كان الجميع مخطئين بشأن التناضح العكسي – حتى الآن

الاحتكاك مقاومة. في هذه الحالة ، يخبرك بمدى صعوبة عبور شيء ما عبر الغشاء. إذا قمت بهندسة غشاء لديه مقاومة أقل للماء ، و أكثر مقاومة الملح أو أي شيء آخر تريد إزالته ، تحصل على منتج أنظف بجهد أقل.

لكن هذا النموذج تم تعليقه في عام 1965 ، عندما قدمت مجموعة أخرى نموذجًا أبسط. افترض هذا أن البوليمر البلاستيكي للغشاء كان كثيفًا وليس به مسام يمكن للمياه أن تمر من خلالها. كما أنها لم تنص على أن الاحتكاك يلعب دورًا. بدلاً من ذلك ، افترضت أن جزيئات الماء في محلول الماء المالح ستذوب في البلاستيك وتنتشر من الجانب الآخر. لهذا السبب ، يسمى هذا نموذج “انتشار الحل”.

الانتشار هو تدفق مادة كيميائية من حيث تكون أكثر تركيزًا إلى حيث تكون أقل تركيزًا. فكر في قطرة من الصبغة تنتشر في جميع أنحاء كوب من الماء ، أو رائحة الثوم تخرج من المطبخ. يستمر في التحرك نحو التوازن حتى يكون تركيزه هو نفسه في كل مكان ، ولا يعتمد على فرق الضغط ، مثل الشفط الذي يسحب الماء من خلال القش.

توقف النموذج ، لكن أليمالك كان يشتبه دائمًا في أنه خطأ. بالنسبة له ، فإن قبول أن الماء ينتشر عبر الغشاء يعني شيئًا غريبًا: أن الماء ينتشر في جزيئات فردية أثناء مروره. “كيف يمكن أن يكون؟” يسأل أليمالك. يتطلب تفكيك مجموعات جزيئات الماء أ طن من الطاقة. “تحتاج تقريبًا إلى تبخير الماء لإدخاله في الغشاء.”

ومع ذلك ، يقول Hoek ، “قبل 20 عامًا ، كان من اللارم أن نقول إنه غير صحيح.” لم يجرؤ Hoek حتى على استخدام كلمة “pores” عند الحديث عن أغشية التناضح العكسي ، لأن النموذج السائد لم يعترف بها. يقول ساخراً: “لسنوات عديدة ، كنت أسميهم” عناصر الحجم الحرة المترابطة. “

على مدى السنوات العشرين الماضية ، عززت الصور التي تم التقاطها باستخدام المجاهر المتقدمة شكوك Hoek و Elimelech. اكتشف الباحثون أن البوليمرات البلاستيكية المستخدمة في أغشية التحلية ليست كثيفة جدًا ولا يوجد بها مسام على الإطلاق. تحتوي في الواقع على أنفاق مترابطة – على الرغم من أنها صغيرة للغاية ، تبلغ ذروتها عند حوالي 5 أنجستروم في القطر ، أو نصف نانومتر. مع ذلك ، يبلغ طول جزيء الماء حوالي 1.5 أنجستروم ، لذا فهذه مساحة كافية لمجموعات صغيرة من جزيئات الماء للضغط من خلال هذه التجاويف ، بدلاً من الاضطرار إلى الانتقال إلى واحد تلو الآخر.

منذ حوالي عامين ، شعر أليمالك أن الوقت مناسب لإلغاء نموذج انتشار الحل. لقد عمل مع فريق: Li Wang ، باحث ما بعد الدكتوراة في مختبر Elimelech ، فحص تدفق السوائل عبر الأغشية الصغيرة لأخذ قياسات حقيقية. قام Jinlong He ، من جامعة Wisconsin-Madison ، بالعبث بنموذج كمبيوتر يحاكي ما يحدث على المستوى الجزيئي حيث يدفع الضغط المياه المالحة عبر الغشاء.

قد تشير التنبؤات المستندة إلى نموذج انتشار المحلول إلى أن ضغط الماء يجب أن يكون هو نفسه على جانبي الغشاء. لكن في هذه التجربة ، وجد الفريق أن الضغط عند مدخل وخروج الغشاء يختلف. يشير هذا إلى أن الضغط يدفع تدفق المياه عبر الغشاء ، بدلاً من الانتشار البسيط.