârtie (găuri mai mici). Cu toate acestea, osmoza inversă este diferită de filtrarea simplă a membranei, deoarece implică difuzie și este afectată de debitul și presiunea.

Utilizări ale osmozei inverse

Osmoza inversă este adesea folosită în filtrarea apei comerciale și rezidențiale. Este, de asemenea, una dintre metodele utilizate pentru desalinizarea apei de mare. Osmoza inversă nu numai că reduce sare, dar poate filtra și metale, contaminanți organici și agenți patogeni. Uneori, osmoza inversă este utilizată pentru purificarea lichidelor în care apa este o impuritate nedorită. De exemplu, osmoza inversă poate fi utilizată pentru purificarea etanolului sau a alcoolului din cereale pentru a crește dovada acesteia.

Istoria osmozei inverse

Osmoza inversă nu este o nouă tehnică de purificare. Primele exemple de osmoză prin membrane semipermeabile au fost descrise de Jean-Antoine Nollet în 1748. În timp ce procesul a fost cunoscut în laboratoare, nu a fost folosit pentru desalinizarea apei de mare până în 1950 la Universitatea din California din Los Angeles. Mai mulți cercetători au perfecționat metodele de a utiliza osmoza inversă pentru a purifica apa, dar procesul a fost atât de lent încât nu a fost practic la scară comercială. Noile polimeri au permis producerea de membrane mai eficiente. Până la începutul secolului XXI, plantele de desalinizare au devenit capabile să desalinizeze apa la o rată de 15 milioane de galoane pe zi, cu aproximativ 15.000 de instalații în funcțiune sau planificate.