La membrana di osmosi è un sottile strato di separazione semi-permeabile e un importante componente dell'osmosi.
È costituito da uno strato attivo e da uno o più strati porosi. I pori dello strato attivo selezionano i componenti del permeato, cioè la soluzione che attraversa la membrana. Solo alcune molecole o ioni molto piccoli della soluzione possono fluire attraverso questo strato, mentre quelle grandi rimangono indietro. Di solito il solvente è acqua ed è composto da molecole più piccole della sostanza in esso disciolta. Il trasporto di massa si comporta in modo antiproporzionale allo spessore della membrana. Pertanto lo strato deve essere il più sottile possibile. Gli strati porosi servono principalmente a stabilizzare lo strato attivo fine e permettono al solvente di essere trasportato alla superficie attiva della membrana.
La forza motrice del trasporto di massa attraverso una membrana di osmosi è la differenza di potenziale. Questo gradiente di concentrazione e il coefficiente di permeabilità della membrana sono i principali fattori che influenzano il flusso di solvente e le prestazioni della membrana. Il coefficiente di permeabilità caratterizza la permeabilità di una membrana e dipende dalle proprietà del materiale e dai componenti della soluzione. È una proprietà materiale costante e indipendente dalla differenza di potenziale.
Il cosiddetto fouling riduce le prestazioni di una membrana di osmosi e si verifica soprattutto sul lato della membrana con la soluzione meno concentrata. Durante l'incrostazione, la superficie della membrana è occupata da sostanze contenute nelle soluzioni. Di conseguenza, la permeabilità per particelle di determinate dimensioni è limitata. Il flusso volumetrico del solvente, la cosiddetta permeazione, diminuisce e la capacità di separazione della membrana diminuisce.
Se più membrane vengono combinate ad un modulo a membrana, si possono ottenere prestazioni più elevate. I moduli a membrana possono a loro volta essere combinati per formare un modulo a membrana. Le membrane ad osmosi sono utilizzate, ad esempio, per l'osmosi in una centrale elettrica ad osmosi.
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