水資源的相對(duì)匱乏和水質(zhì)惡化已經(jīng)嚴(yán)重影響到人類的生活和健康。未來(lái)的和平與發(fā)展也將與凈水及淡水的獲得息息相關(guān)。因此，如何低成本地實(shí)現(xiàn)水凈化和脫鹽成為世界各國(guó)關(guān)注的重要科技問(wèn)題。正滲透技術(shù)正是在這一背景下應(yīng)運(yùn)而生。

    7月25日~30日，國(guó)際膜會(huì)議在荷蘭阿姆斯特丹舉行。剛參加完此次會(huì)議回國(guó)的中科院上海高等研究院膜實(shí)驗(yàn)室研究員何濤告訴記者，在此次大會(huì)上，正滲透技術(shù)是各國(guó)專家最感興趣、討論最多的議題。

    最前沿的水處理技術(shù)

    “正滲透技術(shù)是目前國(guó)際上最前沿的脫鹽和水凈化技術(shù)。”在接受記者采訪時(shí)，何濤表示。

    正滲透是相對(duì)于反滲透而提出的。反滲透的原理是：對(duì)海水或污水施加高壓，使水分子通過(guò)一層膜滲透出來(lái)，而鹽分和其他雜質(zhì)則留在膜的另一邊。反滲透的問(wèn)題在于能耗太高，并且海水淡化后產(chǎn)生的濃鹽水直接排放對(duì)環(huán)境有影響。

    正滲透技術(shù)的原理是：在一層膜的兩邊放置兩種不同濃度的溶液，因?yàn)樗奶匦?，水分子?huì)自然穿過(guò)這層膜，從濃度低的一側(cè)向濃度高的一側(cè)移動(dòng)。

    何濤說(shuō)：“與反滲透相比，正滲透技術(shù)具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)：能耗低，不需外界的壓力即可實(shí)現(xiàn)分離過(guò)程；材料本身親水，可以有效防止膜污染；回收率高，零排放，無(wú)污染。”

    據(jù)美國(guó)國(guó)家航空航天局網(wǎng)站報(bào)道，7月20日返航的“亞特蘭蒂斯”號(hào)航天飛機(jī)在宇宙空間的最后一次飛行中，順利完成所攜帶的兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，其中之一即是在微重力環(huán)境下使用正滲透技術(shù)獲得飲用水。

    當(dāng)未來(lái)的太空探險(xiǎn)者在宇宙深空探險(xiǎn)時(shí)，獲取淡水的唯一辦法是在飛船內(nèi)部實(shí)現(xiàn)水的循環(huán)利用。正滲透技術(shù)能夠把飛船上的污水、尿液等轉(zhuǎn)化成富含水合物和營(yíng)養(yǎng)的飲用水，保證宇航員的淡水需求。

    對(duì)此，美國(guó)國(guó)家航空航天局埃姆斯研究中心科學(xué)家邁克爾·弗林的解釋是：“正滲透是一個(gè)類似將人體腸道中的水吸收到血液或植物根部從土壤中吸收水分的過(guò)程。這一技術(shù)通過(guò)半透膜實(shí)現(xiàn)水的自然擴(kuò)散。半透膜作為一道屏障，允許小分子通過(guò)，比如水，同時(shí)阻截鹽、糖、淀粉、蛋白質(zhì)等較大分子，及病毒、細(xì)菌和寄生蟲(chóng)等。”

    何濤表示，正滲透是目前唯一能夠?yàn)樯羁仗剿魈峁┑畞?lái)源的技術(shù)手段，在將來(lái)我國(guó)的載人航天項(xiàng)目中，該技術(shù)將大有用武之地。

    更低的能耗

    何濤告訴記者，正滲透技術(shù)在國(guó)際水處理領(lǐng)域可謂“熱點(diǎn)中的熱點(diǎn)”。目前科學(xué)家們研發(fā)的核心是尋找更為合適的驅(qū)動(dòng)液和滲透膜，技術(shù)領(lǐng)先的國(guó)家是美國(guó)和英國(guó)。

    2004年，美國(guó)耶魯大學(xué)梅納赫切姆·艾利米勒的研究小組在汲取液的研究上獲得進(jìn)展。該小組使用一種基于碳酸氫銨的汲取液，可以很好地吸引水分子通過(guò)薄膜，然后加熱溶液至40攝氏度，鹽分會(huì)揮發(fā)，剩下的就是純凈的淡水，揮發(fā)的氣體可回收后再利用。研究小組稱，該方法的能耗僅是目前海水淡化工廠的20%。

    正滲透技術(shù)面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)是找到合適的薄膜。美國(guó)《海水淡化道報(bào)》的編輯湯姆·派克拉茨認(rèn)為：“這是正滲透技術(shù)面臨的主要難題。”

    這種膜必須滿足三個(gè)條件：一是只讓水分子通過(guò)，而將鹽分等雜質(zhì)阻擋在膜的另一邊；二是必須盡量薄，以便讓海水與汲取液“親密接觸”，保持高滲透壓；三是需要足夠強(qiáng)韌，能夠抵御汲取液的侵蝕。

    據(jù)《先進(jìn)材料》報(bào)道，新加坡南洋理工大學(xué)膜技術(shù)中心最近研發(fā)出一種新的納米復(fù)合薄膜，具有很高的孔隙率，厚度也很薄，有利于高產(chǎn)出水量和降低能耗，也能夠抵御碳酸氫銨汲取液的堿性。

    該中心主任托尼·費(fèi)恩表示，這種薄膜有望使海水淡化工廠的能耗降低至少30%，生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)單，大型海水淡化設(shè)施可按需進(jìn)行組裝。

    英國(guó)現(xiàn)代水公司也宣稱解決了正滲透膜問(wèn)題，并成功應(yīng)用正滲透裝置來(lái)淡化海水，工廠能耗比傳統(tǒng)海水淡化技術(shù)低30%。

    何濤告訴記者，我國(guó)正滲透技術(shù)的研究起步較晚，2009年中國(guó)工程院院士徐南平、高從堦帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)得到了國(guó)家重大基礎(chǔ)研究“973”項(xiàng)目的支持，何濤即是團(tuán)隊(duì)中正滲透項(xiàng)目的主要成員之一。