新型高效率正渗透驱动液的制备及研究

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１ 概 述 展需求 ， 因此 ， 针对水质进行 循环处理的应用 ， 就成为 了一个至关重 膜分离技术一直 以来都是工业领 域之中的一个 研究重点 ， 现如 要 的问题 。 特别在某些特殊环境中 ， 例如外太空的水 质净化工作 ， 在 今， 该技 术不仅被应用 在工业体系 中 ， 部分食 品 、 药物、 医学等领域 外太 空执 行任务期 间 ， 水资源极 为缺乏 ， 任何 水分子 以及尿液等都 而要试着这些 水能够转变成为可饮用水 ， 就需要利 也开始对该技术加 以应用 。 正渗透技术本身属于一种不需要利用外 是极 为珍贵的 ， 压力 进行驱动 的技 术 ， 只需要渗透压力 ， 便能够 对于膜分 离过程进 用渗 透浓 缩系统来达到这 一 目的 。在实 际处 理期 间 ，主要是通过 行驱动 。也就是说 ， 该技术 能够保持长久的稳定运行 ， 不 仅污染低 ， Ｄ Ｏ Ｃ系统对 两套 系统进行控制 ，一套是对 正渗透过程进行控制 ， 而 还有着较好 的节能效果 。 下文主要针对正渗透水处理关键技术研究 另一套则是对正渗透以及莫蒸馏 进行 控制 ， 在针对废水进行完善 的 进展进行 了全 面详细的探讨。 浓缩处理之后 ， 能够直接利用反渗透措施 ， 得到可饮用 的纯净水。 ２ 水处理中正渗透膜分离技术的基本原理 ４ ． １ ． ２水处理正渗透技术商业化应用 正渗透是 浓度 驱动型的膜过程， 它依 靠选择性 渗透 膜两侧 的渗 从非洁净水之提取 出能够直接饮用 的纯净 水 ， 实际就是利用正 透压差为驱动力来 自 发 的实现水在膜 中的传递。 也就是指水从较高 渗透膜 的方式 ， 来做 成一个相对密 封的包装 ， 并且里面存在 着可实 水化学势溅 较低渗透压） 一侧 区域通 过选 择透过性膜流 向较低水化 用的溶液。 之后 ， 再将该密封包直接放 入到非洁净 的水之 中， 在这期 水本身会受到压力影响而进入至 膜包滞洪 ， 如此 以来 ， 稀释后的 学势（ 或较高渗透压） 一侧区域的过程 。在具有选择透过 性膜 的两侧 间， 分别放置两种具有不同渗透压的溶液 ， 一 种为具有较低渗透压 的原 溶液便是经过 洁净处理 的可饮用水 。 料液（ Ｆ ｅ ｅ ｄ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ） ， 另一种 为具有较高渗透压 的驱动液（ Ｄ ｒ ａ ｗ ｓ ｏ ｌ ｕ — ４ ． ２ 在 海 水 淡 化 方 面 的 应 用 ｔ ｉ ｏ ｎ ） ， 正渗 透正是应 用 了膜 两侧溶液 的渗透压 差作 为驱动 力 ， 才使 利用海水 淡化技术从 海水 中制 取饮用水 已成为 当代取得淡 水 得水能 自发地从原料液一侧透过选择透过性膜 到达驱动液 一侧 。 当 的一种重要捷径 。利用正渗透技术进 行海水淡化最早可追溯 到 ２ ０ 对渗透压高的一侧溶液施 加一个小于渗透压差 的外加压力 的时候 ， 世纪 ６ ０ 、 ７ ０年代 。但是 由于膜和驱动溶液等核心 问题没有解决 ， 绝 水仍然会从原料液压一侧流向驱动液一侧 ， 这种过程叫做压力阻尼 大部分技术薄弱 ， 可行性低 ， 而且传统能源价格较低 ， 正渗透方法在 渗透（ Ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ — ｒ ｅ ｔ ａ ｒ ｄ ｅ ｄ ｏ ｓ ｍｏ ｓ ｉ ｓ ， Ｐ Ｒ Ｏ ） 。 学术和工业界都无法与反渗透技术相提并论 。近年来 ， 由于能源与 ３水处理正渗透膜分离技术应用现状 环境问题越来越 突显 ， 研究 者对 于正渗透膜技术处理海水淡化的进 正渗透膜在执行 分离 工作的过程 中， 主要 呈现出了三个方面 的 步探索 ， 证明该技术已经进入 了中试 阶段 。 优势 ： 低能耗 、 低污染 、 低压运行 ， 正是凭借着这三方面的优势 ， 促使 在废水 处理方面的应用正渗透膜在废水处理 中的应 用 ， 大多时 正渗透技术被广泛的应用 在了各个不 同的领域体系 中。 但是 由于该 候是起着浓缩 污染 物的作用 ， 它并不是最终 处理过程 ， 但却是一 个 技 术应 用时间较 短 ，自身所具 有的某些潜力还没能够的发挥 出来 。 高效率 的前处理过程 。 正渗透膜在废水处理应用方 面包括生活废水 并且通过某些方面的实际运行 情况来看 ， 正渗 透技 术实际上有着极 与工业废水 的处理 。 采用正渗透膜进行废水处理先后经历 了序批式 为广泛的应 用前景。只要 能够 大范围对该技术进行普及 ， 那 么就能 系统 ， 以商业化 的醋 酸纤维 Ｒ Ｏ膜为膜单元 ， 以合成海水 为汲取液 ， 够 促使 其中所涉及 到的部分难题得到更快 的解决 。 特别是在水处理 来 浓缩含低浓度铜 或铬离子 的水 ， 但这一方 法并 不理想 ； 采用 了中 过程 中的经验缺乏 ， 这方面的发展和积累需要大量 的实践 。就 目前 试规模 的 Ｆ Ｏ系统用于浓缩垃圾渗滤液。并证 明是一种 比较理想 的 来说， 正渗透膜虽然说某些方面 的优势 明显 ， 但是横 比来看 ， 所呈 现 处理方法 ； 正渗透膜生物反应器膜生物反应器 （ ＭＢ Ｒ） 是 膜分 离技 术 出的过滤性能并 不具备领先性优 势 ， 再 加上 品种较少 ， 这也是正 渗 与生物技术有机结合的新型水处 理技术 ， 并被称 为是最有前途 的废 透 摸技 术无法完全代替其他技术 的一个关键性原因。 水处理新技术之一 。 由于当前正渗透膜水处理技术所呈 现出的缺陷较为明显 ， 那 么 结 束 语 在 未来研究发展 的过程 中， 就应 当要针对这方面采取 良好 的解决措 综 上所述 ， 正渗透 技术就 目前 来说 ， 实际上还 是处在一 个较 为 施， 并且进 行大量 的实践探 索 ， 这 对于正渗透技 术本身在水 处理技 初步 的探 索时期 ，其 中依 然还存在着一些难 题需要进行 深入 的研 术 中的实际应用发展来说 ， 能够起到 良好的推动作用。 总之 ， 正渗透 究 ， 这方 面的技术难题解决 ， 对 于正渗透技术 的发展来说 ， 有着至关 水处理技术 的发展研究工作 ， 都应 当要 把分离效率 、 水 回收率 、 运行 重要 的作用。 但是 ， 能够 明显看到的是 ， 正渗透技术凭着 自身所具有 成本等几个方面的作为研究的关键所在 。 的良好分离性能以及节 能效果 ， 必然会被广泛 的使用在各个行业领 ４ 水 处 理 中正 渗 透 膜 分 离 技 术 应 用 领 域 域 中， 该技术未来必定能够得到较为 良好 的发展 。 正渗 透膜 分离技术 最初在 工业 废水 处理 的应用 是在 ２ ０世纪 参 考 文 献 ７ Ｏ年代 ，研究 者为 了在低能量消耗下 浓缩工业废水 中存 在的重金 【 １ 】 任 建新 ． 膜 分 离技 术 及 其 应 用 【 Ｍ］ ． 北京 ： 化 学 工 业 出版社 ， ２ ０ ０ ３ （ １ ２ ） ． 属， 采用 了正渗透分离过程 ， 实验的结果显示水通量 比预期 的偏低 ， ｆ ２ ］ 周柏 清． 全膜水处理技 术『 Ｍ １ ． 北京 ： 中国电力 出版社， ２ ０ ０ ６ （ １ １ ） ． 研究虽然被迫中止 ， 但是他们 的研究成果 为正 渗透 膜的研究发展奠 【 ３ 】 彭跃莲． 膜 技 术 前 沿及 工 程 应 用 【 Ｍ】 ． 北京 ： 中 国 纺 织 出版 社 ， ２ ０ ０ ９ 定 了基 础。 尽管 目前依 靠渗透压 驱动 的正渗透膜分离技术的应用范 ｆ １ ０ ） ． 围 ，并没有 达到各种依靠外 加压力驱动 的膜分离技 术应用那 么普

