【文章內(nèi)容簡介】 料主要是二醋酸纖維素(醋酸含量小于55%)。然而研究發(fā)現(xiàn)二醋酸纖維素不夠穩(wěn)定，長期浸沒在水中時易發(fā)生水解。之后，三醋酸纖維素( 醋酸含量大于55%) 逐漸替代了二醋酸纖維素。三醋酸纖維素正滲透膜(CTA) 以親水性較好的三乙酸纖維素或三乙酸纖維素與其衍生物的混合物作為致密皮層和多孔支撐層，以聚酯網(wǎng)絲為骨架嵌入支撐層中來提供主要的承載強(qiáng)度。 聚酯網(wǎng)嵌入支撐層的方式大大縮小了膜的厚度，膜整體厚度僅約為50μm 左右，較薄的膜支撐層使溶質(zhì)通過多孔支撐層的傳質(zhì)阻力減小，從而大大減小了正滲透膜的內(nèi)濃差極化。隨著研究的深入，出現(xiàn)了第三代新生膜—復(fù)合膜。復(fù)合膜通常是利用層層組裝法在多孔支撐層的上面利用不同的材料構(gòu)成致密的活性層。復(fù)合膜可以通過對活性層材料的優(yōu)選使其具有較高的分離能力，其合成方法包括: 界面聚合法、原位聚合、溶液涂敷法和等離子體聚合法，其中界面聚合法和原位聚合為主要采用方法。HTI公司開發(fā)了一種TFC 膜合成方法，該方法通過非溶劑致相分離法將聚砜支撐層附于聚酯纖維上以提供主要的強(qiáng)度支撐，以聚酰胺為材料，利用界面聚合法合成膜活性層。盡管聚酰胺材料活性層膜污染大于醋酸纖維素活性層膜污染，且膜厚度約為115μm，大于CTA膜，但其結(jié)構(gòu)參數(shù)卻與CTA膜相近，表明其有較高的孔隙率和較低的曲折度，其水通量約為CTA 膜的2～3 倍，且與CTA 的適用pH范圍(3～8)相比，TFC 正滲透膜的適用范圍更廣( pH 2～12)[26] 。這種合成方法是目前TFC正滲透膜制備的主要方法，國內(nèi)外多數(shù)研究者在TFC 正滲透膜的研發(fā)中參考了這種方法。Ｒen 和McCutcheon 等[27]對HTI公司的TFC 膜進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)滲透膜活性層朝向原料液時，以1 mol/L的氯化鈉為汲取液，純水為原料液，(m2h)， g/(m2h)．Yang等[28]研發(fā)了一種中空纖維型正滲透膜，在23℃時，利用5 mol/L 的氯化鎂作為汲取液，純水為原料液， L/(m2h)，鹽通量小于1g/(m2h) ．Wang 等[29]設(shè)計了中間有孔隙夾層的雙醋酸纖維素活性層，由于雙層活性層的存在，使鹽通過率和鹽反向通量都有顯著的降低，但膜的水滲透阻力有一定的增大。在22 ℃時，以5 mol/L的氯化鎂為汲取液， L/(m2h)， g/(m2h)。Wang 等[30]研制了一種正滲透中空纖維膜，當(dāng)膜活性層朝向汲取液時， mol/L氯化鈉為汲取液，純水為原料液， L/(m2h)， g/L。另外，韓國世韓公司研發(fā)出正滲透卷式膜，但目前沒有商業(yè)化。近年來，正滲透膜的制造方法在不斷增加，制造水平有了較大的提高，并已開發(fā)出包括平板型、中空纖維型和螺旋管式等多種型式的膜，但是正滲透膜的研制仍在水通量、截鹽率、抗污染能力、性價比等幾個因素中尋求折衷點，難以做到面面俱到，需要進(jìn)一步從新型膜材料、膜改性、膜合成方法等多個方面開展進(jìn)一步的深入研究。 Ma 和Tang 等[31]首次將合成的沸石－聚酰胺納米復(fù)合材料滲透膜應(yīng)用在正滲透當(dāng)中，發(fā)現(xiàn)加入沸石后正滲透膜的水通量最大可提高50%，但截鹽率有所降低。Nguyen 和Zou 等[32]利用納米銀和納米二氧化鈦對正滲透膜表面進(jìn)行修飾，結(jié)果發(fā)現(xiàn)改性后的正滲透膜具有良好的抑菌功能，細(xì)菌去除率是原膜細(xì)菌去除率的11 倍。