摘要：反滲透膜過(guò)濾技術(shù)是一種高效、低能和易操作的液體分離技術(shù)。它比傳統(tǒng)的水處理方法效果好，可實(shí)現(xiàn)海水淡化、廢水的循環(huán)利用及對(duì)有用物質(zhì)有效回收。本文主要闡述了復(fù)合膜的制備方法、反滲透膜的改性方法以及目前其他的新型反滲透膜研究進(jìn)展，并分析了目前反滲透膜存在的問(wèn)題及其發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：反滲透；復(fù)合膜；界面聚合；改性

中圖分類號(hào)：X131.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2018）06-0095-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.06.057

Abstract： Reverse osmosis membrane filtration is a high efficiency， low energy and easy to operate liquid separation technology， which is better than the traditional water treatment method. It can realize the desalination of sea water， the recycling of waste water and the effective recovery of useful materials. The preparation methods of composite membranes， the modification methods of reverse osmosis membranes and the research progress of other new reverse osmosis membranes are described in this paper. Finally， the existing problems and development trend of reverse osmosis membrane are analyzed.

Keywords： Reverse osmosis； Composite membrane； Interfacial polymerization； Modification.

反滲透（ everse osmosis，RO） 是以半透膜兩側(cè)壓力差為推動(dòng)力，使溶劑選擇透過(guò)膜而實(shí)現(xiàn)溶劑溶質(zhì)分離的過(guò)程，該過(guò)程無(wú)相變發(fā)生，在海水以及苦咸水淡化、超純水制備等方面發(fā)揮著重要作用，通過(guò)反滲透法進(jìn)行海水淡化占全球新建海水淡化產(chǎn)能的50%以上。作為反滲透過(guò)程的核心，反滲透膜的研發(fā)及應(yīng)用正在進(jìn)行廣泛開(kāi)展。

目前，反滲透膜主要有三個(gè)發(fā)展階段：20世紀(jì)50年代Reid通過(guò)均質(zhì)醋酸纖維素（CA）制得最初的反滲透膜；20世紀(jì)60年代初的Loeb和Sourirajan用新的制膜工藝制得醋酸纖維素不對(duì)稱膜；1965年，Riley和Cadoffe等通過(guò)將致密皮層覆蓋在疏松的支撐層上制得了復(fù)合型反滲透膜。現(xiàn)如今使用范圍最廣的是復(fù)合型反滲透膜，廣泛應(yīng)用在水處理，醫(yī)藥及果汁濃縮等行業(yè)。

如今，芳香聚酰胺類反滲透膜是由界面聚合法生產(chǎn)的，是反滲透膜生產(chǎn)行業(yè)的主要產(chǎn)品。并且近幾年來(lái)，膜技術(shù)作為一門新興的行業(yè)，具有十分廣闊的應(yīng)用前景，也越來(lái)越受到全世界科研工作者的重視。

1 國(guó)內(nèi)外反滲透膜研究進(jìn)展

1.1 國(guó)外反滲透膜研究進(jìn)展

1975年，美國(guó)的杜邦公司制得了B-10型反滲透裝置用于海水脫鹽。1997年，日本沖繩使用卷式反滲透膜建成了4×104 m3/d的海水淡化廠。2006年，美國(guó)加州大學(xué)開(kāi)發(fā)出一種可用于海水淡化和廢水回收利用的新型反滲透膜，能夠大幅度降低生產(chǎn)成本。

1.2 國(guó)內(nèi)反滲透膜研究進(jìn)展

20世紀(jì)80年代后期，我國(guó)才開(kāi)始研究反滲透膜技術(shù)。到2008年左右，我國(guó)大陸地區(qū)的膜市場(chǎng)可達(dá)數(shù)十億元，但國(guó)產(chǎn)反滲透膜市場(chǎng)占有率僅有10%。與國(guó)外的膜企業(yè)相比有著很大的差距，特別是在復(fù)合型反滲透膜方面。

改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)在反滲透膜技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用領(lǐng)域取得了重大突破。Zhou等通過(guò)研究功能單體與膜性能的關(guān)系，為新型反滲透復(fù)合膜的研究工作提供了依據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)在功能單體中引入能與水分子形成氫鍵的功能團(tuán)、親水基團(tuán)、磺酸基等，能夠提高膜的截留率、水通量以及耐氯性和抗氧化性。曹艷霞等通過(guò)對(duì)反滲透膜表面進(jìn)行化學(xué)改性，發(fā)現(xiàn)反滲透膜的性能得到大幅度提高。

2 反滲透復(fù)合膜的制備

目前，通過(guò)界面聚合法制備反滲透膜功能層是反滲透膜的制備工藝中較為常見(jiàn)且十分有效的方法。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)生了聚合反應(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的作用。普遍一般采用的制膜方法是將支撐體（通常是超濾膜）用含有活潑單體（多元胺）的水溶液浸濕，然后將表面多余水相單體除去，晾干后再將此膜浸入另一個(gè)含有活潑單體（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功能層。由于含單體的兩相互不相溶，因此反應(yīng)只在兩相界面處發(fā)生，生成的功能層也很薄，從而使得復(fù)合膜的滲透性和選擇性都大幅度提升。

