Опровергана е полувековна теория за обезсоляване на водата чрез обратна осмоза

Ваня Милева Последна промяна на 19 април 2023 в 09:06 18073 0

Кредит Yale University

Процесът на обратна осмоза се е доказал като най-съвременния метод за обезсоляване на морската вода и увеличаване на достъпа до чиста вода. Други негови приложения са пречистването на отпадъчни води и производството на енергия.

Сега обаче според ново проучване стандартното обяснение за това как работи обратната осмоза - прието повече от пет десетилетия - е фундаментално погрешно.

Екип изследователи предлагат алтернативна теория като обяснение на процеса.

Тяхното откритие може да доведе до по-ефективно използване на обратната осмоза. Резултатите от изследването, ръководено от лабораторията на проф. Менахем Елимелех (Menachem Elimelech), са публикувани в Science Advances.

Обратната осмоза – технология, използвана за първи път през 60-те години на миналия век – премахва солта и примесите от водата чрез преминаване на водата през полупропусклива мембрана, която позволява на водата да преминава, като същевременно блокира замърсителите. За да обяснят точно как работи, изследователите са използвали теорията за дифузията на разтворите. Тази теория предполага, че водните молекули се разтварят и дифундират през мембраната по градиента на концентрацията - тоест молекулите се движат от области с висока концентрация към местата, където има по-малко молекули. Въпреки че тази теория е широко приета повече от 50 години и дори се преподава в учебници, според Елимелех в нея отдавна има някои проблеми.

„Някои от предположенията нямат никакъв смисъл“, коментира Елимелех, професор по химическо и екологично инженерство в Стерлинг. Например според него теорията се основава отчасти на идеята, че налягането в мембраната е постоянно. „Когато имате поток от вода през порест материал, винаги има спад на налягането.“

За да добие по-добра представа за физиката на процеса, изследователският екип, включващ учени от Университета на Уисконсин-Медисън и Тексаския технически университет, прави комбинация от експерименти и компютърни симулации. По-конкретно, те използват симулации на движенията на молекулите, които разкриват, че преминаването на водата се задвижва от промени в налягането в мембраните. Освен това те показват, че водните молекули движат на клъстери (групи) през мрежата от пори в мембраната. Това е в контраст с конвенционалната теория, базирана на модела на дифузия на разтвора, който предполага, че водните молекули се отделят една от друга в мембраните.

Освен компютърните симулации учените извършват експерименти, които им позволяват да наблюдават водата, преминаваща през мембраните. Резултатите показват, че начинът, по който водата прониква в мембраната, зависи от размера на порите на мембраната, размера на водните молекули и вискозитета на водата. Това също не  е било отчетено от модела на дифузия на разтвора.

Като цяло, симулациите и експериментите показват, че обратната осмоза се управлява не от концентрацията на молекули, а от промените в налягането в мембраната.

Тъй като предишните измервания, свързани с обратната осмоза, са се основавали на погрешно разбиране за нея на молекулярно ниво, много опити за напредък в областта са срещнали задънена улица, обяснява Елимелех.

Наличието на по-точна теория за обяснение на обратната осмоза може да отвори пътя към разработването на по-ефективни материали и техники за подобряване на процеса, коментира изследователят.

Справка: “Water transport in reverse osmosis membranes is governed by pore flow, not a solution-diffusion mechanism” by Li Wang, Jinlong He, Mohammad Heiranian, Hanqing Fan, Lianfa Song, Ying Li and Menachem Elimelech, 14 April 2023, Science Advances.
DOI: 10.1126/sciadv.adf8488

Източник: Upending a decades-long theory of reverse osmosis water desalination
Yale University

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !