正渗透膜在水处理应用中的研究进展-第4页-undefined

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Elimelech实验室最早运用界面聚合法制备出复合FO膜。他们以聚砜为底膜材料、N,N-二甲基甲酰胺和N-甲基吡咯烷酮作为混合溶剂制备支撑底膜，再在上面进行界面聚合制备聚酰胺复合FO膜;研究发现，由相转化法制备的底膜对复合膜性能有较大影响，最理想的复合FO膜应具备较薄的选择层和多孔且大孔径的支撑层。

Rong Wang等以聚醚砜为底膜材料、N-甲基吡咯烷酮为溶剂制备支撑底膜并在其上界面聚合制备了中空纤维复合正渗透膜，将其应用于FO过程。他们发现在所制备的FO膜中，最理想的FO膜的多孔支撑层中存在小部分海绵状层。通过进一步研究，他们同样发现了支撑层底膜对FO复合膜的重要作用，并得出海绵状孔结构比指状孔结构的内浓差极化问题更严重，因此指状孔结构的底膜更有利于制备性能优良的FO膜。目前，该中空纤维复合正渗透膜被进一步用于PRO过程进行产能。

3.4化学修饰

化学修饰是改良膜性能的重要方法之一。目前最常见的仍是针对已有的商业RO膜或纳滤膜进行化学修饰。高性能FO膜的制备和发展仍处在初期阶段，这种改良商业膜的方法不仅简单方便，保留了商业膜高水通量、高机械强度和良好化学稳定性等优点，而且可通过实际需要进行改良，生产出满足最终目的的膜产品。

由于FO过程所需的操作压力远远低于RO过程，对膜的抗机械强度要求不高，所以可通过去除商业RO膜的基底织物获得满足FO工艺要求的改良RO膜。去除基底织物的RO膜水通量大幅度提高，同时具有一定的盐截留率和较低的内浓差极化问题。虽然这一方法可有效提高RO膜在FO过程中的水通量，但是在FO工艺的实际应用中，如何最大程度地降低FO过程中机械强度对改良RO膜的损害仍是需要考虑的问题之一。此外，也可通过增加膜孔隙的湿润性对现有商业膜进行改良。

对于渗透压力驱动型膜而言，膜孔隙的亲水性对膜性能有较大影响。高亲水性聚合物聚多巴胺(PDA)被广泛应用于膜制备以增加膜亲水性，提高水通量和膜的抗污染能力。Arena等用聚多巴胺(PDA)这种新型的生物衍生的亲水性聚合物对商业RO膜的支撑层进行修饰，并将改良后的RO膜应用于渗透过程中，这种改性的膜在FO测试过程中，可以有效地降低内浓差极化，从而提高水通量。运用PDA对膜进行化学涂层可能会堵塞一些孔径较小的膜孔，不仅不能提高膜性能，反而会导致膜的水通量下降，因此，在应用此方法进行膜化学修饰的时候应避免膜孔堵塞问题。

其他化学修饰法，如聚合电解质浸涂、层层组装技术、紫外照射等方法也被应用于商业膜的改良。

4在水处理中的应用

FO技术在水处理中的应用主要包括2方面，海水、盐水的淡化和污水处理。FO工艺应用于海水及盐水淡化的原理是，利用热解性物质或其他易于回收的物质作为汲取液，通过海水和汲取液之间的渗透压差提供驱动力产生纯水，稀释后的汲取液通过加热挥发、投加药剂沉淀等方法实现淡水再生。NH3-CO2溶液常被作为高渗透压的驱动液而应用于正渗透海水淡化，均获得了较高的脱盐效率，被稀释的驱动液可在60℃左右的条件下挥发出NH3和CO2，从而分离出淡水。由于不需要外加驱动压力，因此利用FO技术进行海水脱盐比传统的脱盐技术(如RO等)更节能，耗能相当于传统脱盐技术的72%～85%。

由于FO技术只需要渗透压作为驱动力，膜污染较轻，因此在污水处理中具有很大的应用前景。将FO膜引入膜生物反应器(MBR)中，可以克服传统的微滤、超滤MBR膜污染较严重的问题和需要经常清洗更换的缺点;利用RO对FO过程后被稀释的汲取液进行回收，可以使汲取液得到循环再利用，同时产出高品质的再生水。Cornelissen等研究渗透压膜生物反应器(OMBR)的运行情况后发现，其膜污染情况和能量消耗都较传统MBR大大降低。

除应用于MBR之外，早在20世纪80年代，研究者就对FO技术直接应用于污废水处理中的可能性进行了研究。美国HTI公司指出，FO膜可应用于含油废水和含气废水、工业废水和生活污水、核废水以及垃圾渗滤液等多种废水的处理。Cath等采用FO技术，利用海水作为汲取液提供驱动力，处理后的污水达到饮用水水质标准。

FO技术对去除生活废水中的内分泌干扰物有一定效果。研究表明，天然雌激素和雌二醇的去除率高达77%～99%。此外，FO技术和RO技术的结合在污水处理中体现出广阔的应用前景。

5展望

FO膜处理工艺以其独特的优势在海水淡化、污水处理和食品加工等领域显示出良好的应用前景。虽然许多学者及其团队，包括美国的Elimelech团队、Cath团队以及新加坡的Chung团队和Tang-Wang团队，一直致力于FO工艺的研究，并在该领域取得了很大进展和突破。但是大部分FO技术的研究仍停留在实验室阶段，仅有的商业膜也存在成本高、pH承受范围低和浓差极化现象严重等缺点，这些问题都是导致FO技术无法实现广泛应用的主要障碍。

为了解决目前FO膜处理工艺出现的问题，研究者还需在高性能FO膜的制备和理想汲取剂的选择和分离等方面继续努力。相信经过国内外研究者的不懈努力，在不久的将来，高性能的FO膜将被研制出并实现产业化和商业化，FO技术将得到更广泛的应用。

原标题：正渗透膜在水处理应用中的研究进展

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