慧聪水工业网 天气转变和全球工农业的迅速生长使得淡水资源缺乏的问题日益严重，，，，，，据联合国统计，，，，，，现在全球至少有10亿人正面临着淡水资源的危唬；；，，，，，，2025年，，，，，，这个数字将会是18亿?中国更是云云，，，，，，中国生齿占全球的20%，，，，，，可是淡水供应量仅占全球供应量的6%?因此，，，，，，怎样应对全球水资源缺乏的问题已经成为全人类配合关注的紧迫的问题?

在全球水资源组成中，，，，，，海水占有全球水资源的97%以上，，，，，，而淡水资源仅仅占不到3%?因此能够把海水转换为人类可应用淡水的海水淡化手艺为解决全球水资源危唬；；峁┝艘恢趾苁怯星绷Φ囊?

海水淡化手艺主要分为两大类:基于热的海水淡化手艺(热法)和基于膜的海水淡化手艺(膜法)?热法海水淡化手艺主要有多级闪蒸(MSF)多效蒸馏(MED)和气相压缩蒸馏(VCD);膜法海水淡化手艺主要有反渗透RO和纳滤NF和碟管式反渗透手艺(DTRO)?相关于热法而言，，，，，，膜海水淡化手艺由于结构稳固?疏散性能好等优点已经成为海水淡化领域的主流手艺?

海水淡化反渗透膜主要有两种：醋酸纤维素膜和聚酰胺复合反渗透膜?20世纪60年月加利福尼亚大学洛杉矶分校(UCLA)的Loeb和Sourirsjan发明了醋酸纤维素膜并乐成应用于海水淡化?醋酸纤维素膜一经在海水淡化领域施展很是大的作用直到80年月Cadotte发明了聚酰胺复合反渗透膜?这是一种使用界面聚合(一样平常以间苯二胺和均苯三甲酰氯为聚合单体)在聚砜超滤膜上制备一层聚酰胺疏散层的要领制备的复合膜?聚酰胺复合反渗透膜由3层组成:厚度~120μm无纺布物理支持层厚度40μm的聚砜超滤膜中心层200nm的聚酰胺疏散层?这种膜的一个最大的优势就是3层膜都可以举行微结构的调控实现差别的性能?现在聚酰胺复合反渗透膜已经成为膜法海水淡化的主流膜，，，，，，全球膜法海水淡化工厂大部分都是接纳聚酰胺复合反渗透膜?

膜手艺立异是现在影响海水淡化反渗透工程的一个焦点因素，，，，，，作为反渗透海水淡化工程的焦点，，，，，，膜的性能直接影响整个工程的本钱和产品水的性能，，，，，，因此膜手艺的立异对海水淡化手艺的普及具有很是主要的意义?

聚酰胺复合反渗透膜现在主要面临三个方面的问题:首先，，，，，，相关于其它的过滤膜，，，，，，聚酰胺复合反渗透膜的运行压力是最高的(用于海水淡化的运行压力一样平常5MPa)，，，，，，高的运行压力必定带来高的能耗，，，，，，这也是导致淡化水价钱高于通俗水的最主要缘故原由;其次，，，，，，原水中的污染物(如胶体、无机固体、有机物、细菌等)很容易沉积在膜的外貌形成污染层，，，，，，从而造成膜外貌的污染，，，，，，污染后的膜需要举行按期地洗濯，，，，，，进一步提高其使用本钱;第三，，，，，，反渗透海水淡化工程中往往需要使用活性氯对进水举行消毒处置惩罚，，，，，，可是聚酰胺的酰胺键是不耐活性氯的，，，，，，因此在活性氯的攻击下酰胺键会剖析，，，，，，从而导致聚酰胺疏散膜的破损影响其疏散性能?以是聚酰胺复合反渗透膜手艺的立异也主要围绕这三个方面:低压、低能耗、聚酰胺复合反渗透膜、抗污染复合反渗透膜及抗氧化复合反渗透膜?

1、低压、低能耗聚酰胺复合反渗透膜

海水淡化需要消耗大宗的能源，，，，，，因此淡化水的本钱很是高，，，，，，以是初期海水淡化手艺主要集中在富油国使用，，，，，，像中东、以色列等地区，，，，，，这些地区的淡水资源很缺乏但能源较量廉价?可是在其它地区，，，，，，高能耗严重限制了海水淡化的市场化和普及?以是人们通过种种途径来降低淡化水的本钱?如开发能量再生装备，，，，，，优化海水淡化装备，，，，，，从而降低其本钱?这种要领在海水淡化大宗应用的初期一经起到了很是有用的作用，，，，，，例如淡化水的价钱从1992年的1.50美元降低到了2002年的0.50美元?

开发高通量新型反渗透膜是近年来研究的一个热门?如纳米纤维膜支持聚酰胺复合膜，，，，，，可是这种膜还只是局限在实验室阶段?另一种要领就是聚酰胺复合反渗透膜活性层中掺杂无机纳米颗粒?无机纳米颗粒在活性层中的掺杂，，，，，，能够调控聚酰胺活性层的网络结构，，，，，，从而调控其疏散性能?另一方面，，，，，，特殊的无机纳米颗粒，，，，，，如NaA型分子筛其孔径尺寸介于水分子和水合Na+尺寸之间，，，，，，因而能够优先允许水分子通过而有用截留Na+?以是，，，，，，无机纳米颗粒的掺杂可以在坚持盐离子截留率的条件下有用地提高膜的通量，，，，，，因而能够在相同的操作条件下有用提高产水量，，，，，，从而降低膜的能耗和本钱?TiO2、Al2O3、SiO2、分子筛纳米颗粒等都已经被用于举行聚酰胺复合膜的掺杂?其中，，，，，，分子筛纳米颗粒以NaA型分子筛纳米颗粒为主要代表的掺杂，，，，，，是应用最普遍并且已经被商业化的一种要领?

美国NanoH2O公司使用加利福尼亚大学洛杉矶分校的Hoek教授的专利手艺，，，，，，将无机纳米颗粒掺杂到聚酰胺复合反渗透膜的活性层中，，，，，，开发出了高通量聚酰胺复合反渗透膜产品—QuantumFlux反渗透膜产品?这种反渗透膜的通量能够提高50%以上，，，，，，从而能使得这种新型薄膜的能耗降低20%，，，，，，并且预计在2020年前将淡化水价钱降低1/3?事实上，，，，，，全球其它的聚酰胺复合反渗透膜生产商也把开发低压、低能耗复合反渗透膜作为很是主要的一个偏向，，，，，，相继开发出了低压(~1.55MPa225psi)、超低压(~1.03MPa150psi)极低压(~0.69MPa100psi)聚酰胺复合反渗透膜产品，，，，，，如美国陶氏(DOW，，，，，，FILMTECHTM)的BW、LE、HRLE、XLE、ECO系列，，，，，，美国海德能(Hydranautics)的ESPA、CPA、LFC系列日本东丽(TORAY，，，，，，ROMEM-BRATM)的TMH/TMG/TM系列。。
。。。。中国时代沃顿的ULP、LP、XLP系列?这些类型的膜都能在大幅度降低运行压力的情形下提供较大的水通量，，，，，，并同时坚持较高的截留率>99%?这种膜现在主要应用在差别的苦咸水淡化领域?

2、抗污染聚酰胺复合反渗透膜

在运行历程中，，，，，，污染物在膜外貌和膜内部孔洞之间的沉积会引起膜的污染?凭证污染物的类型膜的污染分为无机物污染、胶体物污染、有机物污染和生物污染?其中，，，，，，生物高分子和有机物(如微生物、植物、藻类等)在膜外貌沉积形成生物层引起的生物污染是现在海水淡化聚酰胺反渗透复合膜面临的最主要的问题之一?膜外貌的污染会通过引起膜的极化，，，，，，形成污染阻力层，，，，，，引起轴向的压降和水平水流漫衍来影响膜的性能?膜的污染对膜性能最大的影响就是降低膜的通量?别的，，，，，，膜污染还会降低膜的盐离子截留率，，，，，，增添膜的极化?并且，，，，，，膜污染会降低膜通量的恢复和膜质量，，，，，，降低膜的寿命，，，，，，

从而引起特另外能量消耗和化学洗濯，，，，，，增添膜的生产和运行本钱?据统计，，，，，，膜的洗濯所需用度占到膜应用总本钱的30%?因此，，，，，，抗污染聚酰胺复合反渗透膜的研发是淡化领域的一个主要研究偏向?

影响膜污染的因素主要有膜外貌亲水性、膜外貌电荷和膜外貌粗糙度?膜外貌亲水性是与其抗污染性能关系最亲近的一个因素?污染物在膜的外貌一样平常是疏水性沉积，，，，，，因此膜外貌的亲水性越好，，，，，，通过氢键形成的水相助用会有用地抑制污染物的沉积，，，，，，降低膜的污染?因此，，，，，，通过提高膜外貌亲水性的要领来提高其抗污染性能是现在开发抗污染膜的一个最主要的途径?另一个影响膜的抗污染性能的因素是膜的外貌粗糙度?越粗糙的外貌会给污染物的沉积提供更多的连系位，，，，，，从而加重膜的污染?以是，，，，，，膜外貌越平滑，，，，，，其抗污染性能越好。。
。。。。影响膜污染的另一个因素就是膜外貌的电荷性，，，，，，若是污染物外貌的电荷与膜外貌电荷相反，，，，，，则会加重膜的污染;反之则相反?界面聚合制备的聚酰胺复合膜的外貌会有大宗的氨基和羧基的保存，，，，，，当浸入到水中时就会付与膜外貌电荷性?研究已经证实聚酰胺复合膜的外貌有大宗的负电荷?负电荷性的外貌单位可以作为活性连系位来连系外貌涂层和纳米颗粒?这使得外貌改性，，，，，，如薄膜涂层、自组层、紫外或等离子体引发的聚合物接枝，，，，，，成为最具有潜力的制备抗污染改性聚酰胺复合反渗透膜的一种要领?由于紫外或等离子体引发的聚合物接枝往往相对重大，，，，，，并且较量腾贵，，，，，，以是能够很容易在膜外貌形成一层亲水性涂层的外貌涂覆手艺，，，，，，成为现在增强膜的亲水性从而进一步增强其抗污染性能的最常用和最有用的要领?

