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【中國環(huán)保在線 技術(shù)前沿】數(shù)百次的試驗和論證，近日來自浙江大學化學工程與生物工程學院張林教授團隊研制出一種制備薄膜的新方法，使納濾膜原本光滑的表面“長”出“圖靈結(jié)構(gòu)”。對此，張林教授表示，“如果能把納濾膜做成圖靈結(jié)構(gòu)，就可以在膜表面提供更多讓水透過的位點，極大增強膜的透水性能。”
當規(guī)則重復的圖案形態(tài)邂逅水處理納濾膜，將擦出怎樣的火花？近日，浙江大學實驗室誕生的一張新型凈水膜，它不同尋常的表面形貌正符合圖靈當年提出的圖靈結(jié)構(gòu)理論。利用“圖靈結(jié)構(gòu)”開發(fā)出一款新型納濾膜，這既是在薄膜上制造出了納米尺度的“圖靈結(jié)構(gòu)”，也是“圖靈結(jié)構(gòu)”實現(xiàn)于應(yīng)用領(lǐng)域，用來指導凈水膜的制備的先例。
納濾膜，即允許溶劑分子或某些低分子量溶質(zhì)或低價離子透過的一種功能性的半透膜。通過“界面聚合反應(yīng)”來制備的納濾膜，憑借能去除水中特定的有機物、色素和鹽的性能，現(xiàn)已成為用于深度水處理、硬水軟化、苦咸水處理等領(lǐng)域的重要材料。而在此基礎(chǔ)上形成的納濾技術(shù)，作為當前先進的水處理技術(shù)之一，可降低處理成本，將在工業(yè)水回用、飲用水安全保障、雨水資源化利用以及西部苦咸水處理等領(lǐng)域發(fā)揮積極作用。
英國科學家阿蘭·圖靈認為，任何重復的自然圖案都是通過兩種具有特定特征的事物相互反應(yīng)產(chǎn)生的，終形成斑紋、條紋、斑點等“圖靈結(jié)構(gòu)”。基于此，原本平整光滑的膜，“長”出了致密、具有周期性的形貌——那就是“圖靈結(jié)構(gòu)”。通過調(diào)節(jié)聚乙烯醇的濃度，還可得到泡狀、管狀等不同的“圖靈結(jié)構(gòu)”。而根據(jù)反應(yīng)物的配比不同，能形成表面形貌完全不同的兩種凈水膜。
公開資料顯示，界面聚合制備超薄分離膜技術(shù)從上個世紀80年代問世沿用至今，已經(jīng)相當成熟。但判斷是否屬于圖靈反應(yīng)—擴散方程的關(guān)鍵之處在于，反應(yīng)中的活化劑和抑制劑各自的擴散速率必須有數(shù)量級的差異。在長時間的不斷試驗后，哌嗪與均苯三甲酰氯“舞”出了不一樣的路線，終形成了一張具有納米級“圖靈結(jié)構(gòu)”的納濾膜。電子顯微鏡下，這些結(jié)構(gòu)如同一個個半圓形的“帳篷”密密麻麻地覆在膜的表面。
與傳統(tǒng)制造工藝相比，其中有很多空隙，減少了水透過的阻力，使得膜的分離性能比傳統(tǒng)制備方法制備的膜要優(yōu)良的多。這項膜制備技術(shù)不必對現(xiàn)有生產(chǎn)線做任何改造，就能生產(chǎn)出性能更優(yōu)的凈水膜，有良好的應(yīng)用前景。經(jīng)過測試，這些通道使得膜的透水性能，能將海水中的鹽分和水快速地分離開來，速度將是傳統(tǒng)凈水膜的 3 倍，大大降低了膜的濾水成本。同時可提供更大的有效水傳遞面積，因此材料擁有更高的水通量和鹽截留性能。
正如浙江大學化學工程與生物工程學院張林教授指出，“本技術(shù)僅在傳統(tǒng)制備納濾膜的過程中增加了添加親水大分子的工序，這種方法未對傳統(tǒng)工藝進行調(diào)整，因此容易實現(xiàn)工業(yè)化。”張林進而指出，可先將圖靈凈水膜用于海水凈化的預處理階段，去除鹽分還是可以采用傳統(tǒng)的反滲透膜。但可以預見的是，“圖靈結(jié)構(gòu)”的納濾膜無疑將在工業(yè)水回用、飲用水安全保障、雨水資源化利用、飲用水深度處理及工業(yè)水回收等領(lǐng)域發(fā)揮出積極作用。
