【化工科普14】解决海水淡化、空气过滤、血液透析......只要薄薄一层膜

在日常生活中，建筑工人常常用筛网筛出细沙，分出石子；农民常用簸箕扬米去糠；淘金者滤掉泥沙留下黄金，这种利用孔洞大小分离不同物质的原理，被科研人员利用，开发出了“高分子分离膜材料”。

膜的神奇特性

如今膜技术拥有高效的分离、浓缩、提纯及净化功能，相比传统的分离方法（蒸发、萃取或离子交换等）具有不可比拟的优势，在海水淡化、环境保护、石油化工、节能技术、清洁生产、医药、食品、电子领域等得到广泛应用。

而之所以具有这么强的性能，是因为高分子分离膜具有选择性透过功能，根据压力差、温度差的不同，可以将气体混合物以及溶液等分离，就像鲜榨果汁的过滤网，汁水流出，果渣剩下。

化学组成和物理结构决定了分离膜的基本特性，如氧化还原性、酸碱性、溶解性、化学稳定性、亲水性、亲油性、溶胀性等。当改变了膜材料的单体和链段的结构时，其结晶性、溶解性、溶胀性、力学性能和热学性能都会产生变化。当改变了膜材料的分子排列方式，以及晶胞的尺寸、膜的孔径和分布等因素时，膜材料的使用范围、透过性能、选择性等就会产生调整。

人类对于膜的认识来自于大自然，在动植物的细胞中存在着各种各样的生物膜，它们作为屏障为生命活动创造了稳定的内环境，承担着物质转运、信息传递和能量转换等功能，既是“保安”，又是“快递员”。

分离膜的原料

随着18世纪认识生物膜以来，人类尝试利用各种材料来实现膜分离技术，最常用的两类材料是纤维素和聚酰胺。

纤维素来自于自然环境，可再生、制备简单、易于成膜，但本身材质脆弱，易受酸碱腐蚀、不耐高温、不耐水解，压密性、抗菌性较差。

聚酰胺便是我们之前提过的世界上第一种合成纤维——尼龙，这种材料具有高机械强度、高亲水性，耐高温、耐油脂，只是容易被酸破坏。

除此之外，人们还利用聚砜类、聚四氟乙烯、丙烯制造膜材料，它们可以经受强酸、强碱、油脂及有机溶剂的腐蚀和破坏。

高分子分离膜广泛应用于海水淡化、食品浓缩、废水处理、富氧空气制备、医用超纯水制造、人工肾及人工肺装置、药物的缓释等方面。

膜技术与海水淡化

我们重点来讲讲海水淡化，在污水处理那一章我们提过，地球水储量的97％为海水和苦咸水，这些水无法直接使用，要利用海水必须经过淡化。

准确来说，海水淡化非常简单，只需要将盐和淡水分开。在荒野求生里，人们常常使用蒸馏法，也就是将水蒸发而盐留下，再将水蒸气冷凝为液态淡水。整个过程就是模拟自然界里海水通过气温蒸发成云，冷凝降水成为湖泊里的淡水。但是烧开水这个过程会消耗大量的能源，十分不划算。

1953年，人们开始利用半透膜将淡水与盐分离，对海水施以压力，就会使海水中的淡水渗透到半透膜外，而盐却被阻隔在膜里。而在生产同等质量的淡水时，此法的能源消耗仅为蒸馏法的1/40。

战国时，思想家公孙龙的“离坚白”和惠施的“合同异”共同探讨了事物的差异性和统一性。在那时，事物的属性对他们来说是神秘而混沌的，而愈加完善的分离技术，正在一点点精细人们对于事物的了解和应用，悄然改变着世界的模样。

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