正渗透正渗透膜分离关键技术及其应⽤进展摘要：正渗透是⼀种新型的膜分离技术，具有能耗低、膜污染⼩及回收率⾼等优点，近年来在国际上得到了⼴泛的关注．本⽂介绍正渗透膜分离技术的基本原理；综述正渗透膜分离关键技术驱动液与膜材料的最新进展；简述正渗透膜分离技术的最新应⽤；展望正渗透膜分离技术的重点研究⽅向．关键词：正渗透；渗透压；膜材料；驱动液;醋酸纤维素（ＣＡ）膜材料1.引⾔随着现代经济的快速发展、世界⼈⼝的迅猛递增，全球淡⽔资源⽇渐短缺．⽬前，全球⾄少有１２亿⼈喝不到安全洁净的⽔，⼤约有２６亿⼈⽣活在淡⽔资源匮乏的地区，⽔资源短缺已经成为２１世纪困扰⼈类最⼤的问题．在众多⽔处理⽅法中，反渗透（ＲＯ）是⽬前应⽤最成熟、最⼴泛的技术．然⽽，ＲＯ需要较⾼的⽔压抵消渗透压差，是能量密集型技术，同时，ＲＯ过程还存在回收率低、浓⽔排放、浓差极化和膜污染严重等问题．正渗透（ｆｏｒｗａｒｄｏｓｍｏｓｉｓ，ＦＯ）是近年来发展起来的⼀种⽤于污⽔处理和咸⽔淡化的新型膜分离技术．与压⼒驱动膜分离过程相⽐较，ＦＯ过程⽆需外加压⼒，⽽仅仅依靠渗透压驱动．因此ＦＯ运⾏过程中的能耗⼩，膜污染情况也会相对较少，可以长时间的运⾏⽽不需要频繁清洗．另外，ＦＯ技术在脱盐过程中回收率⾼，浓缩的盐⽔可通过结晶分离，没有浓盐⽔的排放，是环境友好型技术．因此，⼈们对发展ＦＯ技术的兴趣极⼤，对其应⽤研究的领域不仅仅停留在⽔处理、发电等⽅⾯，甚⾄拓展到了⽣命科学，如药物蛋⽩浓缩、药物释放和⾷品⼯程等领域．2原理与特点2.1基本原理Lee 等(1981)较早地概况总结了反渗透(RO)、正渗透(FO)和减压渗透((Pressure Retarded Osmosis,PRO)过程的⼯作原理，如图 1 所⽰。

