Käänteisosmoosi tai RO on a suodatuksen menetelmä, jota käytetään ionien ja molekyylien poistamiseen liuoksesta kohdistamalla liuokseen painetta puoliläpäisevän tai selektiivisen kalvon toisella puolella. Suuret molekyylit (liuennut) eivät voi ylittää kalvoa, joten ne pysyvät toisella puolella. Vesi (liuotin) voi ylittää kalvon. Tuloksena on, että liuenneet molekyylit konsentroituvat enemmän membraanin toiselle puolelle, kun taas vastakkaisesta puolelta tulee laimeampi.
Kuinka käänteisosmoosi toimii
Käänteisen osmoosin ymmärtämiseksi se auttaa ensin ymmärtämään, kuinka massa kuljetetaan diffuusiolla ja säännöllisellä osmoosilla. Diffuusio on liike molekyyleistä korkeamman alueen alueelta keskittyminen alueelle, jolla on alhaisempi pitoisuus. Osmosis on diffuusion erityistapaus, jossa molekyylit ovat vettä ja pitoisuusgradientti tapahtuu puoliläpäisevän kalvon läpi. Puoliläpäisevä kalvo mahdollistaa veden kulkemisen, mutta käsitteet (esim. Na+, Ca2+, Cl-) tai suurempia molekyylejä (esim. glukoosi, urea, bakteerit). Diffuusio ja osmoosi ovat termodynaamisesti suotuisat ja jatkuvat, kunnes tasapaino saavutetaan. Osmoosia voidaan hidastaa, lopettaa tai jopa kääntää, jos kalvoon kohdistetaan riittävästi painetta kalvon "tiivistetyltä" puolelta.
Käänteisosmoosi tapahtuu, kun vettä siirretään kalvon poikki pitoisuusgradienttia vastaan, pienemmästä pitoisuudesta korkeampaan pitoisuuteen. Kuvittele esimerkkinä puoliläpäisevä kalvo, jonka toisella puolella on makeaa vettä ja toisella puolella väkevää vesiliuosta. Jos tapahtuu normaalia osmoosia, makea vesi ylittää kalvon laimentamaan väkevää liuosta. Käänteisosmoosissa paine kohdistetaan väkevöitetyn liuoksen puolelle vesimolekyylien pakottamiseksi kalvon läpi makean veden puolelle.
Kääntöosmoosiin käytetään erilaisia huokoskokoja kalvoja. Vaikka pieni huokoskoko tekee paremman suodatuksen, veden siirtäminen vie kauemmin. Se on kuin yrittäisi kaada vettä suodattimen (suuret reikät tai huokoset) läpi verrattuna yrittämään kaada se paperipyyhe (pienemmät reikät) läpi. Käänteinen osmoosi eroaa kuitenkin yksinkertaisesta kalvosuodatuksesta, koska siihen liittyy diffuusiota ja siihen vaikuttaa virtausnopeus ja paine.
Käänteisosmoosin käyttö
Käänteisosmoosia käytetään usein kaupallisessa ja asuinvesisuodatuksessa. Se on myös yksi meriveden suolanpoiston menetelmistä. Käänteinen osmoosi ei vain vähennä suolaa, vaan se voi myös suodattaa metalleja, orgaanisia epäpuhtauksia ja taudinaiheuttajia. Joskus käänteisosmoosia käytetään puhdistamaan nesteitä, joissa vesi on ei-toivottua epäpuhtautta. Esimerkiksi käänteisosmoosia voidaan käyttää etanolin tai vilja-alkoholin puhdistamiseen lisäämiseksi sen todiste.
Käänteisosmoosin historia
Käänteinen osmoosi ei ole uusi puhdistustekniikka. Ensimmäiset esimerkit puoliläpäisevien kalvojen kautta tapahtuvasta osmoosista kuvasi Jean-Antoine Nollet vuonna 1748. Vaikka prosessi oli tiedossa laboratorioissa, sitä ei käytetty meriveden suolanpoistoon vuoteen 1950 asti Kalifornian yliopistossa Los Angelesissa. Useat tutkijat tarkensivat menetelmiä käänteisosmoosin käyttämiseksi veden puhdistamiseksi, mutta prosessi oli niin hidas, ettei se ollut käytännöllistä kaupallisessa mittakaavassa. Uudet polymeerit mahdollistivat tehokkaampien kalvojen valmistuksen. 2000-luvun alkuun mennessä suolanpoistolaitoksista tuli kykeneviä vedenpoistoon 15 miljoonalla gallonalla päivässä, noin 15 000 kasvia ollessa toiminnassa tai suunnitteilla.