اسمز معکوس (Reverse osmosis) یک تکنولوژی تصفیه آب است که در آن از یک غشای نیمه تراوا برای حذف یون ها، مولکول ها و ذرات بزرگتر از آب آشامیدنی، استفاده می شود.در اسمز معکوس از نیروی فشار جهت غلبه بر فشار اسمزی استفاده می گردد. فشار اسمزی یک ویژگی مبتنی بر تعداد ذرات است که خود تحت تاثیر قابلیت های شیمیایی و پارامترهای ترمودینامیکی می باشد.

اسمز معکوس انواع بسیاری از گونه های حل شده و معلق، از جمله باکتری ها را از آب حذف می کند و در فرایندهای صنعتی و تولید آب آشامیدنی، کارایی زیادی دارد.

نتیجه این است که حل شونده (ناخالصی ها) در قسمت تحت فشار غشا حفظ می شود و حلال خالص (آب) مجاز به عبور از طرف دیگر است. در راستای “عملکرد گزینشی”، این غشا نباید اجازه عبور مولکول ها یا یون های بزرگ را از درون منافذ (سوراخها) بدهد، اما باید نفوذ اجزای کوچکتر محلول (مانند مولکول های حلال) را فراهم نماید. 

در فرایند اسمز طبیعی، حلال (آب) به طور طبیعی از طریق غشا، از محیط با غلظت کمتر (پتانسیل آب بالا) به محیطی با غلظت بیشتر (پتانسیل آب کمتر) حرکت می کند. حرکت حلال خالص در راستای کاهش انرژی آزاد سیستم و از طریق ایجاد تعادل در غلظت محلول در هر دو طرف غشا برقرار می گردد، که موجب برقراری فشار اسمزی می شود. 

برای معکوس کردن این جریان باید فشار خارجی زیادی برای تغییر جهت در جریان طبیعی حلال خالص(آب) ایجاد شود، به همین دلیل به آن اسمز معکوس می گویند. این فرایند مشابه سایر کاربردهای تکنولوژی غشا است. با این حال تفاوت های اساسی بین اسمز معکوس و فیلتراسیون وجود دارند.

مکانیسم حذف عمده در فیلتراسیون غشاء، جداسازی بر مبنای سایز است، بنابراین فرآیند از نظر تئوری می تواند به کارایی کامل، بدون در نظر گرفتن پارامترهای مانند فشار و غلظت محلول دست یابد. علاوه بر این، اسمز معکوس شامل مکانیسم های انتشار میگردد به گونه ای که جداسازی به صورت موثری وابسته به غلظت، فشار و شدت جریان آب است.

 اسمز معکوس عمدتا به دلیل کاربرد در تصفیه آب آشامیدنی از آب دریا، حذف  نمک و سایر مواد زائد از مولکول های آب شناخته شده است.

تاریخچه اسمز
فرایند اسمزی از طریق غشای نیمه تراوا برای نخستین بار در سال 1748 توسط ژان آنتونی نولت Jean-Antoine Nollet مشاهده شد. به مدت 200 سال اسمز صرفا به عنوان پدیده ای مشاهده شده در آزمایشگاه لحاظ می گردید.

در سال 1950 دانشگاه کالیفرنیا در لس آنجلس برای اولین بار نمک زدایی از آب دریا با استفاده از غشای نیمه تراوا را مورد بررسی قرار داد. محققان از هر دو دانشگاه کالیفرنیا در لس آنجلس و دانشگاه فلوریدا، در اواسط دهه 1950 میلادی، موفق به تولید آب خالص از آب دریا شدند.

اما جریان آب جهت تولید تجاری بسیار کند بود تا زمان کشف تکنیک های تولید غشاهای نامتقارن دارای “پوست” بسیار نازک متصل روی لایه بسیار ضخیم تر و متخلل تر. این کشف در دانشگاه کالیفرنیا در لس آنجلس توسط Sidney Loeb و در شورای ملی تحقیقات کانادا در اتاوا توسط Srinivasa Sourirajan انجام پذیرفت. 

John Cadotte از شرکت FilmTec کشف کرد که غشاء با شار بالا و عبور نمک کم را می توان با پلیمریزاسیون میان وجهی m فنیلندیامبن m-phenylene diamine و کلرید تریمسویل trimesoyl chloride تهیه نمود. ثبت اختراع Cadotte در این فرایند، موضوع دعوی قضایی بود و از آن زمان منقضی شده است.

تقریبا تمام غشای اسمز معکوس تجاری اکنون توسط این روش ساخته شده است. تا پایان سال 2001 حدود 15200 کارخانه نمک زدایی در سطح جهان در حال بهره برداری یا در مرحله طراحی بودند.

فرایند
اسمز یک فرایند طبیعی است. هنگامی که دو مایع با غلظت های متفاوت از طریق یک غشای نیمه تراوا جدا گردند، سیال تمایل دارد تا از محیط کم غلطت به محیط غلیظ تر حرکت نماید تا تعادل شیمیایی برقرار گردد.

اسمز معکوس فرایند راندن حلال موجود در یک محیط غلیظ به یک محیط رقیق از طریق پرده نیمه تراوا و با اعمال فشار مازاد بر فشار اسمزی است. مهمترین و بیشترین کاربرد اسمز معکوس در استحصال آب آشامیدنی از آب دریا و آب سیاه است. آب دریا یا آب سیاه در برابر سطح غشا تحت فشار قرار می گیرد که موجب می شود آب پر نمک از خلال غشا عبور نماید و آب قابل آشامیدن در سمت کم فشار بدست آید.

غشای به کار رفته در اسمز معکوس دارای لایه متراکمی در ماتریس پلیمری (چه در پوسته یک غشای نامتقارن و چه در یک لایه پلیمری شده درون غشای کامپوزیتی) می باشد که جدایش در آن رخ می دهد. در اغلب موارد غشا به گونه ای طراحی شده که صرفا اجازه عبور آب از میان لایه ضخیم آن ممکن باشد در حالی که عبور مواد حل شونده (مانند یون های نمک) ناممکن باشد.

این فرایند نیاز به اعمال فشار بالا در سمت غلیظ غشا دارد، که معمولا برای آب تازه و سیاه 2-17 بار (30-250 psi) و برای آب دریا 40-82 بار (600-2000psi) می باشد و بایستی بر فشار اسمز طبیعی 27 بار (390psi) فائق آید.

این فرایند برای کاربردهای مورد استفاده در نمک زدایی آب دریا جهت دستیابی آب آشامیدنی، به خوبی شناخته شده است اما از اوایل 1970 در زمینه تصفیه آب تازه جهت مصارف پزشکی، صنعتی و بومی نیز کاربرد پیدا کرده است