“
新型反渗透膜的结构特性，带来了与商业薄膜可比拟甚至更好的水淡化效果
20世纪50年代以后，海水淡化技术随着水资源危机的加剧得到了加速发展，蒸馏法、电渗析法、反渗透法都达到了规模化工业生产的水平，并在世界各地广泛应用。
反渗透膜技术由于结构稳定、分离性能好等优点已经成为近30余年来海水淡化领域的主流。反渗透膜的孔径达到纳米级，在一定压力下，水分子可以通过而海水中的无机盐、重金属离子、有机物、胶体、细菌、病毒等杂质无法通过，从而实现海水的淡化。
但在这些年的快速发展中，膜材料自身的技术发展依然甚微，逐渐成为反渗透膜法淡化技术的瓶颈问题。
目前商业化的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年代，加利福尼亚大学洛杉矶分校Loeb和Sourirajan发明了醋酸纤维素膜，并成功应用于海水淡化。到了80年代，Cadotte发明了聚酰胺复合反渗透膜，并逐渐发展成为膜法海水淡化的主流膜。
该技术一般以间苯二胺（MPD）和均苯三甲酰氯（TMC）为聚合单体，通过在聚砜超滤膜上利用界面聚合制备一层聚酰胺分离层，从而得到复合膜。尽管聚酰胺膜表现出了优异的选择渗透性，但在其它物性以及合成过程上依然存在诸多局限。
为了克服薄膜制备的技术难题，来自美国康涅狄格大学的科学家借鉴3D打印的理念，采用电喷雾方法将两种聚合单体先分别形成纳米级液滴，喷雾到基底上再通过聚合形成聚酰胺，实现了膜厚和粗糙度都可精确调控的高效率反渗透膜，并突破了对支撑基底的依赖性，将海水淡化反渗透膜材料制备技术向前推动了一大步。
图1：将电喷雾与3D打印技术结合，将两种聚合单体依次以纳米级液滴的方式沉积在可选基底上，实现了聚酰胺反渗透膜制备技术的突破。
如图1所示，两种单体溶液在高达3万伏的电压下离开针头时因受到库仑排斥作用力而形成纳米级的液滴，再各自通过3D打印的方式喷涂到所需沉积的表面上（这里特别选用了滚筒装置以实现连续的多次沉积），最后通过聚合反应形成聚酰胺反渗透膜。
通过控制单体的浓度、配比、基底移动速率等参数，可以对反渗透膜的孔径、粗糙度、渗透性和表面亲水性进行有效调控。
图2：左图：沉积在三种超滤膜上聚酰胺薄膜的厚度表征。右图：与美国陶氏SW30XLE膜相比，新型反渗透膜的表面粗糙度下降了4至5倍以上。
图2给出在MPD和TMC浓度比为0.5：0.3的条件下，经过5次循环沉积，分别沉积在三种支撑层（PAN50、PS20、PAN450超滤膜）上所形成的聚酰胺反渗透膜。
与沉积在铝箔上的结果相似，这些聚酰胺反渗透膜都具有比商业化的美国陶氏SW30XLE膜低数倍的表面粗糙度。而新型反渗透膜的孔结构也更加致密、孔隙尺寸更小并且分布更为均匀。这些结构特性带来了与商业薄膜可比拟的甚至更好的水淡化效果。
海水淡化反渗透膜已经在商业上取得巨大成功。可以预见这种结合3D打印和电喷雾的新型制膜技术有望带来新的产业革新。
本文运营：Amy
閱讀更多 unima薄膜新材網 的文章
