جستجو در تالارهای گفتگو

اسمز معکوس(به انگلیسی: Reverse osmosis) فرآیندی است که در آن از فشار برای معکوس نمودن جریان اسمزی آب از درون یک غشای نیمه‌تراوا استفاده می‌شود. اگر یک غشای نیمه‌تراوا بین دو محلول آب خالص و آب ناخالص قرار گیرد آب بطور طبیعی و تحت خاصیت اسمزی از غلظت بالاتر به غلظت پائین‌تر جریان می‌یابد. این پدیده تا زمانی که پتانسیل‌های شیمیایی دو طرف برابر گردند ادامه خواهد یافت. در حالت تعادل اختلاف فشار بین دو طرف غشا برابر اختلاف فشار اسمزی است. اگر فشاری برابر با اختلاف فشار اسمزی به محلول غلیظ‌تر اعمال گردد جریان آب قطع خواهد شد. در صورتیکه فشار اعمال شده بیشتر از فشار اسمزی باشد جهت جریان طبیعی آب معکوس خواهد گردید. اسمز معکوس، فرآیند جداسازی است که از سیستم فشار استفاده می کند برای وارد کردن یک محلول از طریق غشایی که ماده حل شده را در یک طرف نگه میدارد و به حلال خالص اجازه عبور به سمت دیگر را میدهد. اسمز معکوس، فرآیند جداسازی است که از سیستم فشار استفاده می کند برای وارد کردن یک محلول از طریق غشایی که ماده حل شده را در یک طرف نگه میدارد و به حلال خالص اجازه عبور به سمت دیگر را میدهد. تعریف رسمی تر این فرآیند عبارتست از: عبور حلال از میان غشاء با استفاده از فشار زیاد اسمزی از یک منطقه پرغلظت و ورود به منطقه کم غلظت. این فرآیند در واقع عکس فرآیند اسمز طبیعی است که عبارتست از حرکت طبیعی حلال از یک منطقه دارای غلظت پایین از طریق غشاء و ورود به منطقه دارای غلظت بالا بدون استفاده از فشار زیاد. غشاء در اینجا نیمه تراواست بدین معنا که اجازه عبور حلال را میدهد اما نه از ماده حل شده. غشاهای مورد استفاده در اسمز معکوس دارای مانعی متراکم در شبکه پلی مر هستند که بیشترین جداسازی در آن صورت می گیرد، در حالیکه از عبور مواد حل شده مثل یونهای نمکی جلوگیری میکند. این فرآیند احتیاج به فشار بالایی دارد که روی بخشی از غشاء که دارای غلظت بالاست وارد میشود که معمولا 17-2 بار (30-250psi) برای آب تازه و آب شور و 70-40 بار (600-1000psi) برای آب دریا میباشد که دارای 24 بار (350psi) فشار اسمزی طبیعی است که باید به آن غلبه شود.وقتی دو محلول با غلظت های مختلف ماده حل شده ترکیب می شوند تمام مقادیر مواد حل شده در دو محلول بطور یکسان در تمام مقادیر حلال از دو محلول توزیع خواهند شد. به جای ترکیب دو محلول با هم، میتوان آن دو را در دو محفظه ای که بوسیله یک غشای نیمه تراوا از هم جدا شده اند، قرار داد. این غشای نیمه تراوا اجازه عبور مواد حل شده از یک محفظه به محفظه دیگر را نمیدهد، اما به حلال اجازه عبور میدهد. این روش برای حذف مواد معلق ، کدورت ، رنگ ، بو ، طعم ، کلرمازاد ، باکتری ها ، ویروس ها ، میکروب ها و در نهایت املاح محلول در داخل آب به کار می رود. تمامی این موارد توسط دو واحد پیش تصفیه فیزیکی و اسمز معکوس از داخل آب تا درصد زیادی حذف می شوند. این فرآیند به کاربرد آن در نمک زدایی (زدودن نمک از آب دریا برای دستیابی به آب تازه) معروف است اما از دهه 1970 از این فرآیند در جهت تصفیه آب تازه برای موارد استفاده پزشکی، صنعتی و خانگی نیز استفاده شده است. از آنجایی که با حرکت مواد حل شده از محفظه پر غلظت به محفظه کم غلظت دستیابی به تعادل ممکن نیست، اما در عوض با حرکت ماده حل شده از مناطق دارای غلظت پایین به مناطق دارای غلظت بالا، قابل دستیابی است. وقتی حلال از منطقه کم غلظت دور می شود، باعث اشباع این مناطق می گردد. از طرف دیگر، حرکت حلال به منطقه پرغلظت باعث کاهش غلظت ماده حل شده خواهد شد. این فرآیند، "اسمز" نامیده میشود. تمایل جاری شدن حلال از طریق غشاء به