逆滲透

逆滲透 (Reverse Osmosis)
國立臺灣師範大學化學系學士生洪雋為

¹逆滲透(reverse osmosis)是一種利用半透膜(semipermeable membrane)分離物質的方法，最早由美國加州大學洛杉磯分校(UCLA)的Sourirajan博士(Dr.S. Sourirajan)等科學家首先合成仿生物性選擇透膜，發現可由逆滲透原理分離液體內不同性質的物質，半透膜是一種選擇性透膜，只允許較小的溶劑分子通過，而較大的溶質大分子、離子等，則無法穿越。

過程大致為：³在高張溶液(高濃度)處施加壓力，使溶劑經過半透膜，流入低張溶液(低濃度)，而溶質等大分子被半透膜擋下，藉此達到分離的目的，諸如淡化海水、去鹽、淨水等，不過需施加壓力讓水反向往低濃度方向移動，因此逆滲透的過程需要耗能。若沒有施加壓力，溶劑則會自然的由低張溶液經過半透膜，流往高張溶液，使兩處滲透壓(osmotic pressure)相等，稱為正滲透(osmosis)。

滲透壓計算公式：$$\pi=MRT$$

$$\pi:$$ 滲透壓(atm)、$$M:$$ 體積莫耳濃度(mol/L)、$$R:$$ 理想氣體常數、$$T:$$ 絕對溫度(K)

圖一、逆滲透

通過²半透膜的速率取決於任一側的分子種類、壓力、濃度、溫度以及半透膜的滲透性，而根據不同的半透膜、溶質分子的大小、溶解度等，會有不同的滲透率(permeability)，生活中也可以找到半透膜的蹤跡，蛋殼內部薄薄的蛋膜就是半透膜的一種，具有透氣性卻不讓內部的蛋液流出，生物吸取養分和交換物質也都是在具半透膜性質的膜上進行。

逆滲透是常用的家用淨水系統，坊間常聽到的RO淨水系統即是逆滲透(reverse osmosis)的縮寫，構造及步驟簡單可分為:⁴首先原水通過第一道的具細微小孔的濾心及第二道的活性碳濾心，先把水中的懸浮物質及較大微粒過初步分離吸附，緊接著第三道進行逆滲透的薄膜模組，把更細微的雜質去除，完成後可再經紫外線殺死逃過前幾道處理的微生物及細菌。

圖二、逆滲透薄膜模組

⁵美國海軍在救生筏上裝備小型的逆滲透去鹽化機，在海上每小時可供給1.25加侖的淡水，足夠讓25人維生。其他用途還有去除水痕，水痕是由於水中含有礦物質所造成，經逆滲透濾除後，便可避免礦物質沉澱留下痕跡，另外若是使用自來水當做水族飼養水源，其中的氯 (chlorine)、氯胺 (chloramines)、磷酸鹽 (phosphates)及矽酸鹽 (silicates)因其對水中生物具有毒性，可用逆滲透事先過濾清除，此外在小規模的電解，電極上做逆滲透處理可預防電極附著沉澱，以上應用都不外乎於淨化水質，因此逆滲透在水的純化功用上，其重要性可見一斑。

參考資料

1. 維基百科: 逆滲透 http://en.wikipedia.org/wiki/Reverse_osmosis
2. 維基百科: 半透膜 http://en.wikipedia.org/wiki/Semipermeable_membrane
3. 艾力克企業有限公司 http://www.et-evertech.com.tw/01/down1.htm
4. 沼澤缸之家: 認識逆滲透設備和原理http://www.paludarium.net/6/post/2010/08/194.html
5. Zumdahl, S. S. Chemical Principles, 6th edition; pp. 867-871
6. 圖二圖片來源: http://www.paludarium.net/6/post/2010/08/194.html