高性能海水淡化反滲透膜的制備及其性能的研究

1 程翠翠 2 劉建林 3 王澤峰

（1.3 山東泰鵬集團有限公司，2 山東麥特瑞爾新材料有限公司，山東 肥城 271600）

引言：眾所周知，我國淡水資源分布極度不平衡。在西部沿海地區，淡水資源十分有限，將海水淡化處理是緩解當前水資源危機的一個重要途徑和方法[1]。自上個世紀70 年代以來，隨著科學技術的成熟，反滲透海水淡化方法，越來越被世界多個國家所采用。海水反滲透淡化方法，通過利用物理學原理能夠有效地使得淡水進行轉化，具有無污染，少操作，簡單投資成本低等優點。通過對海水淡化反滲透膜的結構進行分析，我們可以發現其是由多孔支撐層、脫鹽層和功能修飾層等組織結構共同構成。在反滲透膜的多種結構中，其中多孔支撐層一般是由無紡布和聚砜基膜構成。多孔支撐層通過改變其厚度和孔型結構來調節反滲透膜的結構特性和透水能力，對提升高性能反滲透膜的高壓運行能力和耐鹽穩定性具有十分重要的作用。因此在目前的實踐生產過程當中，通過研究改善高性能海水反滲透膜的多孔結構層的性能，是提高海水反滲透膜制備的性能關鍵所在。

一、高性能海水淡化反滲透膜結構與形態分析

（一）高性能海水淡化反滲透膜結構

如上文所述高性能海水淡化反滲透膜的主要結構是由分離功能層、聚砜材料多孔中間支撐層和聚酯無紡布基層幾個系統結構共同組成。通過這種多層復合式結構，能夠持久地對海水當中的物質進行隔離去除，具有非常好的物理性能特點。通過控制反滲透膜的每一個孔洞尺寸保持在0.65nm 以內，可以有效地將海水當中的鈉離子和氯離子進行隔離，保證水分子的有效滲透。這種物理反應主要發生在高性能反滲透膜的分離功能層當中。

（二）高性能海水淡化反滲透膜的形態

通過對高性能海水淡化反滲透膜的工作原理和結構組成分析，我們可以發現高性能海水淡化反滲透膜的主要物理完成階段在分離層當中。一般而言，在反滲透膜的分離層當中的主要物質是采用交聯芳香族聚酰胺來作為過濾物質。交聯芳香族聚酰胺材質具有褶皺的物理形態，再進行海水淡化反滲透過程當中能夠提高海水的滲透層次數對反滲透膜的透水性能有著一定的影響。但是這種影響在目前的實踐應用和實驗室實驗當中都沒有能夠準確地直接反映出海水淡化反滲透膜的褶皺形態和透水性能的直接關系函數。

通過顯微鏡對海水淡化反滲透膜的著作結構進行觀察分析，我們可以發現對褶皺結構進行定量化的處理，構建起亮化的褶皺形態結構，能夠有效地提升海水淡化反滲透膜的結構穩定性。現有研究表明，在高性能海水淡化反滲透膜的結構內部及褶皺突起的脊背線長度和反滲透膜的厚度參數之間有著一定的線性關系，能夠決定褶皺形態和滲透膜的透水率。通過建立起相關的數學模型，通過力學公式計算得出最優力學結構形態。最終確定出反滲透膜的聚合物孔徑在0.6～0.8 納米范圍之內得到的模型結構最為理想，海水反滲透膜的性能最為穩定可靠。

二、高性能海水淡化反滲透膜的研發

正是由于高性能海水淡化反滲透膜具有非常明顯的節能和拖延效果，因此在目前的工業生產當中高性能海水淡化反滲透模式，主要的研究發展方向。目前進行高性能海水淡化反滲透膜的設計和研究主要是根據海水淡化的物理和化學原理進行反滲透膜的結構設計和研究，以及在工業上面對高性能海水淡化反滲透膜的設備工藝的二級技術研究以提高設備的穩定性。根據現有研究表明，在不同的溫度下，高性能海水淡化反滲透膜的處理效果是不同的，同時，不同濃度的海水對反滲透膜的影響和污染也有一定的區別。因此現有的研究，都是基于海水淡化操作的國家標準而進行的。通過在通量值的環境下，進行海水淡化反滲透膜裝置的運行來避免高濃度海水當中的鹽分對滲透膜的影響和污染。正常情況下在通量值處于30L/(m2·h）時，海水反滲透膜的性能最為理想，得到的海水淡化結果最符合標準的要求。在低溫環境下進行海水淡化效果就會大大下降，因此高性能海水淡化反滲透膜裝置適用于在高溫高濃度的條件下進行海水淡化應用，這樣條件下的設備裝置穩定性最好，滲透效果最佳。

三、高性能海水淡化反滲透膜最新技術發展方向

近年來，隨著材料科學的不斷發展，以及工業生產技術的不斷提升，在海水淡化方面的研究成果也在不斷地出現。尤其是高性能海水淡化反滲透膜技術，在近年來取得了飛速的突破和發展。比如現有的高性能海水淡化反滲透膜，在傳輸機制和性能控制上面也得到了很大的提升和持續性發展，得到的反滲透膜具有更為明顯的滲透作用和更顯著的通用性，能夠適用于更寬的范圍。在高性能海水反滲透膜的材料研究方面，水孔蛋白和納米碳管這兩種材料是近年來的最新研究成果。通過這兩種材料的應用，能夠提升高性能海水淡化反滲透膜的耐久性和滲透率，同時也能夠大大降低高性能海水淡化反滲透膜裝備成本。

結束語：在工業上通過利用高性能海水淡化反滲透膜裝置來進行海水淡化，能夠有效地提升，海水淡化的效率，有效地克服水資源匱乏的問題和挑戰。本文通過對高性能海水淡化反滲透膜裝置的結構組成，性能特點和最新發展動態研究分析，指出高性能海水淡化反滲透膜能夠有效地去除海水當中的溶質提升海水中有害物質的剔除率，具有非常廣闊的應用和研究價值。