عنوان "فشار اسمزی" شناخته میشود چرا که شباهت به جاری شدن در نتیجه تفاوت فشار دارد. همچون مورد مشابه آن در اسمز، فشار در محفظه پرغلظت بکار می رود. در این صورت، دو نیروی موثر بر حرکت آب وجود دارد: فشار حاصل از تفاوت غلظت ماده حل شده بین دو محفظه (فشار اسمزی) و فشار مورد استفاده بیرونی. دستگاه های تصفیه فیزیکی آب به روش اسمز معکوس امروزه در صنایع بسیار زیادی از جمله نفت ، گاز ، پتروشیمی ، آب و فاضلاب ، صنایع دارویی ، بهداشتی ، غذایی ، الکترونیک و ... کاربرد فراوانی دارند همچنین این دستگاهها می توانند کل مواد جامد محلول در آب را از مقدار مجاز برای آبیاری و آشامیدن و خط فرآیند تا حد صفر نیز پایین بیاورند. آب صنایع مختلف در حد غیر مجاز مشکلات عدیده ای را برای تولیدات هر صنعت بوجود خواهد آورد. با بکارگیری این تکنولوژی می توان راه را برای بهتر شدن کیفیت محصولات کارخانجات و صنایع هموار ساخت. برخی از عملکردهای رایج اسمز معکوس عبارتند از : نمک زدایی از آب دریا و تبدیل آن به آب قابل شرب نمک زدایی از آب چاه ، شور ، لب شوره و غیره .... تولید آب فوق خالص برای آزمایشگاه ها ، صنایع الکترونیک و داروسازیها تغلیظ آب میوه ، شیر یا محلول های شکر تغلیظ قهوه ، چای ، سوپ و غیره تغلیظ آمینواسیدها (وسایر مواد آلی) و موارد مشابه تشریح فرایند اسمز معکوس خاصیت اسمزی به عبور یک حلال از بخش محلول رقیق به بخش محلول غلیظ از درون یک غشاء نیمه تراوا گفته می شود. همانطور که در شکل پیداست در ابتدا سطح مایعات در دو بخش مساوی می باشند ولی به دلیل وجود تمایل یکسان نمودن غلظتها در دو بخش ، مولکولهای آب از بخش محلول رقیق از غشاء عبور نموده و به درون محلول غلیظ نفوذ می کنند و سطح مایع در بخش غلیظ افزایش می یابد. جریان مولکولهای آب از درون غشاء تا آنجا انجام می گیرد که اختلاف سطح مایع ( اختلاف فشار ) در دو بخش ، مانع حرکت مولکولهای آب شود. اختلاف فشار در بخش جدا شده توسط غشاء که در آن از جریان خالص مولکولهای آب جلوگیری می نماید ، را فشار اسمزی می نامند. حال چنانچه فشاری بیش از فشار اسمزی به بخش محلول غلیظ وارد شود ، عکس پدیده اسمزی بروز می کند. به عبارت دیگر مولکولهای آب از بخش محلول غلیظ تر به بخش محلول رقیق تر جریان می یابند. این پدیده را اسمز معکوس می گویند پيشينه تاريخي تحقيق در مورد اسمز معكوس در سال 1950 در دانشگاه فلوريدا، جائيكه ريد و بوتون كه توانستند خاصيت نمك زدايي ممبرن استات سلولز را شرح دهند، آغاز شد، لوب و سوريرجان ، گسترش تكنولژي اسمز معكوس را با ايجاد نخستين ممبرن استات سلولز نا متقارن ادامه دادند.تحقيق در مورد اين پيشرفت خوب و اميدوار كننده منجر به ايجاد پيكر بندي بهتر و جديدتر اجزاي اسمز معكوس شد. به طوريكه امروزه اين صنعت اكثرا اجزاي مارپيچ فنري و در برخي موارد اجزاي فيبر توخالي را توليد مي كنند. دراوايل سال 1980 تحقيق و بررسي در لابراتوارهاي دولتي آمريكا، منجر به توليد نخستين ممبرن پلي آمير مركب شد. اين ممبرن ها عمدتاً نسبت به ممبرن هاي سلولزيك، از جريان تراوش و نمك زدايي بالاتري برخوردارند. امروزه با معرفي ESPA3 توسط هيدراناتيك ها، اين صنعت با ترتيب كاهش بزرگي در مسير نمك، به افزايش 20 دفعه اي در جريان هر فشار بر روي ممبرن هاي سلولزيك اصلي رسيده است. اسمز معكوس در مخزن، آب به سمت قسمت نمك دار ممبرن حركت مي كند تا تعادل برقرار شود. بكارگيري فشار خارجي براي همسان سازي قسمت محلول نمك با فشار اسمزي همچنين باعث برقراري تعادل خواهد شد. فشار مضاعف باعث افزايش اختلاف سطح شيميايي آب موجود در محلول نمك مي شود و سبب عبور حلال به سمت قسمت آب خالص مي گردد. زيرا در آن حالت داراي اختلاف سطح شيميايي پائين تري مي باشد . اين پديده اسمز معكوس ناميده مي شود.