有机材料与海水淡化

有机材料与海水淡化

我们的体重的百分之七十是水，血液中水的比重更高近百分之八十。可以说水是人类生命之源，是人类赖以生存的最基本物质。人若7天不进食，尚有一线生存之机；若7天不饮水，恐怕早已脱水而亡。

世界各国的工业的高速发展，带给人类高度的物质文明，同时也给人类带来严重的危害。西欧最大的河流——全长1320千米的莱茵河，由于沿岸各国污染物的排入，已成了“欧洲最大的下水道”，河水变成红褐色，鱼类大量死亡；美国号称“百川之父”的密西西比河，其流域面积达美国大陆的1/4，也处于危机之中；被俄罗斯人称为“母亲河”的伏尔加河，几乎接受了该国一半的污水。发展中国家的情况也不容乐观：南美洲拥有的世界第一长度和第一大水量的亚马孙河被污染着；被印度人敬为“圣河”的恒河，曾因受污染而导致几万人患黄疸病，许多人因此死亡。人口的猛增给地球带来了沉重的负担。工业的发展和人口的猛增，地球已发生了水危机。

据统计，每人每天约需饮用清洁水5升，加上其他生活用水，共需几百升。1830年世界人口是10亿，1930年增加到20亿，1960年达到30亿，1975年已有40亿，1990年高达53亿，2000年世界人口高达64亿。而据世界卫生组织的调查，早在70年代中期，世界上就已有70%的人得不到安全、卫生的水了。随着人口的剧增，很快就会有90%以上的人处于饮用水问题中。到那时，说“水贵如油”毫不过分。

卫星传回地球的照片显示：地球表面的70．8%被水覆盖着，总水量达13．56亿立方千米。但是所有水中97．2%是浩瀚的海洋，而陆地水面只占2．8%，其中淡水更是少得可怜，只占0．64%。

能说我们的地球缺水吗？不能，地球表面70．8%被水覆盖着。能说现在人类不缺水吗？也不能，随着人口的剧增，可饮用的淡水人均越来越少，而且水污染一天比一天严重。面对如此矛盾的问题，我们怎么办？无疑，向大海要水——海水淡化，是一种行之有效的办法。

海水淡化其实早就是人们重视的一项技术，如今已有很多种海水淡化的方法，如多级闪蒸法、电渗析法、溶剂萃取法、冷冻法、反渗透法等。我们所要讲述的是耗能最少，而且用它可直接得到清洁的淡水的反渗透法。

反渗透海水淡化装置包括去除混浊物质的前处理设备、高压泵、反渗透装置、后处理设备、浓缩水能量回收器等。其中最核心的装置就是反渗透装置，而这个装置中最核心的部件就是反渗透膜。让我们用一个实验来了解一下反渗透装置和反渗透膜。

在一个水池中，用一张有机材料薄膜从中间隔开，把水池分为两部分。在其中一部分注入盐水，在另一部分注入淡水。这张薄膜是特制的，它可以让水分子透过，但绝不让盐分子透过。这种膜称为半透膜。如果淡水和盐水的水面本来一样平，过一段时间，你就会发现：一部分淡水自动地透过了半透膜，跑到了盐水那一边，使得盐水的水面有所升高，但升高到一定程度，便不再升高。这时，淡水水面和盐水水面之间就形成了一个高度差。这种现象称为渗透。那个高度差所造成的压强称为渗透压。就好像淡水那边有一种“压力”，把淡水从膜那边“压”到膜这边，使得膜两边的水形成高度差，从而产生渗透压来抵消这种“压力”。

渗透现象属于大自然的一种平衡趋势，它似乎总是希望保持某种一致性。当膜两边的溶液浓度不一致时，低浓度溶液中的水分子就透过膜来到高浓度溶液中。同样，高浓度溶液中的溶质分子，也有透过膜进入低浓度溶液的趋势。只是在我们的实验中，使用的是半透膜，它忠于职守地只让水分子通过，而不让盐分子通过。于是，只有用水面高度差来维持平衡了。

科学家就是利用能够了半透膜只让水分子通过而不让盐分子通过这一特性，研制成反渗透装置。只要在盐水那边施加压强，这个压强只要大于渗透压，我们可以看到：盐水中的水分子从盐水中透过半透膜跑到淡水这边来了，施加的压强越大，透过来的水就越多。这就是反渗透现象，那张半透膜就称为反渗透膜。

其实说白了，淡化海水的反渗透法就是利用反渗透膜是半透膜的特性，让它起过滤器的作用，把海水中的盐分及其他杂质“过滤”掉。

据研究，这种半透膜是一层有机高分子薄膜，以前都是在动植物身上获得。直到1960年，美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的索里拉金和劳勃制得了世界上第一张人工制造的透水量大、除盐率高的醋酸纤维素反渗透膜。1969年，美国杜邦公司制成了以尼龙66为主的中空纤维膜组件。1971年，丹麦DDS公司制成了平板式组件并获得专利。但是这些膜都需要较大的反渗透压强，因此不够理想。

上世纪八十年代，一种复合膜出现，解决了该难题。这种复合膜由三层组成。上面一层是超薄反渗透膜，中间一层是多孔支撑层，最底下为织物增强层。它透水量极大，除盐率达99%，是一种理想的反渗透膜。

如今，反渗透海水淡化装置已在为人类服务了。目前，世界上已有反渗透海水淡化厂1000多家，其中最大的建在位于地中海中部的马耳他。它为这个小岛国的3．5万居民以及来观光的旅游者源源不断地提供着清洁的淡水。

生物体上的膜是隔开不同组织的屏障，它能有选择地让膜两边的物质进行交流，有的让过，有的不让过，这就是膜的分离功能。人们很早就发现了膜具有分离功能。据记载，1748年，奈尔克脱发现水能自动地扩散到装有酒精的猪膀胱中去。人们由此受到启发，从而进行人工分离膜的研究的。

反渗透膜只不过是膜分离技术所研究的各种分离膜中的一种。除反渗透膜之外，还有可分离氧气的高透量富氧膜，氢分离膜、氮气分离膜、乙醇和水的分离膜、细菌分离膜、干扰素分离膜等等。研制各种分离膜的关键是材料，例如，模仿人体功能的人工膜的研究就是当今高分子材料研究的前沿课题之一。