#SựKiệnNgàyHômNay #ThẩmThấuNgược #KhoảngCáchAngstrom #ÁpLựcThúcĐẩy #MàngKhửMuối #DòngChảyChấtLỏng
Trong thế giới khoa học, những mô hình cũ thường bị thay thế bởi mô hình mới và tiên tiến hơn. Điều đó cũng xảy ra với mô hình thẩm thấu ngược trong màng khử muối. Ngày nay, chúng ta đã biết rằng màng không có nhiều lỗ rỗng nhưng lại có các đường hầm liên kết với nhau. Điều này cho phép các phân tử nước nhỏ chui qua các lỗ hổng một cách dễ dàng, thay vì phải đi từng cái một.
Với những nghiên cứu mới và tiên tiến hơn, chúng ta hiểu rõ hơn về cách thức dòng chảy chất lỏng qua màng khử muối. Chúng ta hiểu rằng áp lực thúc đẩy nước chảy qua màng, và khái niệm khuếch tán dung dịch đã bị gỡ bỏ. Những thành tựu này đã được đạt được nhờ sự nỗ lực và sáng tạo của các nhà khoa học và nghiên cứu trên toàn thế giới.
Nguồn: https://www.wired.com/story/everyone-was-wrong-about-reverse-osmosis-until-now/
Ma sát là lực cản. Trong trường hợp này, nó cho bạn biết mức độ khó để một thứ gì đó vượt qua màng. Nếu bạn thiết kế một màng có ít khả năng chống nước hơn, và hơn khả năng chống lại muối hoặc bất cứ thứ gì khác mà bạn muốn loại bỏ, bạn sẽ có được một sản phẩm sạch hơn với ít công sức hơn.
Nhưng mô hình đó đã bị gác lại vào năm 1965, khi một nhóm khác giới thiệu một mô hình đơn giản hơn. người mẫu. Giả định này cho rằng polyme dẻo của màng dày đặc và không có lỗ rỗng để nước có thể chảy qua. Nó cũng không cho rằng ma sát đóng một vai trò nào đó. Thay vào đó, người ta cho rằng các phân tử nước trong dung dịch nước mặn sẽ hòa tan vào nhựa và khuếch tán ra phía bên kia. Vì lý do đó, đây được gọi là mô hình “khuếch tán dung dịch”.
Khuếch tán là dòng chảy của một chất hóa học từ nơi có nồng độ cao hơn đến nơi có nồng độ thấp hơn. Hãy nghĩ về một giọt thuốc nhuộm lan ra khắp cốc nước, hoặc mùi tỏi thoang thoảng trong bếp. Nó tiếp tục di chuyển về trạng thái cân bằng cho đến khi nồng độ của nó giống nhau ở mọi nơi và nó không phụ thuộc vào sự chênh lệch áp suất, giống như lực hút kéo nước qua ống hút.
Mô hình bị mắc kẹt, nhưng Elimelech luôn nghi ngờ nó sai. Đối với ông, việc chấp nhận rằng nước khuếch tán qua màng ngụ ý một điều kỳ lạ: nước phân tán thành các phân tử riêng lẻ khi nó đi qua. “Làm sao có thể?” Elimelech hỏi. Phá vỡ các cụm phân tử nước đòi hỏi một tấn của năng lượng. “Bạn gần như cần phải làm bay hơi nước để đưa nó vào trong màng.”
Tuy nhiên, Hoek nói, “20 năm trước, người ta cho rằng điều đó là sai.” Hoek thậm chí không dám dùng từ “lỗ chân lông” khi nói về màng thẩm thấu ngược, vì mô hình thống trị không thừa nhận chúng. “Trong nhiều, rất nhiều năm,” anh nói một cách gượng gạo, “tôi đã gọi chúng là ‘các phần tử âm lượng tự do được kết nối với nhau.’”
Trong 20 năm qua, những hình ảnh được chụp bằng kính hiển vi tiên tiến đã củng cố những nghi ngờ của Hoek và Elimelech. Các nhà nghiên cứu đã phát hiện rằng các polyme nhựa được sử dụng trong màng khử muối không quá dày đặc và không có lỗ rỗng. Chúng thực sự chứa các đường hầm liên kết với nhau—mặc dù chúng cực kỳ nhỏ, đạt cực đại với đường kính khoảng 5 angstrom, hoặc nửa nanomet. Tuy nhiên, một phân tử nước dài khoảng 1,5 angstrom, vì vậy đủ chỗ cho các cụm phân tử nước nhỏ chui qua các lỗ hổng này, thay vì phải đi từng cái một.
Khoảng hai năm trước, Elimelech cảm thấy đã đến lúc gỡ bỏ mô hình khuếch tán dung dịch. Ông đã làm việc với một nhóm: Li Wang, một nghiên cứu sinh sau tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của Elimelech, đã kiểm tra dòng chất lỏng chảy qua các màng nhỏ để thực hiện các phép đo thực tế. Jinlong He, tại Đại học Wisconsin-Madison, đã mày mò với một mô hình máy tính mô phỏng những gì xảy ra ở quy mô phân tử khi áp suất đẩy nước muối qua một màng.
Dự đoán dựa trên mô hình khuếch tán dung dịch sẽ nói rằng áp suất nước phải giống nhau ở cả hai mặt của màng. Nhưng trong thí nghiệm này, nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng áp suất ở lối vào và lối ra của màng là khác nhau. Điều này gợi ý rằng áp lực thúc đẩy nước chảy qua màng chứ không phải khuếch tán đơn giản.