同時，膜污染清洗后，改性膜的通量可恢復(fù)至初始通量的67%～72%，高于未修飾膜可恢復(fù)的初始通量33% ，表明改性膜防污能力增強(qiáng)。Lv 和Ma 等[33]利用聚乙二醇衍生物對FO膜表面進(jìn)行原位化學(xué)改性，盡管水通量比原膜低，但原子力顯微鏡的分析結(jié)果顯示，改性膜與有機(jī)污染物間的粘附力較原膜減小，表明改性膜對有機(jī)物的抗污染能力增強(qiáng)。鐘溢健和王秀蘅等[34]利用聚乙烯醇修飾準(zhǔn)對稱結(jié)構(gòu)無機(jī)薄膜，修飾后的膜表面荷電更高，以2 mol/L氯化鈉為汲取液，純水為原料液， L/(m2h)，高于原膜12%，而比鹽通量為0．15 g/L，低于原膜12%。正滲透作為擁有巨大潛力的膜分離技術(shù)，在各國例如美國、英國、韓國、以色列、丹麥、和新加坡等都有大量的相關(guān)研究，并且取得了優(yōu)異的成績。除HTI 公司外，目前，國際上對正滲透膜進(jìn)行商業(yè)推廣的公司還主要有美國Oasys 公司、丹麥Aquaporin 公司、美國Porifera 公司和英國Modern Water 公司。另外，國內(nèi)外許多高校、研究機(jī)構(gòu)，如耶魯大學(xué)、南洋理工大學(xué)、新加坡國立大學(xué)、中國海洋大學(xué)、中科院上海高等研究院等在正滲透膜制備與研究領(lǐng)域也做出了突出貢獻(xiàn)。在眾多領(lǐng)域內(nèi)，正滲透近幾十年來均有著廣泛的應(yīng)用，特別的，在一些重要領(lǐng)域如海水淡化[35]、水處理[36]，食品及藥品加工[37]和利用滲透發(fā)電[38]等方面表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景，是目前世界膜分離領(lǐng)域研究的熱點之一。 ①海水淡化早在二十世紀(jì)六，七十年代，專家就提出采用正滲透法進(jìn)行脫鹽，但尋求適當(dāng)?shù)奶崛『驼凉B透膜的研發(fā)問題。所以海水淡化的技術(shù)并沒有得到很好的實施。近年來，滲透技術(shù)一直是能源與環(huán)境危機(jī)的一個階段，近幾年水資源嚴(yán)重短缺和美國HTI生產(chǎn)的商業(yè)正滲透膜在海水淡化中得到廣泛應(yīng)用。積極滲透技術(shù)水的脫鹽已成為科學(xué)家關(guān)注的焦點和研究熱點。一般滲透脫鹽方法基本上由稀釋提取物和從提取物中回收淡水。根據(jù)提取物淡水回收率的差異，陽性滲透脫鹽工藝分為兩類：一類是利用可溶性鹽作為液體溶質(zhì)的提取，再通過再濃縮等分離技術(shù)回收淡水。另一種被加熱稀釋提取物將溶解的溶質(zhì)提取到揮發(fā)性氣體中以獲得淡水，并且氣體溶質(zhì)可以再循環(huán)。研究人員以相對簡單的方式對含鹽提取物中的淡水進(jìn)行了大量的研究，Khaydarov等人建議使用太陽能可以提取稀釋的液體進(jìn)行濃縮，從而可以實現(xiàn)提取物和淡水的回收。 Tan和Ng使用正和納濾過的海水淡化成功地將提取物再次濃縮并再循環(huán)淡水。 Zhao et al。建議使用二價鹽作為提取物，當(dāng)?shù)乃|(zhì)較高時，可以獲得使用正滲透和納濾合并脫鹽的方法。凱斯等將滲透技術(shù)和反滲透技術(shù)相結(jié)合，從海水中獲得高水得到飲用水。當(dāng)滲透技術(shù)與反滲透技術(shù)和納濾技術(shù)相結(jié)合時，F(xiàn)O用作預(yù)處理，以減少原料液對RO膜的污染，提高后續(xù)獲得的淡水質(zhì)量。