反滲透膜的研究進(jìn)展與展望

張雨山，魏楊楊，曹　震，張慧峰，姚　穎

(國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所，天津300192)

水資源短缺已經(jīng)成為制約經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的瓶頸問題，海水、苦咸水淡化是緩解水資源短缺問題的重要途徑［1］。反滲透(Reverse osmosis，RO)是以半透膜兩側(cè)壓力差為推動力，使溶劑選擇透過膜而實現(xiàn)溶劑溶質(zhì)分離的過程，不涉及相變、能耗低，在海水苦咸水淡化、超純水制備等方面發(fā)揮著重要作用［2-4］，反滲透法海水淡化占全球新建海水淡化產(chǎn)能的50%以上［5-6］。作為反滲透過程的核心，反滲透膜的研制得到廣泛開展。20世紀(jì)60年代問世的第1張反滲透膜為非對稱醋酸纖維素(CA)膜，具有較高的脫鹽率和水通量，但存在易水解和生物降解問題。20世紀(jì)80年代，薄層復(fù)合芳香聚酰胺類反滲透膜研制成功，解決了醋酸纖維素膜易水解和生物降解的問題，促進(jìn)了反滲透膜走向商業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用。迄今，界面聚合法生產(chǎn)的芳香聚酰胺類反滲透膜仍是反滲透膜市場的主流產(chǎn)品。近年來，為進(jìn)一步提升膜性能，新型成膜聚合反應(yīng)單體和膜后處理技術(shù)的研究得到重視。石墨烯、碳納米管、分子篩/類分子篩等新型材料在反滲透脫鹽過程的機(jī)理和應(yīng)用研究也成為反滲透膜研究的新方向，并展現(xiàn)出優(yōu)異的脫鹽性能，有望成為新一代高性能反滲透膜產(chǎn)品。

本論文簡要介紹了反滲透膜的發(fā)展歷程，比較了目前商業(yè)化反滲透產(chǎn)品的基本性能，通過總結(jié)分析不同聚合反應(yīng)單體制備反滲透膜、基于聚酰胺的混合基質(zhì)膜成膜反應(yīng)與膜性能，綜述了芳香聚酰胺類反滲透膜研究進(jìn)展。結(jié)合分子篩、石墨烯和碳納米管等材料科學(xué)研究進(jìn)展，介紹了相關(guān)材料用于水溶液脫鹽的研究情況，最后提出了反滲透膜的研究方向。

1　反滲透膜的基本發(fā)展過程

1960年，Loeb和Sourirajan等制備了世界上第1 張脫鹽率達(dá) 98.6%、通量為 10.8 L·m－2·h－1(10.1 MPa)的非對稱醋酸纖維素反滲透膜，為反滲透膜技術(shù)從實驗室理論研究走向工業(yè)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)［7］。1980年，Cadotte等通過界面聚合法制備反滲透膜，利用間苯二胺(MPD)和均苯三甲酰氯(TMC)在不互溶的相際界面發(fā)生的縮聚反應(yīng)，在聚砜基體上制備了高性能的FT-30復(fù)合膜，脫鹽率達(dá)到99%，水通量為 1 m3·d－1·m－2，這種膜及其制備方法大力推動了復(fù)合膜的設(shè)計和研發(fā)，實現(xiàn)了反滲透復(fù)合膜的商品化［8-9］。就聚酰胺及其相關(guān)聚合物而言，既可制備非對稱結(jié)構(gòu)的反滲透膜，也可以通過界面聚合法制備薄層復(fù)合結(jié)構(gòu)的膜(Thin film composite membrane，TFC)。TFC膜主要由多孔支撐層和超薄致密層構(gòu)成，起分離作用的致密層通過多元胺和多元酰氯(或異氰酸酯)的界面聚合反應(yīng)而得［10］。為提高選擇透過性、成膜交聯(lián)度和機(jī)械強度，兩種單體中應(yīng)有一個單體的官能度大于2，側(cè)鏈基團(tuán)帶有芳香基團(tuán)［11］。

