圍觀凈水神器——反滲透膜

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水，是生命之源。隨著人們生活水平的提高，老百姓對飲水安全的關注度越來越高，越來越多的人選擇在家中裝上凈水器。在市面上的各類凈水器產品中，一款叫做RO凈水器的產品受到了越來越多人的關注。據說，經過這種凈水器過濾後，水裡面的一切雜質，不管是重金屬、有機物，還是細菌、病毒，統統都會被一掃而光，普通的自來水就可以變成純凈水直接飲用。是不是很神奇？當然，這款凈水器的價格也是蠻神的。

其實，這款RO凈水器的神奇之處，是其裡面安裝的一張膜。什麼膜那麼神奇，可以過濾一切有害物質？除了凈水器，它還在哪裡有用武之地？來，讓我們一起圍觀一下這一凈水神器——反滲透膜。

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海水淡化工廠

反滲透膜是何方神聖？

RO凈水器，其實就是使用反滲透原理進行水過濾的凈水器。所謂RO，也就是Reverse Osmosis的縮寫，意為反滲透。一般來說，一台RO凈水器由以下5級過濾裝置組成：第1級為5微米PP棉，用於阻垢和去除鐵鏽雜質等；第2級為顆粒活性炭，用於吸附化學物質；第3級為1微米PP棉或壓縮活性炭；第4級為RO膜，是整個過濾系統的關鍵；第5級為後置椰殼活性炭濾芯，用於改善飲用水的口感。

在RO凈水器中，最關鍵的部件就是反滲透膜，也就是所謂的RO膜。那麼，何為反滲透呢？在中學時代，我們接觸過半透膜的概念，即只能透過小分子量溶劑而不能透過大分子量溶質的膜。我們知道，如果半透膜兩側溶液存在濃度差，低濃度溶液中的溶劑會向高濃度溶液轉移，直到達到滲透平衡狀態。這種狀態只與溶液性質有關，與半透膜無關。

而在反滲透膜應用的場合，在濃溶液一側存在外界壓力作用，此時高濃度溶液的溶劑會向低濃度溶液轉移，這就是反滲透膜。而RO凈水器除了關鍵的半透膜——反滲透膜以外，還有一個關鍵部件，就是壓力泵。RO凈水器的工作壓力約為0.5兆帕。

不過，不是什麼半透膜都能夠達到反滲透膜的應用標準的。要作為反滲透膜，需要具備幾大特徵：一是在高流速下應具有高效脫鹽率；二是具有較高機械強度和使用壽命；三是能在較低操作壓力下發揮功能；四是能耐受化學或生化作用的影響；五是受pH、溫度等因素影響較小；六是制膜原料來源廣泛，加工簡便，成本低廉。這樣一來，只有很少的材料可以滿足反滲透膜應用要求。

目前能夠滿足這樣苛刻條件的，只有幾種高分子材料，如醋酸纖維素、芳香聚醯肼和芳香聚醯胺等具有較強強度的親水樹脂，其中芳香聚醯胺最為常見，脫鹽率最高。這些材料的表面微孔直徑一般在0.5～10納米之間。當然，為保證反滲透膜的強度，凈水用反滲透膜上還要添加增強材料，如陶氏的反滲透膜就由約120微米厚的聚酯增強無紡布、40微米厚的聚碸多孔中間支撐層（孔徑15納米）以及作為核心部分的0.2微米厚的芳香聚醯胺超薄分離層組成，並根據實際的功能需求進行優化設計與製造。如果用於其他用途，增強層和支撐層的用料也會相應作出改變。

從結構和技術要求，我們就能一窺反滲透膜的技術含量，這毫無疑問是尖端科技的產物。

家用凈水只是小case

其實，家用凈水對於反滲透膜來說，只是個小領域罷了。反滲透膜最厲害最主要的應用，是海水淡化。

我們知道，海水中含有大量的無機鹽以及其他雜質，其雜質含量遠比處理過的自來水要高。在水資源匱乏的今天，海水受到了科學家們的關注，如何快速處理海水得到純凈的水資源，一直是研究者們的研究重點。反滲透膜的出現，正好解決了這一問題。

通過反滲透膜處理海水，得到的淡水非常潔凈，可以直接飲用，免除了其他的處理步驟，方便快捷。反滲透後得到的高濃度海水，還可以用於其他物質的提取生產。因此，不少國家和地區都建立或正在籌劃建立反滲透膜海水淡化工廠。

不過，由於海水淡化用的反滲透膜造價昂貴，還需要其他裝置過濾海水中的浮游生物，而且壓力要求也很高，因此反滲透法並不是目前海水淡化應用最多的方法。但隨著反滲透膜反滲透效率的不斷提高、生產成本的逐漸降低，反滲透法的應用比例也將不斷提高。

反滲透膜的另一大應用是超純水製備。在實驗室中，為盡量減小雜質對實驗結果的影響，實驗室人員會選擇使用超純水進行實驗。超純水的製備完全依賴於超純水機，它實際上就是一種更高端的反滲透膜凈水器，其工作壓力和RO膜的質量都要高於家用凈水設備。

反滲透膜還在濃縮飲料生產上有廣泛應用。這個原理也很類似於凈水器，不過，此時取用的是濃縮液部分。比起其他濃縮方法，反滲透法更加簡便迅速，正成為飲料生產企業生產濃縮飲料的首選方案。

反滲透膜還可以用于軍事行動中，方便軍隊在特殊環境下，利用本來不能使用的污水提取飲用水，保證行軍過程中的水供應。這也是反滲透膜最早的用途之一。

同樣，反滲透膜在國際空間站也有一席之地。由於宇航員需要長期居住在空間站，而空間站上又不可能保存太多淡水，因此，反滲透膜被用於將各種廢水轉化為飲用水。

在核電站等核設施中，反滲透膜也用於提純廢水，防止核反應堆的放射性物質流出，造成污染。

現在，一些較高端的水族館和觀賞魚缸也會使用反滲透膜來保持魚缸里的鹽分。隨著反滲透膜技術的不斷發展、價格的不斷降低，反滲透膜將會更加廣泛地走入我們的生活。

美日技術領先

目前，在世界市場範圍內，美國和日本在反滲透膜產能和市場份額中具有領先地位。其中，陶氏化學和日東電工兩家企業的市場份額就佔據了世界總產量的一半以上。隨著韓國、中國、印度和巴西等國企業的加入，全球反滲透膜市場正在不斷增長。目前，反滲透膜全球市場總值約為14億美元，到2020年這一數字可能將達到17.5億美元。

目前，我國膜材料產量和銷量也居世界前列，部分品種正在打入國際市場。不過，在高端反滲透膜領域，國外企業仍是市場主力，佔據市場份額的85%。隨著我國時代沃頓、杭州華濾和碧水源等企業在科研和技術方面的進步，相信這一情況可以有所改觀。

在全球範圍內，海水淡化仍是反滲透膜的最大應用方向，在電力、冶金、石油石化、醫藥、食品、市政工程、污水回用等領域，反滲透膜也都得到較為廣泛的應用。

在我國，由於經濟與地理等因素的影響，反滲透工程項目在山東省以及遼寧大連地區較為集中。隨著我國北方地區乾旱化的加劇，以及工業、民用對水量和水質要求的不斷提高，膜法海水淡化必然從現在的船用、島用為主，向工業、市政領域發展，市場潛力巨大。

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