在RO 过程中，⽔在外加压⼒作⽤下从低化学势侧通过渗透膜扩散⾄⾼化学势侧溶液中( Δπ<ΔP)，达到脱盐⽬的。

正渗透过程刚好相反，⽔在渗透压作⽤下从化学势⾼的⼀侧⾃发扩散到化学势低的⼀侧溶液。

正渗透汲取液的研究进展郭婧轩;杨望臻;于水利【摘要】正渗透是以膜两侧汲取液和原料液之间的渗透压差为驱动力,使水从原料液(较低渗透压)一侧自发传递到汲取液(较高渗透压)一侧的膜分离技术.汲取液是影响正渗透分离性能的重要因素之一,然而目前使用的大多数汲取液面临反向溶质渗透严重和再生能耗高的问题,这导致了正渗透性能的显著下降.简要介绍了近几年国内外主要研究的新型汲取液,分析总结了不同汲取液的优点及其应用范围.【期刊名称】《工业用水与废水》【年(卷),期】2016(047)006【总页数】5页(P1-5)【关键词】正渗透;汲取液;渗透压;再生【作者】郭婧轩;杨望臻;于水利【作者单位】同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海200092;同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海200092;同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海200092【正文语种】中文【中图分类】X703.5正渗透技术作为一种新兴的低能耗绿色膜分离技术，近年来已经广泛应用于海水淡化、物料分离等［1］。

相比于传统的靠压力驱动的膜分离技术，如微滤、超滤、纳滤、反渗透等，正渗透具有低能耗、低污染、高回收率等优点，是近年来水处理领域研究的热点。

正渗透系统由原料液（FS）、汲取液（DS）和正渗透膜组成。

正渗透膜是一种选择性透过膜，原料液中的水可以自由通过，但大部分溶质分子和离子会被截留下来，由此可以将原料液中的水分离出来。

理想的汲取液溶质应该具备以下特征［2］：①在水中溶解度高、相对分子质量小，能产生较高的渗透压；②无毒，在水中能够安全存在；③与正渗透膜有化学兼容性，不与膜发生化学反应，且不能将膜降解；④容易与水分离并能重复利用。

近几年，除了对传统汲取液（如无机盐汲取液）进行了优化研究，也出现了有机离子盐［3］、聚电解质［4］、磁性纳米颗粒、高分子水凝胶等新型汲取液。

本文介绍了汲取液的最新研究进展。

在传统汲取液中，由氨水和二氧化碳气体制成的高浓度热敏性氨盐被认为是最有发展前景的汲取液，其产生的渗透压高，并可利用低温热源（废热、太阳能等）通过加热的方法循环使用［5-6］。