近年來，雖然反滲透膜的研究與開發(fā)得到廣泛開展，但商業(yè)化的膜材料，仍以醋酸纖維素(CA)和聚酰胺(PA)為主。醋酸纖維素膜具有較好的親水性、低蛋白吸附特性、較高的機(jī)械強度、制備工藝簡單、價格低廉［12-13］，但應(yīng)用pH值范圍窄、耐熱性差、易于發(fā)生化學(xué)和生物降解［14］，目前市場上的醋酸纖維素反滲透膜產(chǎn)品主要由日本東洋紡提供。芳香聚酰胺膜具有脫鹽率高、通量大、操作壓力低、耐生物降解等優(yōu)點，占據(jù)了反滲透膜市場的主流地位。表1為國內(nèi)外各廠家主流反滲透膜產(chǎn)品性能對比。從中可見，我國反滲透膜產(chǎn)品在脫鹽率和水通量指標(biāo)上與國外產(chǎn)品存在較大差距。

表1　國內(nèi)外反滲透膜制膜廠商海水淡化脫鹽膜性能對比Table 1　Comparison of desalination performance of reverse osmosis membranes from various membrane manufacturers

2　新型聚酰胺反滲透膜研究進(jìn)展

反滲透膜主要通過膜的脫鹽率、水通量和耐氯抗污染性能等指標(biāo)進(jìn)行考量［15］。脫鹽率是決定反滲透膜應(yīng)用可行性的關(guān)鍵指標(biāo);提高膜的水通量則能夠降低壓力能耗、操作成本和膜清洗成本;提高膜的耐氯及抗污染性能可以提升膜的穩(wěn)定性能，延長膜的使用壽命，降低處理及清洗成本。聚酰胺反滲透膜通過氨基基團(tuán)(R-NH2)和酰氯基團(tuán)(R’-COCl)縮聚脫除HCl制備。單體側(cè)鏈基團(tuán)的多樣性和理論上的可修飾性為膜的結(jié)構(gòu)和性能調(diào)變提供了空間。近年來，圍繞提高反滲透膜的脫鹽率和水通量、改善耐污染性能，通過應(yīng)用多種聚合反應(yīng)單體、改進(jìn)成膜后處理方法，對聚酰胺反滲透膜進(jìn)行了大量相關(guān)研究。

2.1　采用不同反應(yīng)單體的反滲透膜制備

采用不同聚合單體進(jìn)行聚合反應(yīng)是改進(jìn)聚酰胺反滲透復(fù)合膜性能的重要方法。目前采用的水相單體主要包括苯二胺及其衍生物，以及合成的新型多元胺等，常用的單體有MPD、鄰苯二胺(OPD)和對苯二胺(PPD)［16］。常用的有機(jī)相單體通常為苯多酰氯，主要是TMC。依托氨基與酰氯基團(tuán)的反應(yīng)原理，開發(fā)出一系列芳香胺及衍生物和芳香酰氯作為新型的界面聚合反應(yīng)單體。通過引入不同的官能團(tuán)，提高了反滲透膜的性能。

Zhang等［17］合成了磺化聚芳醚砜(SPES-NH2)，將其和MPD共同作為水相單體與TMC進(jìn)行界面聚合成膜，膜通量提高到 51.2 L·m－2·h－1，脫鹽率僅下降1.5%。Zhang等分析得出高分子鏈中的親水性磺酸基團(tuán)提高了膜的親水性，是通量提高的根本原因。而該膜的高脫鹽率則歸因于聚合的高交聯(lián)度和剛性聚合物鏈。Gao等［18］合成了有機(jī)相單體5-異氰酸酯-異肽酰氯(ICIC)，制備得到ICIC/MPD聚酰胺脲反滲透膜，通量為 37.5 L·m－2·h－1，脫鹽率約為98.5%，對于腐殖酸、二氧化硅膠體、碳酸鈣及微生物等污染物的抗污染性能均高于普通聚酰胺反滲透膜。Gao等［19］分析得出膜的抗污性能提高與膜的高光滑度相關(guān)，這是由于污染物在光滑膜上的沉積厚度一般較低。此外，Gao等還總結(jié)得到在一定范圍內(nèi)，脫鹽率與ICIC濃度、兩相單體接觸反應(yīng)時間成正比［20］。

