Доказательство концепции технологии обратного осмоса

Изобретение и широкомасштабное применение обратного осмоса (ОО) является знаковым достижением в развитии современной технологии очистки воды .В качестве передовой технологии мембранного разделения, разработанной после 1950-х годов, обратный осмос широко используется в опреснении, опреснении солоноватой воды, очистке бытовых вод и повторном использовании сточных вод и т. д. В 2018 году во всем мире было произведено более 11 миллиардов тонн опресненной воды с использованием технологии обратного осмоса . которым могли бы пользоваться 320 миллионов человек.

За последние 70 лет многие известные ученые, предприниматели и большое количество технологических компаний объединили свои усилия, чтобы представить увлекательную историю развития технологии обратного осмоса ..

Доказательство концепции технологии обратного осмоса

Как следует из названия, термин « обратный осмос » используется по отношению к осмосу (осмосу) и относится к обратному процессу явления осмоса.В основе процессов как осмотического, так и обратного осмоса лежит полупроницаемая мембрана.

Полупроницаемость просто означает, что вода может проходить, в то время как соли или другие растворенные вещества, растворенные в воде, не могут.Если концентрация растворенного вещества в растворе по обе стороны полупроницаемой мембраны не одинакова, молекулы воды будут самопроизвольно проходить через мембрану со стороны с низкой концентрацией на сторону с высокой концентрацией до тех пор, пока концентрация раствора по обе стороны от мембрана такая же, или на стороне мембраны с низкой концентрацией устанавливается определенная разность чистого давления из-за повышения уровня воды.Это явление осмоса, а результирующая разность давлений и есть осмотическое давление.

Мы знаем, что врачи часто используют физиологический раствор, представляющий собой водный раствор хлорида натрия в концентрации 0,9%, при введении жидкости больным.Эта концентрация сравнима с концентрацией жидкостей организма человека и поэтому настой не наносит вреда организму за счет значительных осмотических явлений, происходящих с обеих сторон клеточной мембраны.Хотя осмос происходит в нашем организме ежедневно, только в 1748 году он был впервые научно обнаружен французским физиком Жаном-Антуаном Нолле.

Нолле был великим человеком со страстью к науке и, как говорят, продемонстрировал Людовику XV эксперимент с разрядом из лейденской бутылки.Он экспериментально наблюдал явление осмоса, используя мочевой пузырь свиньи в качестве полупроницаемой мембраны для разделения двух водных растворов этанола различной концентрации.в 1886 году голландский ученый обобщил экспериментальные данные и придумал компанию для расчета осмотического давления разбавленных растворов.Если вы изучали физическую химию, то, возможно, помните, что этого человека звали Вант-Гофф.

В 1950-х годах администрация Кеннеди начала присматриваться к опреснению воды, чтобы решить проблему нехватки воды в некоторых засушливых регионах США и решить национальную проблему чрезмерного использования подземных вод.В 1952 году Конгресс США принял Закон о преобразовании соленой воды.В 1953 году началось финансирование исследований в области технологии опреснения воды, хотя финансирование в этом году составило всего 175 000 долларов.В 1955 году Министерство внутренних дел США учредило Управление соленой воды (OSW) для координации исследований различных технологий опреснения.

Исследование мембранного опреснения было впервые инициировано Джеральдом Хасслером и другими в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе в 1949 году. В 1950 году Хасслер описал концепцию «солеотталкивающей осмотической мембраны» во внутреннем отчете Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, но его последующие исследования немного сошли с рельсов.В августе 1956 года Хаслер впервые ввел термин «обратный осмос» в другом внутреннем отчете Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.

Примерно в 1954 году группа профессора Чарльза Рида из Университета Флориды при финансовой поддержке OSW также начала исследования мембран осмоса для опреснения.Они оценили ряд коммерчески доступных мембран и обнаружили, что мембраны из ацетата целлюлозы обладают хорошей полупроницаемостью, коэффициентом удерживания солей >99% и коэффициентом водопроницаемости 0,00012 м3/м2-сут.атм.Хотя мембраны были более чем на два порядка менее проницаемы, чем современные коммерческие мембраны, и не были коммерчески жизнеспособными, они были первыми, кто экспериментально подтвердил концепцию опреснения мембраны обратного осмоса под давлением с использованием синтетических мембран.Термин « RO » был использован Ридделлом и его коллегой Э. Дж. Бретоном в отчете OSW в апреле 1957 года.

Интересно, что в то время, когда не было ни интернета, ни круга друзей, хотя оба университета работали над опреснительными мембранами, они не знали друг о друге, пока не встретились на семинаре, организованном OSW в ноябре 1957 года.