②水處理隨著過程的深入滲透，低能耗，低污染的綠色薄膜技術(shù)已逐漸應(yīng)用于污水處理和水凈化等領(lǐng)域。早在二十世紀(jì)70年代，就有研究將技術(shù)滲透到工業(yè)廢水應(yīng)用中。研究人員使用模擬海水作為濃縮含銅和鉻的廢水的驅(qū)動解決方案，但半透膜使用市售的纖維素RO膜。由于RO膜的性能不佳，下一次試驗失敗了。 Osmotek于1998年在美國俄亥俄州科瓦利斯的棺木垃圾填埋場建立了濃縮垃圾滲濾液的滲透試驗設(shè)施，％。積極滲透技術(shù)也可用于消化污泥，濃縮污泥可用于農(nóng)業(yè)施肥。此外，預(yù)滲透技術(shù)也被用作RO的預(yù)處理。它還用于空間站的廢水回收系統(tǒng)，將可食用驅(qū)動液（如糖溶液或飲料）裝入由FO膜制成的密封袋中，使水袋在行進(jìn)或緊急救援情況下，但缺水清水，水袋浸在水溶液中，可以將驅(qū)動液稀釋到緊急狀態(tài)。這是美國HTI采用FO技術(shù)開發(fā)的新型水設(shè)備。③食品和藥品行業(yè)雖然滲透處理在食品工業(yè)中的應(yīng)用越來越普遍，但正面滲透技術(shù)在飲料和液體食品濃縮處理中的應(yīng)用仍處于初步探索階段。正面滲透技術(shù)可以應(yīng)用于食品工業(yè)，因為它在低溫和低壓操作條件下可以實現(xiàn)，這非常有利于保存食品和營養(yǎng)價值的保存。而且原料在溶質(zhì)中的滲透率非常高，而膜污染趨勢非常低，能耗低。波普等管狀扁平醋酸纖維素反滲透膜作為陽性滲透膜，用飽和氯化鈉作為平行液，利用正滲透技術(shù)對果汁濃縮，結(jié)果表明在一定時間內(nèi)可以濃縮果汁，但也有一些缺點，如膜通量不高，濃縮液中的汁液有部分氯化鈉增殖。赫朗在橙汁和咖啡中浸潤濃縮濃度為50％85％的糖溶液作為平皿，實驗表明該方法可以取得較好的實驗結(jié)果。基于Herron的實驗方法，Petrotos等使用NaCl，CaCl2，葡萄糖，蔗糖，Ca（NO）2和PEG400作為驅(qū)動溶液和聚氨酯復(fù)合膜，探討濃縮番茄汁FO過程的最佳運行條件。驅(qū)動液的粘度是影響FO過程水通量的主要因素。薄膜越薄，驅(qū)動液體的粘度越小，水通量就越高。雖然在處理食品應(yīng)用方面，正面滲透技術(shù)與傳統(tǒng)濃縮技術(shù)相比具有很多優(yōu)點，但仍然存在一些緊迫的問題，如制備高性能正滲透膜和低反向擴(kuò)散提取物。正面滲透技術(shù)在制藥行業(yè)的應(yīng)用主要集中在藥品濃縮和藥物釋放控制上。在一些特殊情況下，特別是對于一些慢性疾病，口服處方藥需要靶向給藥，要求藥物在體內(nèi)緩慢釋放，劑量要求非常準(zhǔn)確。 FO膜孔徑小，通常納米級，擴(kuò)散作用是其通道中的材料通過主要機(jī)制，因此可以控制膜孔徑改變材料擴(kuò)散速率，這可以適當(dāng)延長藥物釋放時間，然后將藥物定量輸送到指定的人體?？刂扑幬镝尫畔到y(tǒng)的原理是以滲透壓作為自發(fā)釋放有效藥物的動力。滲透泵系統(tǒng)是利用正滲透以實現(xiàn)藥物在體內(nèi)持續(xù)和準(zhǔn)確釋放以控制藥物釋放的常見系統(tǒng)。在滲透泵系統(tǒng)中，體液的滲透壓小于提取物的滲透壓，產(chǎn)生一定的滲透壓差，將促使體液通過半透膜進(jìn)入提取液，活塞將被稀釋稀釋引起的體積藥物從出口釋放，所用藥物在體系條件下在正常體溫中應(yīng)保持一定的持久穩(wěn)定性，藥物釋放時間一般可延長到3個月甚至1年。