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围观净水神器“RO膜”,让我们一窥反渗透技术前世今

发布时间:2017-10-18  阅读:13765次

 

       据中化新网2017年8月18日讯水,是生命之源。随着人们生活水平的提高,老百姓对饮水安全的关注度越来越高,越来越多的人选择在家中装上净水器。在市面上的各类净水器产品中,一款叫做RO净水器的产品受到了越来越多人的关注。据说,经过这种净水器过滤后,水里面的一切杂质,不管是重金属、有机物,还是细菌、病毒,统统都会被一扫而光,普通的自来水就可以变成纯净水直接饮用。是不是很神奇?当然,这款净水器的价格也是蛮神的。
  其实,这款RO净水器的神奇之处,是其里面安装的一张膜。什么膜那么神奇,可以过滤一切有害物质?除了净水器,它还在哪里有用武之地?来,让我们一起围观一下这一净水神器——反渗透膜。
  反渗透膜是何方神圣?
  RO净水器,其实就是使用反渗透原理进行水过滤的净水器。所谓RO,也就是Reverse Osmosis的缩写,意为反渗透。一般来说,一台RO净水器由以下5级过滤装置组成:第1级为5微米PP棉,用于阻垢和去除铁锈杂质等;第2级为颗粒活性炭,用于吸附化学物质;第3级为1微米PP棉或压缩活性炭;第4级为RO膜,是整个过滤系统的关键;第5级为后置椰壳活性炭滤芯,用于改善饮用水的口感。
  在RO净水器中,最关键的部件就是反渗透膜,也就是所谓的RO膜。那么,何为反渗透呢?在中学时代,我们接触过半透膜的概念,即只能透过小分子量溶剂而不能透过大分子量溶质的膜。我们知道,如果半透膜两侧溶液存在浓度差,低浓度溶液中的溶剂会向高浓度溶液转移,直到达到渗透平衡状态。这种状态只与溶液性质有关,与半透膜无关。
  而在反渗透膜应用的场合,在浓溶液一侧存在外界压力作用,此时高浓度溶液的溶剂会向低浓度溶液转移,这就是反渗透膜。而RO净水器除了关键的半透膜——反渗透膜以外,还有一个关键部件,就是压力泵。RO净水器的工作压力约为0.5兆帕。
  不过,不是什么半透膜都能够达到反渗透膜的应用标准的。要作为反渗透膜,需要具备几大特征:一是在高流速下应具有高效脱盐率;二是具有较高机械强度和使用寿命;三是能在较低操作压力下发挥功能;四是能耐受化学或生化作用的影响;五是受pH、温度等因素影响较小;六是制膜原料来源广泛,加工简便,成本低廉。这样一来,只有很少的材料可以满足反渗透膜应用要求。
  目前能够满足这样苛刻条件的,只有几种高分子材料,如醋酸纤维素、芳香聚酰肼和芳香聚酰胺等具有较强强度的亲水树脂,其中芳香聚酰胺最为常见,脱盐率最高。这些材料的表面微孔直径一般在0.5~10纳米之间。当然,为保证反渗透膜的强度,净水用反渗透膜上还要添加增强材料,如陶氏的反渗透膜就由约120微米厚的聚酯增强无纺布、40微米厚的聚砜多孔中间支撑层(孔径15纳米)以及作为核心部分的0.2微米厚的芳香聚酰胺超薄分离层组成,并根据实际的功能需求进行优化设计与制造。如果用于其他用途,增强层和支

层的用料也会相应作出改变。


 

从结构和技术要求,我们就能一窥反渗透膜的技术含量,这毫无疑问是尖端科技的核心。

 
  其实,家用净水对于反渗透膜来说,只是个小领域罢了。反渗透膜最厉害最主要的应用,是海水淡化。
  我们知道,海水中含有大量的无机盐以及其他杂质,其杂质含量远比处理过的自来水要高。在水资源匮乏的今天,海水受到了科学家们的关注,如何快速处理海水得到纯净的水资源,一直是研究者们的研究重点。反渗透膜的出现,正好解决了这一问题。
  通过反渗透膜处理海水,得到的淡水非常洁净,可以直接饮用,免除了其他的处理步骤,方便快捷。反渗透后得到的高浓度海水,还可以用于其他物质的提取生产。因此,不少国家和地区都建立或正在筹划建立反渗透膜海水淡化工厂。

 

 

海水淡化工厂


  不过,由于海水淡化用的反渗透膜造价昂贵,还需要其他装置过滤海水中的浮游生物,而且压力要求也很高,因此反渗透法并不是目前海水淡化应用最多的方法。但随着反渗透膜反渗透效率的不断提高、生产成本的逐渐降低,反渗透法的应用比例也将不断提高。
  反渗透膜的另一大应用是超纯水制备。在实验室中,为尽量减小杂质对实验结果的影响,实验室人员会选择使用超纯水进行实验。超纯水的制备完全依赖于超纯水机,它实际上就是一种更高端的反渗透膜净水器,其工作压力和RO膜的质量都要高于家用净水设备。
  反渗透膜还在浓缩饮料生产上有广泛应用。这个原理也很类似于净水器,不过,此时取用的是浓缩液部分。比起其他浓缩方法,反渗透法更加简便迅速,正成为饮料生产企业生产浓缩饮料的首选方案。
  反渗透膜还可以用于军事行动中,方便军队在特殊环境下,利用本来不能使用的污水提取饮用水,保证行军过程中的水供应。这也是反渗透膜最早的用途之一。
  同样,反渗透膜在国际空间站也有一席之地。由于宇航员需要长期居住在空间站,而空间站上又不可能保存太多淡水,因此,反渗透膜被用于将各种废水转化为饮用水。
  在核电站等核设施中,反渗透膜也用于提纯废水,防止核反应堆的放射性物质流出,造成污染。
  现在,一些较高端的水族馆和观赏鱼缸也会使用反渗透膜来保持鱼缸里的盐分。随着反渗透膜技术的不断发展、价格的不断降低,反渗透膜将会更加广泛地走入我们的生活。
  美日技术领先
  目前,在世界市场范围内,美国和日本在反渗透膜产能和市场份额中具有领先地位。其中,陶氏化学和日东电工两家企业的市场份额就占据了世界总产量的一半以上。随着韩国、中国、印度和巴西等国企业的加入,全球反渗透膜市场正在不断增长。目前,反渗透膜全球市场总值约为14亿美元,到2020年这一数字可能将达到17.5亿美元。
  目前,我国膜材料产量和销量也居世界前列,部分品种正在打入国际市场。不过,在高端反渗透膜领域,国外企业仍是市场主力,占据市场份额的85%。随着我国时代沃顿、杭州华滤和碧水源等企业在科研和技术方面的进步,相信这一情况可以有所改观。
  在全球范围内,海水淡化仍是反渗透膜的最大应用方向,在电力、冶金、石油石化、医药、食品、市政工程、污水回用等领域,反渗透膜也都得到较为广泛的应用。
  在我国,由于经济与地理等因素的影响,反渗透工程项目在山东省以及辽宁大连地区较为集中。随着我国北方地区干旱化的加剧,以及工业、民用对水量和水质要求的不断提高,膜法海水淡化必然从现在的船用、岛用为主,向工业、市政领域发展,市场潜力巨大。

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