Zhang等［21］合成含3個—NH2基團(tuán)的水相單體3，5-二氨基-N-(4-氨苯基基)-苯甲酰胺(DABA)，與MPD一起同TMC發(fā)生界面聚合，制備得到高水通量(55.4 L·m－2·h－1)、高脫鹽率(98.1%)的聚酰胺反滲透膜。DABA的引入提高了氨基數(shù)量，進(jìn)而提高了膜的交聯(lián)度，在后續(xù)的界面聚合過程中抑制了氨基向有機(jī)相的擴(kuò)散，導(dǎo)致更多酰氯發(fā)生水解，增強了膜的親水性，因此膜的水通量提高。

就聚合單體對聚酰胺反滲透膜的耐污性能的影響，很多研究者也進(jìn)行了總結(jié)。Konagaya等［22］發(fā)現(xiàn)芳香二胺的—NH2基團(tuán)鄰位含有1個—Cl或—CH3取代基時，耐氯性能會提升。Gao等［23］合成了新型水相單體4-甲基-間苯二胺(MMPD)和有機(jī)相單體l，3，5-環(huán)己烷三甲酰氯(HTC)并制備成膜。其中單體MMPD分子中—NH2基團(tuán)鄰位含有—CH3取代基，提升了反滲透膜的耐氯性能，單體HTC分子因具有靈活的構(gòu)象，增大了自由體積，提高了反滲透膜的水通量。

表2為部分研究者采用的不同水相單體和有機(jī)相單體及其成膜后的膜性能。采用新型反應(yīng)單體聚合成膜，對膜結(jié)構(gòu)和性能調(diào)控是一種從根本上改進(jìn)聚酰胺反滲透復(fù)合膜性能的方法。然而反應(yīng)單體性質(zhì)與反滲透膜性能的關(guān)系尚需深入研究，此外新單體的設(shè)計與合成也具有一定難度，已商業(yè)化的反滲透膜仍然由常用的MPD和TMC制備。

2.2　芳香聚酰胺膜改性處理

聚酰胺膜一般具有高度交聯(lián)的結(jié)構(gòu)，通常親水性較弱，耐氯、耐污性能也仍需改進(jìn)。但新型反應(yīng)單體合成難度較大，促使研究者們采取其他方法提升TFC膜的性能。聚酰胺反滲透復(fù)合膜表面具有很多負(fù)電官能團(tuán)，同時還剩余部分未交聯(lián)基團(tuán)，這些都可以作為改性位點，為膜的改性提供了可能。膜改性還可以通過將具有耐污、親水等功能的物質(zhì)物理摻雜進(jìn)膜的功能層或者薄層涂覆、層層自組裝在膜的表面。因此改性處理的方式可對聚酰胺膜進(jìn)行修飾，提高膜性能。表3中列舉了一些有代表性的改性手段及膜性能。