نيروي محرك شيوه اسمز معكوس ، فشار كاربردي است. مقدار انرژي مورد نياز براي تفكيك اسمزي مستقيماًً به ميزان شوري حلال مربوط مي شود. بنابراين، انرژي بيشتري براي توليد مقدار يكسان آب از حلال با غلظت بالاي نمك لازم است. اسمز معكوس چگونه كار ميكند؟ براي درك اسمز معكوس بهتر است با اسمز نرمال شروع كنيم. بر طبق ديكشنري وبستر هريام ، اسمز به معناي حركت و جنبش حلال از ممبرن نيمه تراوا (مثل سلول زنده) به داخل محلول بسيار غليظ شده اي است كه تمايل به همسان سازي غلظت حل شده روي دو طرف ممبرن دارند. اين يك تعريف صحيح محسوب مي شود.در سمت چپ، بشر پر از آب قرار دارد و مخزني كه در آب نيمه غوطه ور است. همانطور كه انتظار داريد سطح آب در مخزن به اندازه سطح آب در بشر است. در آنجا، انتهاي مخزن به ممبرن نيمه تراوا چسبيده است و مخزن با محلول نمكي نيمه پر است و در آن غوطه ور است. در ابتدا سطح محلول نمك و آب برابر است اما با گذشت زمان، وقايع غير منتظره اي روي ميدهد. آب داخل مخزن افزايش مي يابد. اين افزايش را به فشار اسمزي نسبت مي دهند.ممبرن نيمه تراوا ممبرني است كه برخي از اتم ها يا مولكول ها را عبور مي دهد، اما مانع عبور بقيه مي گردد. Saran wrap ممبرن است اما تقريبا براي هر چيزي كه ما معمولاً از آن عبور مي دهيم، ناتراوا مي باشد. بهترين مثال ممبرن نا تراوا، آستر روده هاي شما يا ديوار سلول است gore- tex از يك ممبرن نيمه تراوا معمول ديگر است. ساختار gore- tex شامل لايه نسبتاً نازك پلاستيكي است كه در داخل آن ميليونها روزنه كوچك ايجاد كرده اند. روزنه ها براي عبور بخار آب از آن به اندازه كافي بزرگ هستند اما براي جلوگيري از عبور آب مايع به اندازه كافي كوچكند. ممبرن به غير از مولكول هاي نمك به مولكول هاي آب اجازه عبور ميدهد. يك روش براي درك فشار اسمزي اين است كه مولكول هاي آب را بر روي دو طرف ممبرن تصور كنيد. اين تصور در تضاد با Brownian motion است. بر روي قسمت نمكي، بعضي از روزنه ها با اتم هاي نمك مسدود شده اند اما در قسمت آب خالص چنين چيزي وجود ندارد. بنابراين آب بيشتري از قسمت آب خالص عبور مي كند، چون روزنه هاي بيشتري براي عبور آب خالص در قسمت آب خالص وجود دارد.آب موجود در قسمت نمكي افزايش مي يابد تا يكي از اين دو حالت روي دهد: 1) غلظت نمك در دو طرف ممبرن مساوي شود (البته در اين مورد اين حالت روي نمي دهد، چون آب خالص در يك قسمت و آب شور در طرف ديگر وجود دارد.)2) همانطور كه ارتفاع ستون آب شور افزايش مي يابد فشار آب نيز افزايش پيدا مي كند تا اينكه فشار اسمزي برابر شود. در اين نقطه اسمز متوقف خواهد شد.به هر حال ، اسمز دليل اين مسئله است كه نوشيدن آب شور(مثل آب اقيانوس) شما را خواهد كشت. زمانيكه آب شور وارد معده تان مي شود، فشار اسمزي ، آب را به بيرون بدنتان هدايت ميكند، تا نمك در داخل معده شما رقيق شود، بنابر اين شما آب بدنتان را از دست مي دهيد(آب بدنتان خشك مي شود) و مي ميريد.در اسمز معكوس، هدف اين است كه از ممبرن به گونه اي استفاده شود كه شبيه *****ي براي توليد آب قابل نوشيدني آب شور(يا آب آلوده ديگر) عمل نمايد. آب شور روي يك طرف ممبرن گذاشته مي شود و فشار براي متوقف كردن اعمال مي شود. سپس وارونه ميشود، يعني جريان اسمزي روي ميدهد، در مجموع اين كار فشار زيادي ميگيرد و نسبتاً كند پيش ميرود اما به هر حال اين كار انجام مي شود. منابع: fa.wikipedia.org ta-alborz.com tasnimco.com

برای دانلود مقاله به صورت pdf => دانلود منبع: فصلنامه رشد آموزش شيمي فصلنامه علوم پايه شماره 87، زمستان 1387