基于質子膜的尿殘液膜蒸餾影響因素研究*

張非凡，張良長，薛玉榮，李 森，田 科，吳志強

(1. 湘潭大學 環境與資源學院，湖南 湘潭 411105；2. 中國航天員科研訓練中心，北京 100094)

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由于生存環境缺失，水、氧氣和食物等生保物資補給受限，長期的人類太空任務依賴于環境控制與生命保障系統(下文簡稱環控生保)，空間站內通過物化再生技術實現水資源的再生循環，其中尿液通過蒸汽壓縮蒸餾的方式回收70%～85%的水分[1-2]，完成尿液處理的同時會產生120～180 L每人每年的尿殘液[3].這部分尿殘液中仍含有較多水分，對于提升環控生保系統水資源閉合度有重要意義，完成尿殘液減量化處理和水分回收是下一步研究的重點.而尿殘液具有強酸、強腐蝕性，同時固體物質含量也趨于飽和，進一步處理難度大.前期開發的基于微孔疏水膜的間接加熱氣掃式膜蒸餾技術，有望完成尿殘液中85%以上的水分回收[4]，但其在膜材料使用壽命以及回收水質量上還有待進一步優化.本文在此基礎上探究基于強親水性膜材料實現尿殘液水分回收的可行性，為尿殘液的處理提供新途徑.

質子膜由疏水性的主骨架和親水性的磺酸基團聚合而成，能選擇性透過水分子并阻止揮發性氣體成分逸出，被廣泛用于氣液分離、能源生產、燃料電池、滲透汽化等場合[5-9].有多項研究[10-12]通過數值模擬和試驗探討了質子膜的水分傳輸性能，表明質子膜中的水分運輸與溫度、濕度和膜厚度等因素有密切的關系.質子膜在廢水處理中的應用方式主要為微生物燃料電池提供膜電極材料，如有研究者制備出基于質子膜的復合膜，建立微生物燃料電池系統，可以有效去除廢水中的COD，并且對生物結垢有較高的抵抗力[13]；……