2.2.1化學(xué)改性

化學(xué)改性主要包括對反滲透膜表面進(jìn)行接枝改性、在界面聚合過程中加入添加劑或共溶劑等。其中接枝改性是商業(yè)化反滲透膜常用改性方法，既能調(diào)控表面性質(zhì)又不破壞膜內(nèi)部結(jié)構(gòu)。一般通過化學(xué)耦合［33］、紫外線［34］或者等離子體［35］等手段，將聚合物接枝到聚酰胺反滲透復(fù)合膜的表面，在提升膜的抗污性能等方面具有極大潛力。然而這類手段通常需要復(fù)雜的操作儀器或反應(yīng)條件，造價一般較高。Yuan等［36］提出一種簡單的接枝手段，通過引入氨基聚乙二醇單甲醚(MPEG-NH2)，在膜表面接枝PEG鏈，提高了膜表面的親水性，耐污實驗后膜的通量降低20%，高于改性前膜的耐污性(降低30%～35%)。Yuan等也分析MPEG-NH2改性膜的粗糙度仍較高，為污染物的沉積提供了大量位點，這一指標(biāo)與膜的抗污染性能直接相關(guān)。Zhai等［37］以次氯酸鈉對膜表面進(jìn)行后處理，使膜表面部分氧化，交聯(lián)度降低、電負(fù)性增強，膜通量及脫鹽率均獲得提高。Wang等［38］通過 3-烯丙基-5，5-二甲基乙內(nèi)酰脲(ADMH)與膜表面殘余酰氯的自由基聚合完成對膜的接枝改性，改性后親水性增強，通量也增強(167.0～184.5 L·m－2·h－1)，而耐氯性能和耐生物污染性能都高于改性前膜的性能。ADMH接枝鏈上，與N原子相鄰的a-碳上有2個給電子甲基，使得N—H鍵與自由氯的反應(yīng)活性高于未改性膜聚酰胺鏈中的N—H鍵，因此ADMH改性膜的耐氯性能歸因于ADMH接枝鏈上的N—H鍵的優(yōu)先犧牲作用。而ADMH改性膜的抗菌性能則歸因于其在氯化處理后能夠產(chǎn)生更多數(shù)量的強抗菌基團(tuán)N-Cl，60 h抗菌實驗后，改性膜和未改性膜的通量分別降低9.33%和30.84%，改性膜上的細(xì)菌聚落也更少，且膜上的細(xì)菌清洗僅需10 min。ADMH接枝改性膜的報道揭示了膜所帶基團(tuán)性質(zhì)與耐氯、耐生物污染性能的關(guān)系，即為膜添加給電子基團(tuán)能夠提升膜的耐污性能。

表2　新型水相/有機(jī)相單體制備的反滲透膜及膜性能Table 2　Performance of RO membranes synthesized from different monomers

研究者們還嘗試通過聚酰胺反滲透復(fù)合膜聚合過程中加入添加劑或共溶劑，調(diào)控膜性能。Gill等［39］用乙醇、異丙醇、氫氟酸和鹽酸處理聚酰胺反滲透復(fù)合膜。分別使用50%乙醇、20%硫酸、100%的2-丙醇或49%HF水溶液處理膜時，通量均顯著提升，脫鹽率不變;而用70%硝酸水溶液處理膜時，通量雖然從 5 L·m－2·h－1提高到 65 L·m－2·h－1，但是脫鹽率下降很多，因為膜發(fā)生了水解;此外，Gill等還采用三元溶劑法，用5%酸+50%醇+45%水處理膜，通量從 10 L·m－2·h－1提高到 42 L·m－2·h－1，脫鹽率基本不變。Zhao等［40-42］將鄰苯氨基苯甲酸三乙胺鹽、2-(2-羥乙基)吡啶，以及4-(2-羥乙基)嗎啉等幾種親水性鹽分別添加到水相中與TMC進(jìn)行反應(yīng)，降低膜交聯(lián)度、增加膜內(nèi)水分子自由體積制備反滲透膜，膜通量達(dá)到 88.3 L·m－2·h－1，脫鹽率降至98.2%。在界面聚合過程中加入添加劑或共溶劑的方法為膜通量的簡單、快速提高提供了較全面的理論和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.2.2物理改性

聚酰胺反滲透復(fù)合膜的物理改性主要包括表面涂覆等處理方法。Freeman等［43］提出在聚酰胺反滲透膜外涂覆一層聚多巴胺(PD)，改性后脫鹽率變化不大，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)勢在于抗污性能的提高，在24 h抗油污實驗中，膜通量從37.5 L·m－2·h－1·atm－1降至 30 L·m－2·h－1·atm－1，而改性前的膜通量則從 31.5 L·m－2·h－1·atm－1降至22.5 L·m－2·h－1·atm－1。該方法對超濾膜、微濾膜、納濾膜、反滲透膜等多種組件的抗污性能都有一定程度的改善。表3中列入了相關(guān)物理改性方法和改性后的膜性能。

