Čo je reverzná osmóza a ako to funguje

Reverzná osmóza alebo RO je a filtrácia metóda, ktorá sa používa na odstránenie iónov a molekúl z roztoku pôsobením tlaku na roztok na jednej strane polopriepustnej alebo selektívnej membrány. Veľké molekuly (rozpustená látka) nemôžu prechádzať cez membránu, takže zostávajú na jednej strane. Voda (rozpúšťadlo) môže prechádzať cez membránu. Výsledkom je, že molekuly rozpustenej látky sa viac koncentrujú na jednej strane membrány, zatiaľ čo opačná strana sa stáva zriedenejšou.

Aby sme pochopili reverznú osmózu, pomáha najprv pochopiť, ako sa hmota transportuje difúziou a pravidelnou osmózou. Difúzia je pohyb molekúl z vyššieho regiónu sústredenie do oblasti nižšej koncentrácie. osmóza je špeciálny prípad difúzie, pri ktorom sú molekulami voda a koncentračný gradient sa vyskytuje cez semipermeabilnú membránu. Semipermeabilná membrána umožňuje priechod vody, ale pojmy (napr. Na⁺, Ca²⁺Cl^-) alebo väčšie molekuly (napr. glukóza, močovina, baktérie). Difúzia a osmóza sú termodynamicky priaznivé a budú pokračovať až do dosiahnutia rovnováhy. Osmóza sa môže spomaliť, zastaviť alebo dokonca zvrátiť, ak na membránu pôsobí dostatočný tlak z „koncentrovanej“ strany membrány.

Reverzná osmóza nastáva, keď sa voda pohybuje cez membránu proti gradientu koncentrácie, od nižšej koncentrácie po vyššiu koncentráciu. Na ilustráciu si predstavte semipermeabilnú membránu s čerstvou vodou na jednej strane a koncentrovaným vodným roztokom na druhej strane. Ak dôjde k normálnej osmóze, čerstvá voda prejde cez membránu a zriedi koncentrovaný roztok. Pri reverznej osmóze sa na koncentrovaný roztok vyvíja tlak, aby molekuly vody tlačili cez membránu na sladkovodnú stranu.

Existujú rôzne veľkosti pórov membrán používaných na reverznú osmózu. Kým malá veľkosť pórov robí lepšiu prácu pri filtrácii, pohyb vody trvá dlhšie. Je to niečo ako pokúšať sa naliať vodu cez sitko (veľké diery alebo póry) v porovnaní so snahou naliať ju cez papierovú utierku (menšie diery). Reverzná osmóza sa však líši od jednoduchej membránovej filtrácie, pretože zahŕňa difúziu a je ovplyvnená prietokom a tlakom.

Reverzná osmóza sa často používa pri komerčnej a rezidenčnej filtrácii vody. Je to tiež jedna z metód používaných na odsoľovanie morskej vody. Reverzná osmóza nielen redukuje soľ, ale môže tiež odfiltrovať kovy, organické kontaminanty a patogény. Reverzná osmóza sa niekedy používa na čistenie kvapalín, v ktorých je voda nežiaducou nečistotou. Reverzná osmóza sa môže napríklad použiť na zvýšenie etanolu alebo obilného alkoholu jeho dôkaz.

Reverzná osmóza nie je novou technikou čistenia. Prvé príklady osmózy cez semipermeabilné membrány opísal Jean-Antoine Nollet v roku 1748. Kým bol tento proces známy v laboratóriách, až na rok 1950 na kalifornskej univerzite v Los Angeles sa nepoužíval na odsoľovanie morskej vody. Viacerí vedci zdokonalili metódy použitia reverznej osmózy na čistenie vody, ale tento proces bol taký pomalý, že v komerčnom meradle to nebolo praktické. Nové polyméry umožňovali výrobu účinnejších membrán. Začiatkom 21. storočia mohli byť odsoľovacie zariadenia schopné odsoľovať vodu rýchlosťou 15 miliónov galónov za deň, pričom bolo v prevádzke alebo bolo plánovaných približne 15 000 rastlín.