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3D打印膜技术——海水淡化的终极之路

3D打印膜技术——海水淡化的终极之路

作者: 地创三维3D打印燕子 | 来源:发表于2018-08-21 20:20 被阅读0次

海水淡化是人类追求了几百年的梦想。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。其中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。但海水淡化在材料、技术、环境、能源等方面仍存在一系列问题,2011年《科学》杂志也就此专门进行了综述。此外,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[3]。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。比如,现有合成方法中,膜形成时的自终止现象导致膜厚难以得到有效控制,所得到的膜材料依然很厚(100到200nm),表面粗糙(是典型的波峰和波谷式起伏结构)。此外,支撑层表面的性质(孔径、孔间隔、孔隙率、粗糙度和表面化学特性等)直接作用到反渗透膜的界面,进而以不可预测的方式影响其它性能。

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