复合膜制备技术发展.doc

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1、反渗透膜的制备技术发展反渗透是利用反渗透膜只透过溶剂而截留离子或小分子物质的选择透过性，以膜两侧的静压差为推动力，实现对混合物分离的膜过程。在一定温度下，用一个只能使溶剂透过而不能使溶质透过的半透膜把稀溶液与浓溶液隔开，由于浓溶液中水的化学势小于稀溶液中水的化学势，水就会自发地通过半透膜从稀溶液进入到浓溶液中，使浓溶液液面上升，直到浓溶液液面升到一定高度后达到平衡状态。这种现象称为渗透(osmosis)或正渗透。如图1所示，半透膜两侧液面高度差所产生的压差称为浓溶液和稀溶液的渗透压差A匚如果稀溶液的浓度为零，渗透压差即为(浓)溶液的渗透压兀；如果在浓溶液上方施加压力AP,如

2、果AP大于An,则浓溶液中的水便会透过半透膜向稀溶液方向流动,这一与渗透相反的过程称为反渗透(reverseosmosis,RO)[l]o由于反渗透膜的截留尺寸为0.1-lnm左右，因此能够有效地去除水中的溶解盐类、胶体、微生物、有机物等(去除率达97〜98%),系统具有水质好、能耗低、无污染、工艺简单、操作方便等优点，其已广泛应用在苦咸水脱盐、海水淡化、废水处理、纯水制备、食品和医药等方面，被称为“21世纪的水净化技术”。[2]1.1反渗透复合膜发展概括人类发现渗透现象至今已有260多年历史。1748年，法国的AbbieNollet发现水能自发地扩散进入装有酒精溶液的猪膀

3、胱内，并首创osmosis一词用來描述水通过半透膜的现象，成为第…例有记载的描述膜分离的试验。在接下来的100多年里，渗透作用引起了科学家们极大的兴趣。最初实验用膜都是动物或植物膜，直到1864年，Traube才成功研制了人类历史上第一张人造膜一亚铁氤化铜膜。该膜对稀电解质溶液表现出显著的选择通过性，尤其渗透压现象引起了极大的关注。Preffer用这种膜以蔗糖和其他溶液进行实验，把渗透压和温度及溶液浓度联系起来，给出了计算渗透压的关联式。1887年Van'tHoot依据Preffer的结论。Sollner进行了反渗透的初步研究，当吋人们称之为“反常渗透"o1949年，美国加

4、利福尼亚州立大学洛杉矶分校(UCLA)的GeraldHassler教授开始了“将海水作为饮用水的水源八的研究，描述了“阻挡盐分渗透的膜”和“选择性渗透膜层”，最早提出了膜法脱盐的概念。尽管Hassler教授的研究未取得理想的结果，但这为后来的反渗透研究工作奠定了基础。1953年，美国的C.EReid教授首先发现醋酸纤维素类具有良好的半透性；同年，反渗透在Reid教授的建议下被列入美国国家计划。1960年UCLA的SamuelYuster,SidneyLoeb和SrinivasaSourirajan等在对膜材料进彳亍了大量的筛选工作后，以醋酸纤维素(E・398・3,乙酰含量3

5、9.8%)为原料，采用高氯酸镁水溶液为添加剂，经反复研究和试验，终于首次制成了世界上具有历史意义的高脱盐(9&6%)、高通量(lO.IMPa下水透过速度为0・3X10-3cm3/s,合259L/cl*m2)的不对称反渗透膜。该膜由一层很薄的致密层(厚度约15~25nm)和一个多孔支撑层(>100um)组成。不对称膜的制备成功成为膜发展史上的第一个里程碑，极大地促进了反渗透膜技术的发展。膜科学技术的发展并没有因为第一张实用反渗透膜的发明而停止。1963年Manjikion对CA膜进行了改性，1968年Saltonstall研制了CA-CTA（三醋酸纤维素）共混膜。醋酸纤维素类

6、膜制作较容易，价格便宜，耐游离氯，膜面平滑不易结垢，但应用pH范围窄，耐热性差，易发生化学及生物降解且对操作压力要求高。针对这些缺点，美国DuPont公司开发出一种a・PA（芳香族聚酰胺）反渗透膜。与醋酸纤维素类膜相比，芳香族聚酰胺类膜具有脱盐率高、通量大、应用pH范围宽、耐生物降解、操作压力要求低等优点。70年代初该公司成功推出一种由a-PA中空纤维反渗透膜制成的"PermasepB・9"渗透器（获1971年美国Kirkpatrick化学工程最高奖）,使反渗透的性能有了大幅度的提高。同期，德国、中国和前苏联也相继开发岀了自己的聚酰亚胺R0膜和聚飒酰胺R0膜。复合膜的研究始

7、于20世纪60年代中期。70年代问世的NSJ00复合膜（聚乙烯亚胺与甲苯二异氧酸酯在聚苯乙烯基膜上复合而成）是膜技术发展史上的又一个里程碑。1980年Filmtec公司推出了性能优异、实用的FT-30复合膜（间苯二胺和均苯三甲酰氯界面聚合而得），实现了反渗透复合膜技术的商品化，从而使反渗透复合膜技术取得划时代的进步。80年代末高脱盐率的全芳香族聚酰胺复合膜工业化；90年代中期超低压和高脱盐全芳香族聚酰胺复合膜开始进入市场；2000年初耐污染、高脱硼、极低压和高压聚酰胺复合膜相继出现"从而为反渗透技术的进一步发展开辟