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Jun 29, 2023

La nostra comprensione dell’osmosi inversa è stata smentita

Robert Anderson/Unsplash Iscrivendoti, accetti i nostri Termini di utilizzo e le nostre politiche. Puoi annullare l'iscrizione in qualsiasi momento. L’acqua è una risorsa preziosa di cui tutti gli esseri viventi hanno bisogno per vivere

Robert Anderson/Unsplash

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L’acqua è una risorsa preziosa di cui tutti gli esseri viventi hanno bisogno per sopravvivere. Tuttavia, secondo l’Organizzazione Mondiale della Sanità, nel 2019 quasi 2,2 miliardi di persone (o 1 su 3) non avevano accesso a servizi di acqua potabile gestiti in modo sicuro.

L’accesso all’acqua potabile pulita è una sfida globale cruciale che in alcune aree dipende dalla desalinizzazione dell’acqua di mare. Questo viene comunemente fatto utilizzando un processo noto come osmosi inversa (RO).

Il fenomeno dell'osmosi fu osservato già nel 1748, ma la tecnologia RO non fu commercialmente praticabile fino a quasi due secoli dopo. La desalinizzazione dell'acqua di mare RO (SWRO) è stata praticamente dimostrata alla fine degli anni '50 da Srinivasa Sourirajan, Sidney Loeb e un team di ricercatori dell'Università della California, Los Angeles (UCLA).

Quasi tutti i sistemi RO nel mondo utilizzano membrane per produrre acqua potabile dall'acqua di mare. Ora, dopo più di 270 anni dall’osservazione originale, gli scienziati ritengono che le basi della nostra comprensione del trasporto dell’acqua nell’osmosi inversa non siano corrette.

Terry J

Gli scienziati dell’Università di Yale hanno scoperto che il meccanismo di diffusione della soluzione, che si ritiene sia il principio alla base del trasporto dell’acqua nell’osmosi inversa, è sbagliato, scoprendo invece che il trasporto dell’acqua nell’osmosi inversa è regolato dal flusso dei pori e dai cambiamenti di pressione all’interno della membrana.

Interesting Engineering (IE) ha parlato con il ricercatore principale dello studio, il professor Menachem Elimelech, professore di ingegneria chimica e ambientale presso l'Università di Yale, per ottenere maggiori informazioni sul loro lavoro.

"Ho sempre pensato che il meccanismo di diffusione della soluzione per il trasporto dell'acqua non fosse intuitivo e, a dire il vero, piuttosto strano con molti dei suoi presupposti", ha detto Elimelech, parlando della motivazione che ha spinto ad indagare un fenomeno così consolidato.

Elimelech ha collaborato con il professor Ying Li dell’Università del Wisconsin, Madison e la professoressa Lianfa Song della Texas Tech University per questa ricerca. Il team comprendeva anche ricercatori post-dottorato, Li Wang, Mohammad Heiranian, Hanqing Fan di Yale e Jinlong He dell'Università del Wisconsin, Madison.

Paul Duda Fotografia/Menachem Elimelech

Prima di addentrarci nella ricerca vera e propria, potrebbe essere utile comprendere l’attuale spiegazione dell’RO, il meccanismo di diffusione della soluzione.

RO utilizza una membrana permeabile per separare impurità e contaminanti dall'acqua.

Secondo la teoria della soluzione-diffusione, il trasporto dell’acqua è guidato dai processi di soluzione e diffusione, che sono, a loro volta, guidati dai gradienti di concentrazione dell’acqua e dalle caratteristiche del materiale della membrana. Le molecole d'acqua si diffondono attraverso la membrana in base al loro gradiente di concentrazione, spostandosi da aree ad alta concentrazione a aree a concentrazione inferiore.

L'acqua di mare è una soluzione di sali disciolti in acqua. In questo modello, le molecole d’acqua si diffondono attraverso la membrana guidate dal loro gradiente di concentrazione, lasciando dietro di sé gli ioni salini più grandi, risultando in acqua pulita.

"Ho insegnato le basi del meccanismo di diffusione della soluzione nella mia classe seguendo i materiali dei libri di testo", spiega Elimelech, "ma non mi sentivo a mio agio con i presupposti fondamentali del modello, in particolare che la pressione idrostatica è costante attraverso la membrana e poi scende a zero alle uscite della membrana. Pensavo che questo presupposto non fosse fisico. "

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"Inoltre, a causa di questo presupposto, il modello prevede un gradiente di concentrazione dell'acqua attraverso la membrana, il che non ha senso. Mi sono sempre chiesto come la concentrazione dell'acqua, che è incomprimibile, possa cambiare con la pressione.

Alla fine, ho deciso di svelare il meccanismo del trasporto idrico. In quel periodo, il Prof. Song della Texas Tech University pubblicò un articolo sul flusso d'acqua per osmosi, sostenendo che non può essere governato da un meccanismo di diffusione della soluzione. Ciò mi ha motivato a esplorare ulteriormente la natura del trasporto dell’acqua nell’osmosi inversa a livello molecolare.