Odwrócona osmoza lub RO to filtrowanie metoda stosowana do usuwania jonów i cząsteczek z roztworu poprzez przyłożenie ciśnienia do roztworu po jednej stronie półprzepuszczalnej lub selektywnej membrany. Duże cząsteczki (substancja rozpuszczona) nie mogą przedostać się przez błonę, więc pozostają po jednej stronie. Woda (rozpuszczalnik) może przedostać się przez membranę. W rezultacie cząsteczki substancji rozpuszczonej stają się bardziej skoncentrowane po jednej stronie błony, podczas gdy przeciwna strona staje się bardziej rozcieńczona.
Jak działa odwrócona osmoza
Aby zrozumieć odwróconą osmozę, pomaga najpierw zrozumieć, w jaki sposób masa jest transportowana przez dyfuzję i regularną osmozę. Dyfuzja jest ruch cząsteczek z regionu wyższego stężenie do regionu o niższym stężeniu. Osmoza jest szczególnym przypadkiem dyfuzji, w którym cząsteczkami są woda, a gradient stężenia występuje na półprzepuszczalnej błonie. Półprzepuszczalna membrana umożliwia przepływ wody, ale pojęcia (np. Na+, Ca
2+, Cl-) lub większych cząsteczek (np. glukozy, mocznika, bakterii). Dyfuzja i osmoza są korzystne termodynamicznie i będą się utrzymywać aż do osiągnięcia równowagi. Osmozę można spowolnić, zatrzymać, a nawet odwrócić, jeśli do membrany zostanie przyłożony wystarczający nacisk od „skoncentrowanej” strony membrany.Odwrócona osmoza występuje, gdy woda przepływa przez membranę przeciwko gradientowi stężenia, od niższego stężenia do wyższego stężenia. Aby to zilustrować, wyobraź sobie półprzepuszczalną membranę ze świeżą wodą po jednej stronie i stężonym roztworem wodnym po drugiej stronie. Jeśli nastąpi normalna osmoza, świeża woda przepłynie przez membranę, aby rozcieńczyć stężony roztwór. W odwróconej osmozie nacisk jest wywierany na bok za pomocą stężonego roztworu, aby przepchnąć cząsteczki wody przez membranę do strony wody słodkiej.
Istnieją różne rozmiary porów membran używanych do odwróconej osmozy. Podczas gdy małe rozmiary porów lepiej filtrują, przenoszenie wody zajmuje więcej czasu. To tak, jakby próbować wlać wodę przez sitko (duże otwory lub pory) w porównaniu do próby przelania jej przez ręcznik papierowy (mniejsze otwory). Odwrócona osmoza różni się jednak od prostej filtracji membranowej, ponieważ obejmuje dyfuzję i zależy od prędkości przepływu i ciśnienia.
Zastosowania odwróconej osmozy
Odwrócona osmoza jest często stosowana w komercyjnych i domowych filtracjach wody. Jest to również jedna z metod stosowanych do odsalania wody morskiej. Odwrócona osmoza nie tylko redukuje sól, ale może również odfiltrowywać metale, zanieczyszczenia organiczne i patogeny. Czasami odwrócona osmoza jest stosowana do oczyszczania cieczy, w których woda jest niepożądanym zanieczyszczeniem. Na przykład odwrócona osmoza może być stosowana do oczyszczania etanolu lub alkoholu zbożowego w celu zwiększenia to dowód.
Historia odwróconej osmozy
Odwrócona osmoza nie jest nową techniką oczyszczania. Pierwsze przykłady osmozy przez membrany półprzepuszczalne zostały opisane przez Jean-Antoine Nolleta w 1748 r. Chociaż proces ten był znany w laboratoriach, nie był używany do odsalania wody morskiej do 1950 r. Na Uniwersytecie Kalifornijskim w Los Angeles. Wielu badaczy dopracowało metody wykorzystania odwróconej osmozy do oczyszczania wody, ale proces był tak wolny, że nie był praktyczny na skalę komercyjną. Nowe polimery pozwoliły na produkcję bardziej wydajnych membran. Na początku XXI wieku zakłady odsalania stały się zdolne do odsalania wody w tempie 15 milionów galonów dziennie, przy około 15 000 działających lub planowanych zakładach.