膜科学技术的魅力

膜科学技术的魅力

今天我们这里讲的膜可不是我们生活中常见的塑料袋、保鲜膜，而是一种分离膜。其实，我们生活中的许多产品都涉及到膜技术，不知不觉中，它极大地改善了人们的生活质量。比如，地中海中部的马耳他王国，岛上有3万居民，每年有数十万前来观光的旅游者，但是岛上缺乏淡水，只有又苦又咸的海水，那么，他们是如何解决生活用水的呢？马耳他利用反渗透膜建设了世界上最大的反渗透海水淡化厂，成功地去除了盐类物质，把海水提纯为淡水。迄今为止，反渗透技术已为世界上1亿多人口解决了吃水问题，特别是在中东和海岛等淡水资源贫瘠的地方。在我国，据调查，到2010年，全国需水量7300亿立方米，可供水量6200～6500立方米，缺水量达1000亿立方米。缺水最严重的当属沿海地区、内陆苦咸水地区和内陆大中型城市。而海水淡化、苦咸水淡化以及污水淡化，正是膜技术的强项。

膜技术最主要的应用是水处理，包括我们喝的纯净水，都采用了膜技术去除水中杂质、细菌等。在微电子工业中，比如电脑芯片的生产中，对所用的水要求都非常高，不能有一点点的杂质和离子，否则就会导致大量生产次品。电视机中的集成电路制造中，清洗硅片时，若纯净水不纯，荧屏就会变色、变暗，成为次品。而这种高纯度的水都是通过膜技术获得的。再有我们平时喝的高档饮料，都是经过膜分离过程除去沉淀和杂质的。还有牛奶脱脂、果汁浓缩、黄酒纯化、白酒陈化、啤酒除菌、味精提纯、蔗糖脱色、氨基酸浓缩、酱油除菌等生产中，膜技术都立下了汗马功劳。此外，医疗上的人工肺、人工肾实际上用的都是分离膜。有关机构指出：膜技术与光纤、超导等技术将成为主导未来工业的六大高新技术之一，也将是新世纪十大高科技产业之一。

膜技术到底是什么呢，简单地说，所谓分离膜就是遍布微小孔洞的一层薄膜，只不过，这个孔洞非常小，小到肉眼看不见的程度。根据孔径的大小，可分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜、反渗透膜等。还有些膜技术除了孔道的筛分效应外，还利用了电场、浓度差等效应来实现分离。膜分离技术具有常温下操作，无相态变化，高效节能，在生产过程不产生污染等特点。因此，膜技术及与其他技术集成的技术，将在很大程度上取代目前采用的传统分离技术，达到节能降耗、提高产品质量的目的。

膜技术的诞生只有短短的50年历史。20世纪50年代末，以离子交换膜为代表的渗析和电渗析技术率先创建了膜工业，在脱盐和浓缩等方面得到了普遍应用，尤其是离子交换膜技术的发展，使制碱工业发生了革命性的变化。20世纪80年代中期以来，膜技术进入全面发展阶段，研究开发出了以空气为气源的膜法富氧技术；用于低分子切割的纳滤膜技术；高通量、高脱盐率的反渗透复合膜技术；用于有机溶剂分离的渗透汽化技术，以及用于微滤和超滤的无机膜分离技术等，这一切为膜分离技术产业的发展奠定了坚实的基础。从材料上分，可分为有机膜和无机膜；按功能分，可分为分离膜和反应膜。可用作有机膜材料的有几百种。由于它的种类繁多，组合的多变，在环保、医药、化工、食品、电子、冶金、纺织等众多领域里都身手不凡，被公认为是当代最有前途的高新技术之一。

据中国膜工业协会根据近几年膜工业发展的速度和经济建设的需求分析预测：2006年，我国膜市场需求将达50亿元以上，2015年，膜市场需求可望超过200亿元，将占到世界总量的10%～15%。目前，我国在膜法富氧、纳滤膜、反渗透复合膜、渗透气化和无机膜分离等技术领域的开发和应用，都进行了有益的尝试并取得重大突破。在工业气体膜法脱湿、工业气体酸性组分、（二氧化硫、二氧化碳）膜法脱除有机蒸汽与回收、天然气膜法净化、膜法废水资源化、城市中水回用、水中溶解气体脱除，以及海水淡化处理等技术，均已进入中试和工业生产阶段。

不过现在的膜技术还处于幼年期，我们知道生物体内的生物膜其实也是一种分离膜，只不过它更加高级。因为它在物质和能量交换时，只允许其中的某些物质通过，而排斥其他物质，实现主动选择和可识别选择。而现在的膜技术主要是被动选择，根据分子的大小、极性、浓度的差别实现分离效果，要真正发展到主动选择还有很长的路要走。可喜的是，最近十多年，科学界已经在这方面迈出了重要的一步，实现了不仅仅是依靠分子尺寸的分离膜，还可以根据独特的分子结构进行识别分离，即所谓的亲合膜。可以预见，未来的膜技术将极大地推动科学和技术的进步，人类的生活品质也将得到极大的提高。