1- Hiện tượng thẩm thấu (osmosis):
- Dung môi: là chất hòa
tan chất khác, ví dụ nước là dung môi, hòa tan đường, dầu là dung môi hòa tan
vitamin A… Sau khi hòa tan, cả 2 chất trở thành dung dịch có nồng độ nhất định.
- Hiện tượng thẩm thấu là hiện tượng
các phân tử dung môi khuếch tán một chiều sang màng bán thấm, chiều từ dung dịch
có nồng độ thấp sang dung dịch có nồng độ cao. Gần như có thể nói hiện tượng thẩm
thấu là hiện tượng sinh học.
Bên trái là ban đầu, với mức 2 dung dịch ngang nhau, ngăn cách bởi màng
bán thấm.
Bên phải là sau đó, khi dung môi thấm qua từ dung dịch có nồng độ thấp
sang dung dịch có nồng độ cao.
2- Màng thẩm thấu:
- Là màng chỉ cho một số
chất đi qua, vì thế còn gọi là màng bán thấm.
- Dù gọi tên gì, bản chất
của nó cũng là màng lọc, nghĩa là màng có lổ thủng, và kích thước phân tử dung môi
(hay các chất khác) nhỏ hơn lổ thủng sẽ lọt qua màng lọc.
Cũng xem hình trên, màng
bán thấm màu đỏ có lổ thủng cho dung môi đỏ nhạt đi qua, trong khi đó chất hòa
tan (hình viên bi) to hơn lổ thủng màng bán thấm nên đứng yên.
3- Cần lưu ý rằng hiện tượng thẩm thấu
là hiện tượng xảy ra trong tự nhiên có áp suất là 1 atmosphere (áp suất khí quyển).
Khi đó hiện tượng thẩm thấu lệ thuộc áp suất thẩm thấu: áp suất thẩm thấu của một
dung dịch tỉ lệ thuận với nồng độ và nhiệt độ của dung dịch.
Tôi đề nghị dùng tạm từ “hút” để
ta dễ hình dung hơn. Khi dung dịch có nồng độ cao sẽ gây ra lực hút dung môi (qua
màng bán thấm) lên dung dịch có nồng độ thấp. Rễ cây hút nước (lã) là vì thế.
Tôi có đóng ngoặc nước
(lã), bởi nếu tưới nước biển cho cây: đương nhiên nước biển có nồng độ muối cao
hơn (dung dịch tế bào) rễ cây, hậu quả là nước biển lại hút nước (lã) từ trong
rễ cây, cây sẽ mất nước (lã) và chết khô!
4- Thẩm thấu ngược (reverse osmosis, viết
tắt R O)
Nước (dung môi) trong tự
nhiên sẽ di chuyển qua màng bán thấm đến nơi có nồng độ cao. Vậy tại nơi dung dịch
có nồng cao như nước biển, ta tăng áp suất lên cao, liệu nước có di chuyển ngược
lại qua màng bán thấm không?
Hóa ra dưới áp suất cao,
nước (lã) lại lọt qua lổ của màng bán thấm, còn các chất hòa tan như muối, đường…
lại không qua được lổ lọc. Kết quả là ta lọc được nước biển (mặn chát) thành nước
lã!
5- Màng thẩm thấu ngược RO
Công lao đầu tiên trong
chuyện lọc nước biển là màng thẩm thấu ngược, thực chất đó là màng thẩm thấu có
lổ rất nhỏ vừa khít với phân tử nước, thêm chữ ngược ở sau nhấn mạnh màng nầy
chịu áp suất cao, ngoài ý nghĩa di chuyển ngược thẩm thấu thông thường.
Thực tế, người ta đề cập
đến kích thước cặn sau khi qua màng lọc. Màng lọc RO thường có cặn với kích thước
0,001µm (đọc là muy mét. 1 µm = 1/1000 mm). Với kích thước 0,001µm thì phân tử
NaCl (muối ăn) không qua được.
Trên lý thuyết, nước được
lọc qua màng RO hầu như loại hết các kim loại nặng và vi khuẩn.
6- Lọc nước biển:
- Nguyên lý máy lọc: Một máy bơm hút
nước biển, đầu ra phải qua màng lọc RO.
Trên thực tế, trước khi qua màng RO
hay trước khi qua máy bơm cần lọc tạp chất rong rêu, hấp thụ các kim loại nặng
trước, khử màu, khử mùi… Tuy thế, giá máy lọc rẻ nhiều đến mức dùng trong gia
đình.
- Chưng nước biển: có thể lợi dụng sức
nóng của nắng miền nhiệt đới để chưng nước biển: một bình nước biển phơi nắng,
nước bốc hơi đọng trên nắp bình được thu gom. Phương pháp nầy không tốn năng lượng
duy trì.
Nói thêm về lọc:
Trả lờiXóaTừ trước, khái niệm lọc được hiểu là ngăn gạn các chất hòa lẫn trong dung môi, ví dụ nước bùn. Hầu như không ai nghĩ đến lọc áp dụng cho chất hòa tan.
Lúc ấy, với các chất hòa tan cần loại bỏ trong dung môi, ví dụ phèn sắt, người ta thường làm tủa chất hòa tan, biến nó thành chất hòa lẫn, sau đó mới tiến hành lọc, ví dụ phun sương nước có phèn nặng mục đích cho tiếp xúc oxy khí trời, muối phèn kết hợp thêm oxy gây tủa (không tan), sau đó lọc phèn qua lớp cát.
Một số kim loại nặng khác hò tan trong nước, lại dùng các chất hấp phụ như than hoạt tính...
Màng thẩm thấu dạo ấy thường được hiểu là màng sinh học (màng tế bào).
Sự tiến bộ của kỹ thuật, tạo ra các màng thẩm thấu công nghiệp, có kích thước lổ lọc nhỏ (phần triệu mili mét), các màng thẩm thấu dày và cứng, đủ chịu áp lực cao đến chục atmosphere (màng RO) đã làm một cuộc cách mạng trong kỹ thuật lọc: Từ đây cho phép lọc cả các chất hòa tan, kích thước lổ lọc quyết định kích thước phân tử cặn giữ lại.
Lọc nước biển thành nước lã (hay lọc nước đường cũng thế) đã nằm trong tầm tay của hộ gia đình!
=> Thiết bị chưng cất nước biển có ưu điểm không tốn năng lượng duy trì khi dùng ánh nắng mặt trời là nguồn năng lượng. Tuy vậy thiết bị thường cồng kềnh, năng suất thấp, lệ thuộc ngày đêm.
=> Dùng máy bơm lọc nước biển đã nâng việc lọc thành cấp công nghiệp do công suất lọc khá lớn. Nếu ở vùng nhiều nắng, kết hợp máy bơm lọc cùng quang điện sẽ là hệ thống lọc tối ưu: chỉ đầu tư ban đầu và phí bảo trì, nhanh hòa vốn.
=> Sản xuất đường cát: ép ra nước mía, lọc xơ, cô đặc và kết tinh. Khâu cô đặc thường dùng nhiệt bốc hơi nước nên khá tốn năng lượng, hơn nữa, một số đường mía bị cháy (caramen hóa biến màu vàng sậm). Ứng dụng việc lọc đường (ban đầu) sẽ tiết kiệm nhiều chi phí...