摘要：近年來，隨著水資源問題的不斷嚴(yán)峻，人們迫切需求新的水資源供給模式。海水淡化技術(shù)可以將海水轉(zhuǎn)化為工業(yè)用水或居民用水，為水資源結(jié)構(gòu)調(diào)整提供了可行方向。目前，海水淡化主要采用反滲透法，其關(guān)鍵部件為反滲透膜。本文將重點(diǎn)分析反滲透膜中醋酸纖維素類反滲透膜(CAs-OM)、聚酰胺反滲透膜的制備工藝及技術(shù)發(fā)展方向。

　　反滲透膜作為反滲透海水淡化技術(shù)中的主要部件之一，對于海水淡化率、水通量及脫鹽率起到關(guān)鍵作用。人們對于反滲透膜的研究較早，經(jīng)過多年的研發(fā)，目前反滲透膜已形成三代技術(shù)。第一代反滲透膜主要由均質(zhì)醋酸纖維素構(gòu)成，其性能較為落后，目前在市場上已全面淘汰;第二代為非對稱醋酸纖維素膜，其技術(shù)較為成熟，但是海水淡化效率仍有一定提升空間，目前在市場上仍有部分應(yīng)用;第三代主要為聚酰胺復(fù)合膜，其淡化率較高且穩(wěn)定性好，已成為反滲透海水淡化應(yīng)用的主流產(chǎn)品。

　　相轉(zhuǎn)化法制備CAs-OM 致密皮層較厚應(yīng)用逐漸減少

　　醋酸纖維素是纖維素分子中羥基用醋酸酯化后得到的一種高分子高聚物，是纖維素衍生物中最早進(jìn)行商業(yè)化應(yīng)用的產(chǎn)品之一。醋酸纖維素來源廣泛、無毒無害且成本較低，是一種可生物降解的環(huán)境友好型高分子材料，同時其加工性能良好，在加工過程中耐高溫、易成膜且對加工條件要求較低。醋酸纖維素多被用來制作滲透功能膜，用于不同水體的處理，其制作的反滲透膜具有良好親水性、選擇透過性及高耐氯性等特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用在海水淡化中。目前常用的制備CAs-OM的原材料有醋酸纖維素(CA)、三醋酸纖維素(CTA)、醋酸丁酸纖維素(CAB)、醋酸丙酸纖維素(CAP)等。目前制備CAs-OM的主要方法包括相轉(zhuǎn)化技術(shù)和復(fù)合法制膜技術(shù)。

　　相轉(zhuǎn)化法是指通過調(diào)控均相液態(tài)的鑄膜液的分相及固化過程實(shí)現(xiàn)分離膜的制備。該方法具有制備工藝簡單、應(yīng)用性廣、理論和實(shí)驗(yàn)研究成熟、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)。相轉(zhuǎn)化法主要包括非溶劑致相分離(NIPS)、熱致相分離(TIPS)、蒸氣致相分離(VIPS)以及溶劑蒸發(fā)等。其中，NIPS 和 TIPS 是制備 CA 分離膜的主要方法。相轉(zhuǎn)化制膜法可以用于多種致密結(jié)構(gòu)膜的制備，是應(yīng)用最廣的一種制膜技術(shù)，其具有操作簡便、容易成膜、穩(wěn)定性較高及技術(shù)成熟等優(yōu)點(diǎn)。但是通過相轉(zhuǎn)化法制備的CAs-OM存在一個明顯的缺點(diǎn)，其致密皮層較厚，一般大于0.1μm，導(dǎo)致水通量較低，影響海水淡化率，同時CAs-OM致密皮層和多孔支撐層之間的過渡層極易壓密，一旦外部壓力過大將嚴(yán)重影響膜淡化海水的性能，隨著新工藝的誕生，近年來采用相轉(zhuǎn)化法制備CAs-OM的生產(chǎn)規(guī)模逐漸減小。

　　復(fù)合法制CAs-OM 支撐層國產(chǎn)化丞待解決

　　復(fù)合法制膜主要優(yōu)點(diǎn)在于可以將其他高強(qiáng)度材料作為反滲透膜的多孔支撐層，再將醋酸纖維素及其衍生物引入到支撐層的表面，并實(shí)現(xiàn)對支撐層的全面覆蓋，形成一層厚度在0.01-0.1μm的極薄致密層，通過該方法制備的反滲透膜，具有良好的透過性，其水通量比相轉(zhuǎn)化法制備的反滲透膜高出10倍左右。