多种差别类型的亲水性涂层已经被用来对聚酰胺复合膜外貌举行改性以提高其亲水性能和抗污染性能?这类涂层主要有:聚乙二醇(PEG)类涂层如PEG改性聚氨酯、甲基丙烯酸甲酯-羟乙氧基甲基丙烯酸酯共聚物、聚乙二醇、聚乙烯醇和聚丙烯酰胺交联成的树枝状高分子等基于PEG的聚合物、多巴胺涂层、两性涂层和层层组装涂层等?陶氏的BW30FR和XFRLE系列东丽的TML系列和我国时代沃顿的FR、FURO系列，，，，，，就是典范的抗污染聚酰胺复合反渗透膜的市场化产品?

3、抗氯聚酰胺复合反渗透膜

鉴于膜的污染会严重降低膜的性能，，，，，，往往会在进水中加入活性氯来降低膜的污染，，，，，，这也是现在应用最普遍的一种要领?可是，，，，，，聚酰胺复合反渗透膜现在面临的一个最大的问题就是其活性层中的酰胺键的耐氯性很是差，，，，，，在活性氯的攻击下很容易被剖析，，，，，，从而使得膜损坏，，，，，，大大降低其疏散性能?很是低浓度的活性氯就会导致聚酰胺膜的破损?活性氯会通过3种途径破损聚酰胺结构:聚酰胺基团水解成羧酸基团和氨;聚酰胺直接环氯化;聚酰胺首先爆发氮化然后通过奥顿重排天生环氯化产品?因此，，，，，，聚酰胺活性层的保唬；；ぴ诜瓷改な褂美讨惺呛苁侵饕?一方面，，，，，，可以通过严酷控制进水的活性氯含量来降低膜的剖析;另一方面，，，，，，也是更主要的，，，，，，就是开发具有抗氧化性能的新型聚酰胺复合反渗透膜?制备对活性氯敏感度相对较低的酰亚胺来取代酰胺是提高膜的抗氯性能的一个要领，，，，，，可是膜的疏散性能不是很理想?使用外貌改性的要领在聚酰胺复合膜的外貌制备抗氯性涂层是现在应用和研究最多的提高膜抗氧化性能的主要要领之一?例如，，，，，，Kwon等在界面聚合完成后连忙在膜外貌举行原位开环聚合的要领在聚酰胺复合膜的外貌合成了一种山梨糖醇缩水甘油酯涂层?经由改性的聚酰胺复合膜不但亲水性有了显着的增添，，，，，，水接触角从62°减小到了29°，，，，，，更主要的是，，，，，，膜的抗氯性能也有了显着的增强?

外貌涂覆改性虽然可以提高膜的抗氯性能，，，，，，可是其抗氯机理一样平常是其作为牺牲层来阻断活性氯和聚酰胺膜的直接接触?这样带来的一个问题就是长时间运行后牺牲层也会被活性氯徐徐侵蚀掉，，，，，，从而降低甚至消除其耐氯性能?以是，，，，，，长期性耐氯涂层的研发或许是未来的一个要害点?

4、结论和展望

海水淡化虽然在近几十年有了飞速的生长，，，，，，可是鉴于全球水资源危唬；；娜找婕泳，，，，，，海水淡化工业还将会有更大的生长空间?以是，，，，，，作为膜海水淡化的焦点，，，，，，聚酰胺复合反渗透膜的研发也必定会延续其主要性和热度?围绕低压低能耗?抗污染和抗氯性能的新型聚酰胺复合反渗透膜的开发，，，，，，还将会是反渗透领域的一个重点和难点?

聚酰胺复合反渗透膜的3层结构自力的特点为通过其微结构的调控来实现预期的目的提供了可能?现在大部分的研究都是集中在外貌活性层，，，，，，然而现实上，，，，，，聚砜亚层的结构对膜的性能也有很是显著的影响?例如，，，，，，聚砜亚层的亲水性、孔径漫衍、孔径巨细等都直接影响聚酰胺活性层的结构，，，，，，从而进一步影响膜性能?以是现在通过调控聚砜亚层的微结构来改善膜的性能也已经引起了人们的重视，，，，，，并有了一些研究。。
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