何涛：正渗透技术水处理领域或成投资新热点

    水资源的相对匮乏和水质恶化已经严重影响到人类的生活和健康。未来的和平与发展也将与净水及淡水的获得息息相关。因此，如何低成本地实现水净化和脱盐成为世界各国关注的重要科技问题。正渗透技术正是在这一背景下应运而生。

    7月25日~30日，国际膜会议在荷兰阿姆斯特丹举行。刚参加完此次会议回国的中科院上海高等研究院膜实验室研究员何涛告诉记者，在此次大会上，正渗透技术是各国专家最感兴趣、讨论最多的议题。

    最前沿的水处理技术

    “正渗透技术是目前国际上最前沿的脱盐和水净化技术。”在接受记者采访时，何涛表示。

    正渗透是相对于反渗透而提出的。反渗透的原理是：对海水或污水施加高压，使水分子通过一层膜渗透出来，而盐分和其他杂质则留在膜的另一边。反渗透的问题在于能耗太高，并且海水淡化后产生的浓盐水直接排放对环境有影响。

    正渗透技术的原理是：在一层膜的两边放置两种不同浓度的溶液，因为水的特性，水分子会自然穿过这层膜，从浓度低的一侧向浓度高的一侧移动。

    何涛说：“与反渗透相比，正渗透技术具有得天独厚的优势：能耗低，不需外界的压力即可实现分离过程；材料本身亲水，可以有效防止膜污染；回收率高，零排放，无污染。”

    据美国国家航空航天局网站报道，7月20日返航的“亚特兰蒂斯”号航天飞机在宇宙空间的最后一次飞行中，顺利完成所携带的两项实验任务，其中之一即是在微重力环境下使用正渗透技术获得饮用水。

    当未来的太空探险者在宇宙深空探险时，获取淡水的唯一办法是在飞船内部实现水的循环利用。正渗透技术能够把飞船上的污水、尿液等转化成富含水合物和营养的饮用水，保证宇航员的淡水需求。

    对此，美国国家航空航天局埃姆斯研究中心科学家迈克尔·弗林的解释是：“正渗透是一个类似将人体肠道中的水吸收到血液或植物根部从土壤中吸收水分的过程。这一技术通过半透膜实现水的自然扩散。半透膜作为一道屏障，允许小分子通过，比如水，同时阻截盐、糖、淀粉、蛋白质等较大分子，及病毒、细菌和寄生虫等。”

    何涛表示，正渗透是目前唯一能够为深空探索提供淡水来源的技术手段，在将来我国的载人航天项目中，该技术将大有用武之地。

    更低的能耗

    何涛告诉记者，正渗透技术在国际水处理领域可谓“热点中的热点”。目前科学家们研发的核心是寻找更为合适的驱动液和渗透膜，技术领先的国家是美国和英国。

    2004年，美国耶鲁大学梅纳赫切姆·艾利米勒的研究小组在汲取液的研究上获得进展。该小组使用一种基于碳酸氢铵的汲取液，可以很好地吸引水分子通过薄膜，然后加热溶液至40摄氏度，盐分会挥发，剩下的就是纯净的淡水，挥发的气体可回收后再利用。研究小组称，该方法的能耗仅是目前海水淡化工厂的20%。

    正渗透技术面临的另一个挑战是找到合适的薄膜。美国《海水淡化道报》的编辑汤姆·派克拉茨认为：“这是正渗透技术面临的主要难题。”

    这种膜必须满足三个条件：一是只让水分子通过，而将盐分等杂质阻挡在膜的另一边；二是必须尽量薄，以便让海水与汲取液“亲密接触”，保持高渗透压；三是需要足够强韧，能够抵御汲取液的侵蚀。

    据《先进材料》报道，新加坡南洋理工大学膜技术中心最近研发出一种新的纳米复合薄膜，具有很高的孔隙率，厚度也很薄，有利于高产出水量和降低能耗，也能够抵御碳酸氢铵汲取液的碱性。

    该中心主任托尼·费恩表示，这种薄膜有望使海水淡化工厂的能耗降低至少30%，生产过程简单，大型海水淡化设施可按需进行组装。

    英国现代水公司也宣称解决了正渗透膜问题，并成功应用正渗透装置来淡化海水，工厂能耗比传统海水淡化技术低30%。

    何涛告诉记者，我国正渗透技术的研究起步较晚，2009年中国工程院院士徐南平、高从堦带领的团队得到了国家重大基础研究“973”项目的支持，何涛即是团队中正渗透项目的主要成员之一。