　　采用復(fù)合法制得的CAs-OM與比傳統(tǒng)反滲透膜相比，性能有了大幅提升，在實(shí)際應(yīng)用中也逐漸替代老式反滲透膜，尤其是在管式反滲透膜的生產(chǎn)中，復(fù)合法CAs-OM占到了較大的比重。由于復(fù)合法制得的CAs-OM致密皮層極薄，抗壓能力較差，對使用條件要求較高，一旦在使用過程中壓力過大，將會對反滲透膜造成不可逆轉(zhuǎn)的損壞。同時復(fù)合法制得的CAs-OM對支撐層的材料選擇要求較高，要求所選材料絕對平整和光滑，以防止缺陷部分對分離層的破壞進(jìn)而影響膜產(chǎn)品的分離性能。目前商業(yè)化應(yīng)用的CAs-OM多以無紡布為支撐層，我國反滲透膜企業(yè)所使用無紡布主要依賴進(jìn)口，這在很大程度上增加了國產(chǎn)CAs-OM制作成本，也極大的限制了我國反滲透膜行業(yè)的發(fā)展，因此生產(chǎn)國產(chǎn)無紡布，打破國外企業(yè)的壟斷，或者研發(fā)出新型高性能支撐層替代無紡布，成為我國反滲透膜行業(yè)的主要發(fā)展方向之一。

　　界面聚合法制備聚酰胺反滲透膜 性能優(yōu)越但對使用條件要求較高

　　目前，第三代聚酰胺反滲透膜主要采用界面聚合法制備。界面聚合法是利用兩種反應(yīng)活性很高的單體在不相容溶劑的界面處發(fā)生聚合反應(yīng)，從而在支撐層上形成一層超薄的致密功能層，也就是此致密功能層起到分離淡水的作用。

　　在聚酰胺反滲透膜在制備中，主要以各類含有活潑單體的多元胺(官能度≥ 2)為主要原材料，包括間苯二胺(MPD)、鄰苯二胺(OPD)和對苯二胺(PPD)等。生產(chǎn)時首先將高性能的支撐體浸入多元胺的水溶液中，使多元胺覆蓋在支撐層表面，再將支撐層內(nèi)多余的水分排除后，浸入含有多元酰氯的有機(jī)溶劑中，多元胺和多元酰氯發(fā)生反應(yīng)后在支撐膜表面形成一層致密的反滲透層，由于兩種活潑單體互不相容，反應(yīng)只在相交的界面處發(fā)生，因此生成的功能膜較薄，一般在0.1μm以下。采用界面聚合法制備聚酰胺反滲透膜水通量較大、淡化率高且抗壓性能遠(yuǎn)高于復(fù)合法制備的CAs-OM，基于以上優(yōu)點(diǎn)聚酰胺反滲透膜應(yīng)用逐漸増多，目前已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，正逐漸成為反滲透膜的主流。但是芳香族聚酰胺的耐氯性、抗污染性差，對使用條件要求較高，這就需要更高效的海水預(yù)處理技術(shù)與其配合使用，這也限制聚酰胺反滲透膜的進(jìn)一步推廣使用。因此研發(fā)抗污染、耐氯性高的聚酰胺反滲透膜及高性能的海水預(yù)處理技術(shù)成為未來反滲透行業(yè)的重點(diǎn)研究內(nèi)容。

　　結(jié)語

　　反滲透膜作為反滲透海水淡化處理技術(shù)的主要部件，對于海水淡化率、水通量及脫鹽率起到關(guān)鍵作用。目前，反滲透膜的主要有醋酸纖維素類反滲透膜(CAs-OM)及聚酰胺反滲透膜兩種，其中CAs-OM主要采用相轉(zhuǎn)化法及復(fù)合法制備，未來主要發(fā)展方向是研發(fā)出國產(chǎn)無紡布支撐層或是其替代品;聚酰胺反滲透膜主要采用界面聚合法制備，研發(fā)耐氯抗污染的新產(chǎn)品或開發(fā)出高效的海水預(yù)處理技術(shù)是主要發(fā)展方向。未來隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，反滲透膜的性能會更加能優(yōu)越，其市場潛力巨大。