Reibung ist Widerstand. In diesem Fall sagt es Ihnen, wie schwer es für etwas ist, über die Membran zu gelangen. Wenn Sie eine Membran entwickeln, die weniger wasserbeständig ist, und mehr Beständigkeit gegen Salz oder was auch immer Sie entfernen möchten, erhalten Sie ein saubereres Produkt mit potenziell weniger Arbeit.
Aber dieses Modell wurde 1965 zurückgestellt, als eine andere Gruppe ein einfacheres Modell einführte Modell. Dabei ging man davon aus, dass das Kunststoffpolymer der Membran dicht war und keine Poren hatte, durch die Wasser laufen könnte. Es galt auch nicht, dass Reibung eine Rolle spielte. Stattdessen ging man davon aus, dass sich Wassermoleküle in einer Salzwasserlösung im Kunststoff lösen und auf der anderen Seite wieder herausdiffundieren würden. Aus diesem Grund wird dies als „Lösungsdiffusionsmodell“ bezeichnet.
Diffusion ist der Fluss einer Chemikalie von dort, wo sie konzentrierter ist, zu einer Stelle, wo sie weniger konzentriert ist. Denken Sie an einen Tropfen Farbstoff, der sich in einem Glas Wasser verteilt, oder an den Geruch von Knoblauch, der aus einer Küche weht. Es bewegt sich weiter in Richtung Gleichgewicht, bis seine Konzentration überall gleich ist, und es ist nicht auf einen Druckunterschied angewiesen, wie der Sog, der Wasser durch einen Strohhalm zieht.
Das Modell blieb hängen, aber Elimelech vermutete immer, dass es falsch war. Zu akzeptieren, dass Wasser durch die Membran diffundiert, implizierte für ihn etwas Seltsames: dass sich das Wasser beim Durchgang in einzelne Moleküle zerstreute. “Wie kann es sein?” fragt Elimelech. Das Aufbrechen von Clustern von Wassermolekülen erfordert a Tonne von Energie. „Man muss das Wasser fast verdampfen, um es in die Membran zu bekommen.“
Dennoch sagt Hoek: „Vor 20 Jahren war es ein Gräuel zu behaupten, dass es falsch war.“ Hoek wagte es nicht einmal, das Wort „Poren“ zu verwenden, wenn er über Umkehrosmosemembranen sprach, da das vorherrschende Modell sie nicht anerkannte. „Seit vielen, vielen Jahren“, sagt er ironisch, „bezeichne ich sie als ‚vernetzte freie Volumenelemente‘.“
In den letzten 20 Jahren haben Bilder, die mit fortschrittlichen Mikroskopen aufgenommen wurden, Hoeks und Elimelechs Zweifel verstärkt. Forscher entdeckt dass die in Entsalzungsmembranen verwendeten Kunststoffpolymere doch nicht so dicht und porenlos sind. Sie enthalten tatsächlich miteinander verbundene Tunnel – obwohl sie absolut winzig sind und einen Durchmesser von etwa 5 Angström oder einen halben Nanometer haben. Dennoch ist ein Wassermolekül etwa 1,5 Angström lang, also genug Platz für kleine Cluster von Wassermolekülen, um sich durch diese Hohlräume zu quetschen, anstatt einzeln gehen zu müssen.
Vor etwa zwei Jahren hielt Elimelech die Zeit für reif, das Lösungs-Diffusions-Modell abzuschaffen. Er arbeitete mit einem Team zusammen: Li Wang, ein Postdoc in Elimelechs Labor, untersuchte den Flüssigkeitsfluss durch kleine Membranen, um reale Messungen vorzunehmen. Jinlong He von der University of Wisconsin-Madison bastelte an einem Computermodell, das simulierte, was auf molekularer Ebene passiert, wenn Salzwasser durch Druck durch eine Membran gedrückt wird.
Vorhersagen auf der Grundlage eines Lösungsdiffusionsmodells würden besagen, dass der Wasserdruck auf beiden Seiten der Membran gleich sein sollte. Aber in diesem Experiment stellte das Team fest, dass der Druck am Eingang und am Ausgang der Membran unterschiedlich war. Dies deutete darauf hin, dass der Druck den Wasserfluss durch die Membran antreibt und nicht nur eine einfache Diffusion.