逆渗透

逆渗透 (RO) 是一种水净化过程，它使用部分渗透膜从饮用水中分离离子、不需要的分子和较大的颗粒。 在反渗透中，施加的压力用于克服渗透压，渗透压是一种由溶剂的化学势差驱动的依数性质，一种热力学参数。 逆淋透可以从水中去除多种溶解和悬浮的化学物质以及生物物质（主要是细菌），并用于工业过程和饮用水的生产。 结果是溶质保留在膜的加压侧，而纯溶剂则可以通过另一侧。 为了具有选择性，该膜不应允许大分子或离子通过孔（孔），但应允许溶液中较小的成分（例如溶剂分子，例如水、H2O）自由通过。

在正常的渗透过程中，溶剂自然地从溶质浓度低（水势高）的区域通过膜移动到溶质浓度高（水势低）的区域。 当膜两侧的溶剂浓度差异减小时，溶剂移动的驱动力是系统吉布斯自由能的降低，由于溶剂移动到浓度更高的溶液中而产生渗透压。 施加外部压力来逆转纯溶剂的自然流动，因此是反渗透。 该过程类似于其他膜技术应用。

逆渗透与过滤的不同之处在于，流体流动的机制是通过渗透作用穿过膜。 膜过滤中的主要去除机制是应变或尺寸排阻，其中孔径为 0.01 微米或更大，因此无论溶液的压力和浓度等参数如何，该过程理论上都可以实现完美的效率。 相反，逆渗透涉及溶剂扩散穿过无孔膜或使用孔径为 0.001 微米的纳滤膜。 主要的去除机制来自溶解度或扩散率的差异，并且该过程取决于压力、溶质浓度和其他条件。

逆渗透最广为人知的用途是从海水中净化饮用水，从水分子中去除盐分和其他流出物。

Jean-Antoine Nollet 于 1748 年首次观察到通过半透膜的渗透过程。 在接下来的 200 年里，渗透只是在实验室中观察到的一种现象。 1950 年，加州大学洛杉矶分校首先研究了使用半透膜对海水进行淡化处理。 加州大学洛杉矶分校和佛罗里达大学的研究人员在 20 世纪 50 年代中期成功地从海水中提取了淡水，但通量太低以至于无法在商业上可行，直到 Sidney Loeb 和 渥太华加拿大国家研究委员会的 Srinivasa Sourirajan 介绍了制造不对称膜的技术，其特点是有效薄的表层支撑在高度多孔且厚得多的膜基底区域之上。 Filmtec 公司的 John Cadotte 发现，通过间苯二胺和均苯三甲酰氯的界面聚合可以制备具有特别高通量和低盐通过率的膜。 Cadotte 的这个过程的专利是诉讼的主题，并且已经过期。 现在几乎所有的商用反渗透膜都是用这种方法制造的。 到 2019 年，全球约有 16,000 家海水淡化厂在运营，每天生产约 9500 万立方米（每天 250 亿美加仑）淡化水供人类使用。 大约一半的容量位于中东和北非地区。

1977 年，佛罗里达州开普科勒尔成为美国xxx个大规模使用反渗透工艺的直辖市，初始运行能力为每天 1135 万升（300 万美加仑）。 到 1985 年，由于珊瑚角人口的快速增长，该市拥有世界上xxx的低压反渗透工厂，每天能够生产 5680 万升（1500 万美加仑）(MGD)。

形式上，反渗透是通过施加超过渗透压的压力迫使溶剂从高溶质浓度区域通过半透膜到达低溶质浓度区域的过程。 反渗透最大和最重要的应用是从海水和微咸水中分离纯净水； 海水或微咸水对膜的一个表面加压，导致脱盐水穿过膜并从低压侧流出饮用水。