表3　改性手段及其膜性能Table 3　Modification and membranes performance

3　混合基質(zhì)反滲透膜(Mixed matrix membranes)

在聚酰胺反滲透膜的物理改性中，許多方法造成膜厚度變大。這一變化一般會提高脫鹽率或增強耐污性，但是也會導(dǎo)致膜厚引起的通量下降，即出現(xiàn)通量-脫鹽率的此消彼長現(xiàn)象(trade-off關(guān)系)。為解決這一問題，研究者們在芳香聚酰胺膜基質(zhì)中，引入新型無機(jī)/有機(jī)納米粒子等，形成所謂的混合基質(zhì)膜，以增強膜與水的親和作用、提高成膜后的自由體積，甚至利用納米粒子的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特征，建立有序水通道，提升膜的通量、截留率、耐污性能。常用的混合填料(filler)主要有納米石墨烯、碳納米管、分子篩、金屬納米粒子等。

無機(jī)納米粒子，如金、銀、銅、氧化銅、氧化鋅、二氧化鈦等，在耐生物污染方面具有巨大的潛力，將其摻雜進(jìn)芳香聚酰胺反滲透膜中，可提高膜的抗菌抗污性能。Liu等［44］將羧化多壁碳納米管(MWNTs)摻雜進(jìn)入聚砜支撐膜中，然后在芳香聚酰胺界面聚合中又引入納米Ag無機(jī)粒子。當(dāng)MWNTs和Ag比例(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為5%和10%時，水通量分別提高23%和20%。膜的抗污性能比改性前顯著提高，是因為Ag納米粒子的存在。水通量的提高歸因于羧化MWNTs的表面親水性，以及MWNTs的納米孔和Ag納米粒子形成的水?dāng)U散通道作用。Dong等［45］將直徑150 nm的NaY沸石添加到界面聚合的水相中，水通量提高近1倍，鹽截留率稍許提升。Hee-Ro等［46］將氧化石墨烯分散到水相制備反滲透膜，在維持截留率99.3%基本不變的條件下獲得的反滲透膜能夠耐生物污染，水通量較原膜提升80%。

近年來，混合基質(zhì)膜已經(jīng)逐步成為新型反滲透膜研究的重要方向。但在納米粒子與基膜相互作用、水鹽傳遞機(jī)制等方面仍需進(jìn)行深入研究，特別是納米粒子在成膜過程中的分散性問題、膜中的取向排布、長期應(yīng)用條件下膜結(jié)構(gòu)演變規(guī)律是需要解決的關(guān)鍵問題。如有研究向制膜過程中添加復(fù)雜昂貴的納米銀、納米沸石以及納米二氧化硅等多孔材料［47-49］，通過這些非結(jié)合性添加劑調(diào)節(jié)膜結(jié)構(gòu)、增加水在膜內(nèi)部流通的自由體積以獲得較大水通量。但其方法復(fù)雜成本較高，添加物與聚合物基之間易產(chǎn)生缺陷，添加物有在使用中脫落的可能，且NaA分子篩晶體結(jié)構(gòu)在酸性條件下易被破壞，使膜性能大幅下降［50］。其他混合基質(zhì)膜成膜作用和膜性能列于表3。

4　無機(jī)分子篩反滲透膜

聚酰胺類和醋酸纖維素類反滲透膜均屬有機(jī)高分子膜，在高壓下操作會產(chǎn)生壓實效應(yīng)，水通量降低，難以恢復(fù);在高溫高油等特殊水處理條件下難以有效應(yīng)用。近年來，分子篩膜在水溶液脫鹽過程中的研究得到開展。分子篩是由硅鋁酸鹽取向生長而成的多孔性晶體材料，具有規(guī)整的孔道結(jié)構(gòu)和良好的熱穩(wěn)定性、機(jī)械穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，可以耐高溫、高壓和有機(jī)溶劑。應(yīng)用于海水脫鹽，有望降低原料預(yù)處理要求，便于膜污染清洗和高壓操作，適用于高有機(jī)物含量、高溫廢水的處理。

