Co je reverzní osmóza a jak to funguje

Reverzní osmóza nebo RO je a filtrace metoda, která se používá k odstranění iontů a molekul z roztoku působením tlaku na roztok na jedné straně semipermeabilní nebo selektivní membrány. Velké molekuly (solut) nemohou procházet membránou, takže zůstávají na jedné straně. Voda (rozpouštědlo) může procházet membránou. Výsledkem je, že molekuly solutu se více koncentrují na jedné straně membrány, zatímco opačná strana se stává zředěnější.

Abychom porozuměli reverzní osmóze, pomáhá nejprve pochopit, jak je hmota transportována difúzí a pravidelnou osmózou. Difúze je pohyb molekul z oblasti vyšší koncentrace do oblasti nižší koncentrace. Osmóza je zvláštní případ difúze, ve kterém jsou molekuly vodou a koncentrační gradient nastává přes semipermeabilní membránu. Semipermeabilní membrána umožňuje průchod vody, ale pojmů (např. Na⁺, Ca²⁺Cl^-) nebo větší molekuly (např. glukóza, močovina, bakterie). Difúze a osmóza jsou termodynamicky příznivé a budou pokračovat, dokud nebude dosaženo rovnováhy. Osmóza může být zpomalena, zastavena nebo dokonce zvrácena, pokud je na membránu aplikován dostatečný tlak z „koncentrované“ strany membrány.

Reverzní osmóza nastává, když se voda pohybuje přes membránu proti koncentračnímu gradientu, od nižší koncentrace k vyšší koncentraci. Pro ilustraci si představte semipermeabilní membránu se sladkou vodou na jedné straně a koncentrovaným vodným roztokem na druhé straně. Pokud dojde k normální osmóze, čerstvá voda projde membránou a zředí koncentrovaný roztok. Při reverzní osmóze je vyvíjen tlak na stranu koncentrovaným roztokem, aby molekuly vody procházely membránou na stranu sladké vody.

Existují různé velikosti pórů membrán používaných pro reverzní osmózu. Zatímco malá velikost pórů dělá lepší filtraci, pohyb vody trvá déle. Je to něco jako snažit se nalít vodu přes sítko (velké díry nebo póry) ve srovnání se snahou nalít ji přes papírový ručník (menší díry). Reverzní osmóza se však liší od jednoduché membránové filtrace, protože zahrnuje difúzi a je ovlivněna průtokem a tlakem.

Reverzní osmóza se často používá v komerční a rezidenční filtraci vody. Je to také jedna z metod používaných k odsolování mořské vody. Reverzní osmóza nejen redukuje sůl, ale může také odfiltrovat kovy, organické kontaminanty a patogeny. Někdy se reverzní osmóza používá k čištění kapalin, ve kterých je voda nežádoucí nečistotou. Například reverzní osmóza může být použita k čištění ethanolu nebo obilného alkoholu ke zvýšení jeho důkaz.

Reverzní osmóza není nová technika čištění. První příklady osmózy přes semipermeabilní membrány popsal Jean-Antoine Nollet v roce 1748. Zatímco tento proces byl znám v laboratořích, nebyl používán k odsolování mořské vody až do roku 1950 na University of California v Los Angeles. Několik vědců zdokonalilo metody použití reverzní osmózy k čištění vody, ale tento proces byl tak pomalý, že v komerčním měřítku to nebylo praktické. Nové polymery umožnily výrobu účinnějších membrán. Začátkem 21. století se odsolovací zařízení staly schopné odsolovat vodu rychlostí 15 milionů galonů za den, přičemž bylo v provozu nebo plánováno asi 15 000 rostlin.