高分子分離膜如何淡化海水

【專家解說】：由聚合物或高分子復合材料制得的具有分離流體混合物功能的薄膜。膜分離過程就是用分離膜作間隔層，在壓力差、濃度差或電位差的推動力下，借流體混合物中各組分透過膜的速率不同，使之在膜的兩側分別富集，以達到分離、精制、濃縮及回收利用的目的。單位時間內流體通過膜的量（透過速度）、不同物質透過系數(shù)之比（分離系數(shù)）或對某種物質的截留率是衡量膜性能的重要指標。分離膜只有組裝成膜分離器，構成膜分離系統(tǒng)才能進行實用性的物質分離過程。一般有平膜式、管膜式、卷膜式和中空纖維膜式分離裝置。 [編輯本段]沿革 早在20世紀初已有用天然高分子或其衍生物制透析、電滲析、微孔過濾膜。1953年，美國C.E.里德提出了用致密的醋酸纖維素制的膜將海水分離為水和鹽，當時由于水的透過速度極小而未能實用。1960年S.洛布和S.索里拉金成功地開發(fā)了各向異性的不對稱膜的制備方法。由于起分離作用的活性層極薄，流體通過膜的阻力小，從而開拓了高分子分離膜在工業(yè)上的應用。之后出現(xiàn)了中空纖維膜，使高分子分離膜更適于工業(yè)用途。70年代以來，氣體分離膜、透過蒸發(fā)膜、液體膜以及生物醫(yī)學用膜的研究，開拓了高分子分離膜應用新領域。 [編輯本段]分類 高分子分離膜可按結構分為:①致密膜，膜中無微孔，物質僅從高分子鏈段之間的自由空間通過；②多孔質膜，一般膜中含有孔徑為0.02～20μm的微孔，可用于截留膠體粒子、細菌、高分子量物質粒子等；③不對稱膜，由同一種高分子材料制成，膜的表面層與膜的內部結構不相同，表面層為0.1～0.25μm薄的活性層，內部為較厚的多孔層;④含浸型膜，在高分子多孔質膜上含浸有載體而形成的促進輸送膜和含有官能基團的膜，如離子交換膜；⑤增強膜，以纖維織物或其他方式增強的膜。 按膜的分離特性和應用角度可分為反滲透膜（或稱逆滲透膜）、超過濾膜、微孔過濾膜、氣體分離膜、離子交換膜、有機液體透過蒸發(fā)膜、動力形成膜、鑲嵌帶電膜、液體膜、透析膜、生物醫(yī)學用膜等多種類別。 [編輯本段]主要材料 最初用作分離膜的高分子材料是纖維素酯類材料。后來，又逐漸采用了具有各種不同特性的聚砜、聚苯醚、芳香族聚酰胺(見芳香族聚酰胺纖維)、聚四氟乙烯（見氟樹脂）、聚丙烯、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚苯并咪唑、聚酰亞胺等。高分子共混物和嵌段、接枝共聚物（見聚合物）也越來越多地被用于制分離膜，使其具有單一均聚物所沒有的特性。制備高分子分離膜的方法有流延法、不良溶劑凝膠法、微粉燒結法、直接聚合法、表面涂覆法、控制拉伸法、輻射化學侵蝕法和中空纖維紡絲法等。 [編輯本段]應用 對近沸點混合物、共沸混合物、異構體混合物等難以分離的混合物體系，以及某些熱敏性物質，能夠實現(xiàn)有效的分離。采用反滲透法進行海水淡化所需能量僅為冷凍法的1／2，蒸發(fā)法的1／17，操作簡單，成本低廉。因此，反滲透法有逐漸取代多級閃蒸法的趨勢（見表）。膜分離用于濃縮天然果汁、乳制品加工、釀酒等食品工業(yè)中，因無需加熱，可保持食品原有的風味。采用高分子富氧膜能簡便地獲得富氧空氣，以用于醫(yī)療。還可用于制備電子工業(yè)用超純水和無菌醫(yī)藥用超純水。用分離膜裝配的人工腎、人工肺，能凈化血液，治療腎功能不全患者以及作手術用人工心肺機中的氧合器等。80年代以來，高分子分離膜正在向高效率、高選擇性、功能復合化及形式多樣化的方向發(fā)展。不對稱膜和復合膜的制備以及聚合物材料的超薄膜化等的研究十分活躍。膜分離技術在新能源、生物工程、化工新技術等方面已顯示出它的潛力。