Sürtünme dirençtir. Bu durumda, bir şeyin zardan geçmesinin ne kadar zor olduğunu anlatır. Suya karşı daha az dirençli bir zar tasarlarsanız ve Daha tuza karşı direnç veya kaldırmak istediğiniz başka ne varsa, potansiyel olarak daha az işle daha temiz bir ürün elde edersiniz.
Ancak bu model, 1965’te başka bir grup daha basit bir model tanıttığında rafa kaldırıldı. Bu, zarın plastik polimerinin yoğun olduğunu ve içinden suyun akabileceği gözeneklerin bulunmadığını varsayıyordu. Ayrıca sürtünmenin bir rol oynadığını da kabul etmedi. Bunun yerine, bir tuzlu su çözeltisindeki su moleküllerinin plastiğe çözüleceğini ve diğer taraftan yayılacağını varsaydı. Bu nedenle buna “çözüm-difüzyon” modeli denir.
Difüzyon, bir kimyasalın daha yoğun olduğu yerden daha az yoğun olduğu yere doğru akışıdır. Bir bardak suya yayılan bir damla boyayı veya mutfaktan yayılan sarımsak kokusunu düşünün. Konsantrasyonu her yerde aynı olana kadar dengeye doğru ilerlemeye devam eder ve suyu bir kamıştan çeken emiş gibi bir basınç farkına dayanmaz.
Model takıldı, ancak Elimelech her zaman bunun yanlış olduğundan şüphelendi. Ona göre, suyun zardan yayıldığını kabul etmek garip bir şeyi ima ediyordu: su geçerken tek tek moleküllere dağılmıştı. “Nasıl olabilir?” Elimelek sorar. Su molekülü kümelerini parçalamak, bir ton enerjinin. “Membrana sokmak için suyu neredeyse buharlaştırmanız gerekiyor.”
Yine de Hoek, “20 yıl önce bunun yanlış olduğunu öne sürmek lanetliydi” diyor. Hoek, ters osmoz membranlarından bahsederken “gözenekler” kelimesini kullanmaya bile cesaret edemedi, çünkü baskın model onları kabul etmiyordu. “Uzun yıllardır,” diyor alayla, “onlara ‘birbirine bağlı serbest hacim öğeleri’ diyorum.”
Son 20 yılda, gelişmiş mikroskoplar kullanılarak alınan görüntüler, Hoek ve Elimelech’in şüphelerini güçlendirdi. Araştırmacılar tuzdan arındırma membranlarında kullanılan plastik polimerlerin o kadar da yoğun ve gözeneksiz olmadığını keşfettiler. Aslında birbirine bağlı tüneller içerirler – kesinlikle çok küçük olmalarına, yaklaşık 5 angstrom çapında veya yarım nanometrede zirve yapmalarına rağmen. Yine de, bir su molekülü yaklaşık 1,5 angstrom uzunluğundadır, bu nedenle küçük su molekülü kümelerinin teker teker gitmek yerine bu boşluklardan geçmesi için yeterli alan vardır.
Yaklaşık iki yıl önce Elimelech, çözelti yayma modelini kaldırma zamanının geldiğini hissetti. Bir ekiple çalıştı: Elimelech’in laboratuvarında postdoc olan Li Wang, gerçek ölçümler almak için küçük zarlardan geçen sıvı akışını inceledi. Wisconsin-Madison Üniversitesi’nden Jinlong He, basınç tuzlu suyu bir zardan iterken moleküler ölçekte neler olduğunu simüle eden bir bilgisayar modeli geliştirdi.
Çözelti difüzyon modeline dayalı tahminler, su basıncının zarın her iki tarafında da aynı olması gerektiğini söyler. Ancak bu deneyde ekip, zarın girişindeki ve çıkışındaki basıncın farklı olduğunu buldu. Bu, basıncın basit difüzyondan ziyade membrandan su akışını yönlendirdiğini öne sürdü.
