Die beigefügte Studie untersucht kritisch das Lösungs-Diffusions-Modell (SD), das traditionell zur Erklärung des Wassertransports in Umkehrosmose-Membranen (RO) verwendet wurde. Die Autoren argumentieren, dass das SD-Modell, das davon ausgeht, dass Wasser durch einen Konzentrationsgradienten durch die Membran diffundiert, die tatsächlichen Mechanismen, die in Umkehrosmose-Membranen im Spiel sind, nicht genau wiedergibt. Sie plädieren für das Porenflussmodell, das davon ausgeht, dass der Wassertransport durch ein Druckgefälle in den Poren der Membran angetrieben wird.

Das SD-Modell ist der vorherrschende Rahmen für die Beschreibung der Wasserbewegung in Umkehrosmoseprozessen, bei denen sich das Wasser in der Membran verteilt und entlang des Konzentrationsgradienten diffundiert. Jüngste experimentelle und theoretische Erkenntnisse haben jedoch erhebliche Schwächen in diesem Modell aufgedeckt:

1. **RO-Membranen sind porös:** Entgegen der Annahme des SD-Modells, dass die Membranen nicht porös sind, haben fortschrittliche Techniken wie die Positronen-Annihilations-Lebensdauer-Spektroskopie (PALS) und die Weitwinkel-Röntgenstreuung (WAXS) gezeigt, dass RO-Membranen ein Netzwerk von Poren im Sub-Nanometerbereich aufweisen und somit porös sind.

2. **Gemischte Wassermoleküle:** Anstatt einzelner Wassermoleküle, wie im SD-Modell angenommen, bewegt sich Wasser in Clustern durch die Membranporen, wie Molekularsimulationen zeigen.

3. **Kein Konzentrationsgradient:** Die Annahme, dass ein Konzentrationsgradient die Wasserdiffusion antreibt, wird in Frage gestellt. Experimentelle und Simulationsdaten deuten darauf hin, dass ein solches Gefälle innerhalb der Membran nicht vorhanden ist.

4. **Fehlanwendung des Diffusionskonzepts:** Die Anwendung des Diffusionskonzepts im SD-Modell stimmt nicht mit dem beobachteten Transportverhalten überein, das eher einer viskosen Strömung entspricht.

5. **Unabhängige Behandlung von Wasser und Salz:** Das SD-Modell behandelt den Transport von Wasser und Salz als unabhängige Prozesse und ignoriert ihre gegenseitige Abhängigkeit und die Reibungsinteraktionen zwischen ihnen.

Die Autoren kommen zu dem Schluss, dass das Porenströmungsmodell, unterstützt durch das Lösungs-Reibungs-Modell, die Dynamik des Wassertransports in RO-Membranen genauer beschreibt. Dieses Modell erkennt die Rolle der druckgetriebenen Strömung durch die Membranporen an und berücksichtigt die Wechselwirkungen zwischen Wasser, Salz und dem Membranmaterial. Die Studie korrigiert diese grundlegenden Missverständnisse und fordert eine Verlagerung des Forschungsschwerpunkts auf die Entwicklung von Umkehrosmose-Membranen, die auf präzisen Transportmechanismen basieren und die Effizienz und Effektivität der Entsalzungstechnologie verbessern könnten.

Referenz: Hanqing Fan, Mohammad Heiranian, Menachem Elimelech, The solution-diffusion model for water transport in reverse osmosis: What went wrong?, Desalination, Band 580, 2024, 117575, ISSN 0011-9164, https://doi.org/10.1016/j.desal.2024.117575.

Veröffentlicht am 25. März 2024