大多數(shù)反滲透膜是通過(guò)界面聚合法在多孔支撐層上形成活性薄層而制備的。界面聚合法常用的水相單體為二胺，有機(jī)相單體為酰氯。界面聚合法要求在短時(shí)間內(nèi)形成完整而致密的復(fù)合膜，采用多元胺（官能度≥2）和多元酰氯（官能度≥2）進(jìn)行反應(yīng)是最好的，兩種單體至少有一種為芳香族化合物。用于制備復(fù)合聚酰胺反滲透膜的多元胺種類很多，最常用的多元胺為間苯二胺（MPD）、鄰苯二胺（OPD）和對(duì)苯二胺（PPD）。均苯三甲酰氯（TMC）是最常用的酰氯。Liu等以聚砜為基膜，以間苯二胺（MPD）為水相單體，以5-異氰酸基-間苯二酰氯（ICIC）為有機(jī)相單體，采用界面聚合法制備了一種新型的反滲透復(fù)合膜。研究結(jié)果表明，ICIC-MPD反滲透復(fù)合膜的截留率和水通量?jī)?yōu)于傳統(tǒng)的TMC-MPD復(fù)合膜。

3 反滲透膜的改性

濃差極化和膜污染而引起膜的通量下降和截留率降低是反滲透膜在日常使用過(guò)程中最常見(jiàn)的兩大問(wèn)題。為了防止膜污染，可以在原料液中加入消毒劑以加速原料中的有機(jī)物質(zhì)的氧化分解。比較常用的消毒劑為含氯的氧化劑，而當(dāng)氯含量大于0.1mg/L時(shí)，又會(huì)對(duì)反滲透膜造成一定的損害。因此，對(duì)反滲透膜進(jìn)行改性可以提高膜通量、使膜截留率上升，而且可以提高膜的抗氯性和抗污染性。目前反滲透膜常用的改性方法有：化學(xué)改性、物理改性等。

3.1 化學(xué)改性

通過(guò)在反滲透復(fù)合膜表面進(jìn)行接枝親水性聚合物可以減小或弱化復(fù)合膜對(duì)有機(jī)物的吸附，從而使膜的抗污染性能得到提高。

Kang等研究了一種新的表面改性方法，即在薄層復(fù)合聚胺反滲透膜表面接枝親水性的聚乙二醇（PEG），以聚乙二醇（MPEG-NH2）為接枝單體進(jìn)行接枝反應(yīng)，并用ATR-FTIR、XPS、AFM對(duì)膜的性能進(jìn)行了表征。結(jié)果表明膜表面接枝PEG后，膜的抗污染性能得到提高。Freger等在復(fù)合反滲透膜表面接枝丙烯酸，結(jié)果表明接枝后在膜表面形成了一層親水聚合物；AFM照片顯示改性后的反滲透膜粗糙度降低，而膜表面粗糙度的降低可以減少雜質(zhì)顆粒對(duì)反滲透膜的污染。

3.2 物理改性

可以通過(guò)表面涂覆等處理方法對(duì)聚酰胺反滲透復(fù)合膜進(jìn)行物理改性。Freeman等提出在聚酰胺反滲透膜的表面涂覆一層聚多巴胺（PD），改性后的膜脫鹽率為99.1%，純水通量從8.6 L·m-2·h-1·atm-1降至7.0 L·m-2·h-1·atm-1，這種改性膜的優(yōu)勢(shì)在于抗污染性能的提高，在24 h抗油污實(shí)驗(yàn)中，膜通量從37.5 L·m-2·h-1·atm-1降至30 L·m-2·h-1·atm-1。此方法對(duì)超濾膜、微濾膜、納濾膜、反滲透膜等多種組件的抗污染性能都有一定程度的改善。

4 新式反滲透膜

近幾年來(lái)，碳納米管、石墨烯等新型碳材料因具有獨(dú)特的微結(jié)構(gòu)和物理、化學(xué)性質(zhì)而被越來(lái)越多地應(yīng)用于反滲透膜中。Mahurin等通過(guò)離子刻蝕法制備了孔徑在1nm左右的單層石墨烯膜，并以KCl溶液進(jìn)行了反滲透試驗(yàn)。該膜展現(xiàn)出了接近100%的脫鹽率，其中通量可達(dá)1000 L·m-2·h-1。該研究以單層石墨烯納米孔膜開(kāi)展反滲透應(yīng)用探索，展現(xiàn)了單層石墨烯反滲透膜強(qiáng)大的性能及應(yīng)用潛力，為單層石墨烯膜的實(shí)際應(yīng)用于反滲透技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。

截至目前為止，新型材料在反滲透膜上的研究仍停留在概念或模擬研究階段，缺少切實(shí)可行的成膜方法，因此，開(kāi)發(fā)出重復(fù)性高的成膜方法是新型反滲透膜研究的重點(diǎn)和方向。

參考文獻(xiàn)

[1]Mezher T， Fath H， Abbas Z， et al. Techno-Economic assessment and environmental impacts of desalination technologies[J].Desalination， 2011，266（1）： 263-273.

[2]李樹(shù)鋒，程博聞，劉恩華，鐘啟林，杜啟云.反滲透復(fù)合膜的研究制備[J].膜科學(xué)與技術(shù)，2009，29（2）：34-39.

[3]Chen G， Li S H， Zhang X S， Zhang S B. Interfacial polymerization of thin film nanocomposites： A new concept for reverse osmosis membranes[J].J Membr Sci， 2008，（310）：102- 109.

[4]曹艷霞，鄭國(guó)棟，徐記平，沈家瑞.反滲透膜的研究進(jìn)展[J].高分子材料科學(xué)與工程， 2004， 20（6）： 138-141.

[5]Liu L F， Yu S C， Zhou Y， Gao C J. Enhancement of chlorine resistance in carbon nanotube based nanocomposite reverse osmosis membranes[J].J Membr Sci，2006，281（1-2）：88-94.

[6]Huang X，Xu Z，Huang X，et al.Biomimetic surface modification on polyacrylonitrile-based asymmetric membranes via direct formation of phospholipid moieties[J]Polymer，2006，47（9）：3 141-3149.

收稿日期：2018-04-18

作者簡(jiǎn)介：華懷玉（1983-），男，本科，中級(jí)環(huán)保工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)保方向。