目前，研究人員已經(jīng)研制出了一種玫瑰 尼爾森，元素，HiguchiTheeuwes，HiguchiLeeper等滲透泵。④壓力延遲滲透發(fā)電隨著能源的快速消耗和資源短缺等問題的日益嚴(yán)重，尋求可再生資源越來越多的人關(guān)心社會問題。如何從自然豐富的資源生產(chǎn)和生產(chǎn)可再生綠色能源已成為科學(xué)家研究的熱點，因此有可能用電來延緩海水中的能量滲透發(fā)電受到重視，讓人們看到重用資源的希望。壓力延遲滲透（也稱為真空滲透性）是使用滲透壓來進(jìn)行滲透過程。沿著半滲透膜的非加壓側(cè)的淡水不斷流過由水驅(qū)動的滲透壓通過膜到加壓側(cè)的膜側(cè)，并通過海水的側(cè)面，將稀釋的水通過海水變成兩股，A下游驅(qū)動渦輪機(jī)下游發(fā)電，而另一方則是交換水壓的后續(xù)交換壓力。發(fā)電廠減壓可以建在地下或地下50?150m，其優(yōu)點是可以實現(xiàn)二氧化碳等溫室氣體排放，對周邊環(huán)境的影響。施工面積可能很小，基礎(chǔ)設(shè)施成本較低。穩(wěn)定，操作簡單靈活。近年來，歐洲大力支持挪威，德意志銀行，葡萄牙和芬蘭等國家的研究團(tuán)隊，致力于延遲發(fā)電的研究。相信壓力延遲滲透技術(shù)將隨著能源危機(jī)和水資源日益嚴(yán)重的急劇發(fā)展和成熟而發(fā)生。海水淡化濃鹽水含量具有特殊性，所以濃鹽水的排放存在著危害環(huán)境的嚴(yán)重問題。因此，濃鹽水的濃縮技術(shù)聚焦了很大的關(guān)注?，F(xiàn)今研究最多的是濃鹽水的濃縮技術(shù)，主要目的是進(jìn)一步濃縮濃鹽水，甚至達(dá)到結(jié)晶程度，而其副產(chǎn)品供給鹽化工廠，從而達(dá)到零排放的目的(零排放就是進(jìn)一步濃縮與結(jié)晶濃鹽水，使回收率達(dá)到80% 以上，使?jié)恹}水盡量變?yōu)楦苫虬敫傻墓腆w，以便后續(xù)的再利用與運輸)，進(jìn)而避免對環(huán)境的污染并提高經(jīng)濟(jì)收入。（1）自然蒸發(fā)自然蒸發(fā)是依靠太陽能在自然條件下蒸發(fā)的高鹽水，使之在飽和后飽和后結(jié)晶成鹽，蒸發(fā)結(jié)構(gòu)稱為蒸發(fā)池。作為太陽能的熱源，所以天氣干燥，干燥氣候晴朗，加工成本低，操作維護(hù)簡單，使用壽命長，沖擊載荷好等優(yōu)點。在我國，大唐科奇，大唐福新，國電赤峰“3052”工程，新疆清華等主要廠房配套建設(shè)了蒸發(fā)池項目的廢水濃度[45]。一些中東海水淡化廠也利用蒸發(fā)池處理濃縮水。在蒸發(fā)池研究領(lǐng)域，國內(nèi)外關(guān)于鹽水性質(zhì)和處理方法，蒸發(fā)速率，蒸發(fā)效率和濃縮濃度等關(guān)鍵問題的相關(guān)學(xué)者相對集中研究。蒸發(fā)池是開放系統(tǒng)，原水中揮發(fā)成分直接放入空氣中容易引起空氣污染。同時應(yīng)防止?jié)B透和防溢出處理措施，防止地下水和土壤污染[46]。蒸發(fā)池一般占地面積大，造成土地資源浪費。除了蒸發(fā)過程難以回收淡水，這些是蒸發(fā)池中高鹽水濃度需要解決的。因此，蒸發(fā)池技術(shù)具有簡單易行的優(yōu)點，但在當(dāng)今環(huán)保意識日益提高的地區(qū)有明顯的地域限制，其可能的環(huán)境風(fēng)險限制了進(jìn)一步的應(yīng)用。 （2）噴霧蒸發(fā)Aquasonics 公司［48］將噴霧蒸發(fā)技術(shù)應(yīng)用于濃縮反滲透排放濃鹽水，成本核算表明，噴霧蒸發(fā)淡化技術(shù)的應(yīng)用使50% 以上的建設(shè)投資和運營費用得以節(jié)省。并在2004 年該公司［49］將海水噴入蒸發(fā)室霧化，然后利用被工廠廢熱預(yù)熱過的空氣去氣化海水滴直至鹽類結(jié)晶析出，該公司對1 套日產(chǎn)百噸級淡水的中試設(shè)備進(jìn)行的成本核算表明該技術(shù)比常規(guī)的蒸餾淡化法成本低。在國外，噴霧蒸發(fā)技術(shù)的反應(yīng)過程機(jī)理也在進(jìn)行研究，如: 噴霧角度對蒸發(fā)過程的影響、噴頭直徑和噴霧壓力對蒸發(fā)過程的影響、噴頭形狀對液滴特性的影響及霧化效果對水蒸氣和濃鹽水滴(或鹽顆粒)分離效率的影響［50］。在中國，高從堦等［51］將噴霧蒸發(fā)和多效蒸餾技術(shù)耦合起來，并以多效蒸餾過程產(chǎn)生的濃海水作為噴霧蒸發(fā)過程的進(jìn)料水，實現(xiàn)了能源和資源的綜合利用。侯經(jīng)緯等［52］在噴霧蒸發(fā)－低溫蒸餾集成海水淡化設(shè)備研究中對鹽水濃度為10000 mg /L 的進(jìn)料條件下進(jìn)行噴霧蒸發(fā)，研究結(jié)果證明了濃鹽水噴霧蒸發(fā)工藝與海水蒸餾淡化工藝集成用于水深度淡化的可行性。采用蒸發(fā)方法處理濃鹽水與海水淡化的原理及設(shè)備基本一致，不同之處在于海水淡化最終的收集物是水蒸氣冷凝之后的淡水，而處理濃鹽水的目的是獲得濃鹽水結(jié)晶。其原理是使?jié)恹}水霧化，并在熱空氣中迅速地蒸發(fā)，所產(chǎn)生的水蒸氣能夠再被冷凝成淡水予以回收［47］。因為其濃縮倍數(shù)很高，近年來的研究趨勢是將噴霧技術(shù)與其他技術(shù)耦合起來，用于共同處理濃鹽水。然而，噴霧蒸發(fā)淡化技術(shù)處理濃鹽水尚處于研究階段。噴霧蒸發(fā)在海水淡化中可用于處理熱法和膜法技術(shù)產(chǎn)生的濃鹽水，從而提高海水淡化的產(chǎn)水量。但是噴霧蒸發(fā)淡化技術(shù)具有靈活分散、維護(hù)簡單的特點，且成本和操作費用較低。隨著噴霧蒸發(fā)技術(shù)不斷地發(fā)展，人們在這個基礎(chǔ)上提出了利用高溫常壓太陽能熱能來進(jìn)行蒸發(fā)噴霧高濃度鹽水使之濃縮的技術(shù)，因其是以太陽能為能量，故消耗的能量有望是常規(guī)技術(shù)的40%甚至更低，并且溶液濃度也越高，越能體現(xiàn)其免結(jié)垢考慮和實現(xiàn)液體零排放的目標(biāo)，而且因為蒸發(fā)過程不存在固定的實體傳熱面，所以完全不怕鈣、鎂離子等形成的無機(jī)難溶鹽。因此，高溫常壓太陽能蒸發(fā)噴霧高濃度鹽水技術(shù)在特定的淡化環(huán)境中將大有用武之地，具有顯著的發(fā)展趨勢。（3）熱法熱法零排放技術(shù)的基礎(chǔ)是熱法鹽水脫鹽淡化系統(tǒng)，多效蒸發(fā)已作為當(dāng)今主流的鹽水脫鹽淡化三大技術(shù)[53]，因為其能耗較低，以此技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的多效蒸發(fā)蒸發(fā)結(jié)晶技術(shù)也越發(fā)成熟。Zarzo等[54]報道了始于蒸發(fā)結(jié)晶的零排放系統(tǒng)，即利用蒸發(fā)的蒸汽來加熱進(jìn)入蒸發(fā)器的水，這種技術(shù)能源效率比傳統(tǒng)蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)高。Guo等開發(fā)研究