2000年，Kumakiri等［51］首次利用 NaA 型分子篩膜對乙醇-水體系進(jìn)行反滲透濃縮處理。2001年，Lin等［52］模擬了NaCl溶液在純硅ZK-4型分子篩膜中的擴(kuò)散行為。在ZK-4孔道(0.42 nm)的篩分作用下，水合Na+(0.8～1.1 nm)的截留率達(dá)到100%。為分子篩膜反滲透過程水溶液脫鹽的可行性提供了理論支持。2004年，Dong等［53］利用純硅MFI(Silicalite-1)型分子篩膜對0.1 mol/L NaCl溶液進(jìn)行了反滲透脫鹽試驗。在2.07 MPa下，Na+截留率達(dá)到76.7%，證明了MFI型分子篩膜在反滲透水溶液脫鹽的可行性。隨后用于水溶液體系脫鹽的分子篩膜制備及應(yīng)用研究得到開展。用于水溶液脫鹽的分子篩構(gòu)型從 MFI型拓展到 SOD［54-55］、LTA［56］、FAU［57］、EMT［58］、HEU［59］等結(jié)構(gòu)類型，所采用的脫鹽過程包括反滲透和滲透汽化(Pervaporation，PV)。制膜方法包括原位合成、二次生長等方法。MFI型膜厚度最低降到 0.7 μm［60］，水通量和截留效果得到了顯著提高。骨架中引入鋁原子的ZSM-5分子篩膜，在Si/Al比為50的條件下，最高通量達(dá)到 10.2 L·m－2·h－1，截留率達(dá)99.4%［61］。特定條件下分子篩膜的滲透能力與商用聚合物反滲透膜在同一數(shù)量級［62］。基于膜組成、料液性質(zhì)對傳遞過程的影響，提出了離子在分子篩膜孔道中的傳遞受尺寸篩分/靜電排斥/表面吸附聯(lián)合控制的機(jī)理。水分子在膜中的傳遞機(jī)理為活化傳遞過程，還受膜表面電荷和孔道吸附離子的極化作用影響［53，63-65］。利用無機(jī)分子篩膜對煤層甲烷氣產(chǎn)水［60，66］、含有低濃度放射性物質(zhì)的廢水［67］、CO2捕集完成液［57］、海水脫鹽［68-69］和重金屬廢水脫鹽［70］等體系進(jìn)行了濃縮處理，取得了較好的效果。氯氣和雙氧水等廉價氧化劑可有效清除膜污染，恢復(fù)分離性能，證明了分子篩膜優(yōu)異的化學(xué)物理穩(wěn)定性［60］。

盡管取得上述研究進(jìn)展，但分子篩膜仍然存在一些缺陷。分子篩膜形成過程極為復(fù)雜，典型制膜過程包括結(jié)晶成核和晶體生長兩個部分，成膜質(zhì)量受到載體質(zhì)量、生長液濃度和配比、溶膠凝膠條件、水熱合成條件和模板劑種類等諸多因素影響，合成條件的微小變化就有可能造成晶體的不完全生長，產(chǎn)生晶間缺陷。特別是在脫除模板劑的高溫處理過程中，分子篩膜層和載體熱膨脹產(chǎn)生熱應(yīng)力梯度，直接導(dǎo)致非晶孔的大量出現(xiàn)，晶間缺陷降低了膜的截留效果。待處理水溶液離子強度較高時，覆蓋晶間缺陷的雙電層厚度減小，離子的截留率下降。大部分分子篩反滲透處理的料液濃度在0.1 mol/L以下。反滲透處理海水等高濃度料液時，截留率最高僅為73%［71］。目前分子篩膜的截留效果還處于與納濾膜相當(dāng)?shù)乃剑瑹o缺陷或少缺陷的分子篩膜制備方法尚需深入研究。

5　其他新型反滲透材料

近年來，碳納米管、石墨烯等新型碳材料因具有獨特的微結(jié)構(gòu)和獨特的物理、化學(xué)性質(zhì)而被越來越多地應(yīng)用于反滲透膜中。基于碳納米管、石墨烯等新型膜材料的水鹽體系分離也得到了初步研究，顯示出不同于傳統(tǒng)流體在孔道內(nèi)的傳遞行為，滲透通量較之Knudsen擴(kuò)散和黏性流機(jī)制，高出若干個數(shù)量級［72-73］。Mahurin 等［74］通過氧等離子刻蝕法制備了孔徑在1 nm左右的單層石墨烯膜，并以KCl溶液進(jìn)行了反滲透試驗。該膜展現(xiàn)出接近100%的脫鹽率和極快的水透過速率，通量可達(dá)1 000 L·m－2·h－1。該研究以單層石墨烯納米孔膜開展反滲透應(yīng)用探索，展現(xiàn)了單層石墨烯反滲透膜強大的性能及應(yīng)用潛力，為單層石墨烯膜實際應(yīng)用于反滲透技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。沸石咪唑酯是近年來發(fā)展起來的新型類分子篩骨架材料，具有豐富的結(jié)構(gòu)特征和表面性質(zhì)的可調(diào)變性。Jiang等［75］利用分子模擬方法，模擬了具有SOD構(gòu)型的ZIF-8膜脫鹽過程。結(jié)果顯示基于在離子水平上的分離，完整的ZIF-8結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了對水溶液中鈉離子的100%截留，并表現(xiàn)出極高的水通量。為ZIF膜在海水脫鹽過程的研究提供了理論支撐。

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。就多數(shù)材料而言，缺少可行的成膜方法，開發(fā)便利、重復(fù)性高的成膜方法和水鹽體系分離實驗研究是新型反滲透膜材料研究的重點。

6　反滲透膜未來研究方向和展望

在反滲透膜基礎(chǔ)研究層面，如何通過材料特性的設(shè)計與調(diào)控，突破反滲透膜脫鹽率與水通量的相互制約關(guān)系仍需深入探討，主要包括:1)成膜反應(yīng)單體性質(zhì)與膜結(jié)構(gòu)和膜性能的關(guān)系，新型反應(yīng)單體的設(shè)計與合成。2)混合基質(zhì)膜中添加的一維及二維材料的取向排布方法，建立有效水通道。3)解決有機(jī)/無機(jī)納米粒子在界面聚合反應(yīng)中的分散性問題，使得粒子的加入對膜分離性能和通量起到提高作用。4)無機(jī)材料性質(zhì)及復(fù)合有機(jī)/無機(jī)納米粒子對反滲透復(fù)合膜結(jié)構(gòu)、分離性能的影響機(jī)制及膜傳遞機(jī)理的規(guī)律性、機(jī)理性認(rèn)識。5)各種新型反滲透膜的構(gòu)效關(guān)系，長期應(yīng)用條件下的膜性能的演變規(guī)律的研究也有待開展。

反滲透膜在水處理和海水苦咸水淡化方面發(fā)揮了重要作用，隨著我國最嚴(yán)格“水十條”的實施，可以預(yù)見反滲透水處理技術(shù)和新型反滲透膜研制將迎來新的發(fā)展機(jī)遇。在商品化反滲透膜方面，我國與國外產(chǎn)品性能差距較大。可能的原因是缺乏對規(guī)模化連續(xù)生產(chǎn)條件下成膜反應(yīng)-膜結(jié)構(gòu)-膜效能關(guān)系的充分認(rèn)識。開展成膜反應(yīng)機(jī)制與膜性能調(diào)控研究、連續(xù)化成膜條件控制與膜結(jié)構(gòu)關(guān)系、膜產(chǎn)品應(yīng)用性能評價等將是規(guī)模化反滲透膜研究的方向。

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