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反渗透（Reverse Osmosis ，RO）的发明和大规模应用是现代水处置惩罚手艺生长的标记性成绩 。作为一种1950年月以后生长起来的先进膜疏散手艺 ，反渗透已经普遍应用于海水淡化、苦咸水脱盐、家用水净化和废水回用等领域 。2018年 ，全球接纳反渗透手艺生产的海水淡化水已抵达110亿吨以上 ，可供3.2亿人使用 。近70年来 ，众多主要的科学家、企业家和一大批科技公司携手演绎了一段精彩纷呈的反渗透手艺生长 。
我们知道 ，医生给病人输液时经常使专心理盐水 ，它是浓度为0.9%的氯化钠水溶液 。这个浓度与人的体液浓度相当 ，因此输液后不会因在细胞膜两侧爆发显著的渗透征象而对人体造成危险 。渗透征象虽然在我们的身体内天天都在爆发 ，但直到1748年才被法国物理学家诺莱（Jean-Antoine Nollet）从科学角度第一次发明 。
诺莱是个热爱科学的大人物 ，听说还给路易十五演示过莱顿瓶放电实验 。他接纳猪膀胱作为半透膜 ，将两种差别浓度的乙醇水溶液离隔 ，从而通过实验视察到了渗透征象 。1886年 ，一位荷兰科学家通过总结实验数据 ，提出了稀溶液的渗透压盘算公司 。若是你学过物理化学 ，你也许还记得 ，这小我私家叫范特霍夫（Van‘t Hoff） 。
1950年月 ，肯尼迪政府为相识决美国一些干旱地区的水资源欠缺问题 ，以及天下性太过使用地下水的问题 ，最先寄希望于海水淡化 。1952年 ，美国国会通过盐水转化法案（Saline Water Conversion Act） 。1953年 ，最先资助脱盐手艺研究 ，只管昔时经费只有17.5万美元 。1955年 ，美海内务部专门设立了盐水办公室（Office of Saline Water ，OSW） ，以统筹种种海水淡化手艺的研究 。1970年 ，OSW的年度经费已增至约2600万美元 。
1949年 ，加州大学洛杉矶分校（UCLA）的哈斯勒（Gerald Hassler）等人最早启动了膜脱盐研究 。1950年 ，哈斯勒在UCLA的一份内部报告中形貌了“盐倾轧渗透膜”（Salt Repelling Osmotic Membrane）的看法 ，但厥后续研究有点跑偏 。1956年8月 ，哈斯勒在另一份UCLA内部报告中首先创立了“Reverse Osmosis”一词 。
1954年前后 ，弗罗里达大学瑞德（Charles Reid）教授的团队在OSW的资助下也最先研究脱盐渗透膜 。他们评价了许多从市场上找到的商业薄膜 ，发明醋酸纤维素膜具有优异的半透性 ，盐截留率大于99% ，水渗透系数为0.00012m3/m2·d·atm 。只管膜的透水性较现代商业膜低两个数目级以上 ，毫无商业价值 ，但他们第一次使用人工合成膜实验验证了压力驱动的反渗透膜脱盐看法 。1957年4月 ，瑞德和他的同事布勒东（E. J. Breton）在给OSW的一份报告中使用了“RO”一词 。
有意思的是 ，在谁人没有互联网和朋侪圈的年月 ，只管这两所大学都在研究脱盐膜 ，但相互并不知情 ，直到1957年11月 ，他们在OSW组织的一次钻研会上相遇 。
接下来的问题是 ，怎样大幅提高膜的透水率 ，以获得适用价值呢 ？
1956年 ，UCLA除了哈斯勒课题组外 ，尤斯特（Samuel Yuster）教授的课题组也在OSW的资助下开展膜脱盐研究 。33岁的索里拉金（Srinivasa Sourirajan） ，一位印度裔科学家 ，首先加入了这项研究 。只管他们并不知晓瑞德课题组正在举行的研究 ，但英雄所见略同 ，他们接纳了类似的压力驱动的研究蹊径 。1958年炎天 ，41岁的洛布（Sidney Loeb） ，一位犹太裔科学家 ，也加入了该课题组 。
索里拉金和洛布首先举行的事情也是筛选商业薄膜 。在此历程中 ，他们发明通过对一种商业醋酸纤维素超滤膜举行热处置惩罚 ，可以使其具有一定的脱盐性能 。他们还意外地发明 ，膜在测试时的朝向至关主要 ，其中一面朝向进料液的效果要显著优于另一面 。
热处置惩罚醋酸纤维素膜的盐截留率抵达了92% ，水的渗透系数则抵达了0.00095m3/m2·d·atm ，远高于其它薄膜 。更为主要的是 ，他们由此熟悉到 ，膜结构上的差池称性对膜性能影响重大 ，降低膜的有用厚度是要害 。为了进一步提高膜的性能 ，两位科学家决议自己制膜 。
1959年 ，洛布和索里拉金通过一系列探索 ，接纳醋酸纤维素-丙酮-水-高氯酸镁四种质料 ，以22.2：66.7：10.0：1.1的比例配制铸膜液 ，并通过温度、蒸发时间、热处置惩罚等因素优化 ，首次制备出具有差池称结构的合成反渗透膜 。所谓差池称结构 ，简朴说就是一张膜由支持层和疏散层两部分组成 ，支持层在结构上较量松散 ，疏散层在结构上较量致密 。这种膜厥后被称为L-S膜 。
洛布和索里拉金的差池称膜的盐截留率抵达99% ，水的渗透系数则抵达惊人的0.0048 m3/m2·d·atm ，是超滤热处置惩罚膜的5倍 ，险些与现代商业反渗透膜处于统一个数目级 。这种膜还具有优异的机械稳固性 。这一突破为反渗透手艺最终走向大规模工程应用提供了最主要的手艺基础 。以后 ，反渗透膜手艺进入了快速生耐久 ，并逐步走向商业应用 。
1965年 ，在洛布加入指导下 ，天下上第一台商业反渗透装置在加利福尼亚州科林加（Coalinga）小镇建成 ，天天产水5000加仑 。这标记着人类以可接受本钱大规模地从海水制取饮用水的梦想成为了现实 。很快 ，加州多地相继泛起了新的中试线 ，推动了该手艺的迅速希望 。
第三部分 乐成商业化
L-S膜的降生给反渗透手艺的工业应用带来了曙光 。但要实现商业化应用 ，显然还需要解决一个至关主要的工程问题 ，这就是膜组件的设计 。
洛布和索里拉金1959年发明的L-S膜是平板膜片 ，因此早期的膜组件直接借用了工业过滤装备的板框式结构 。洛布等人随后还开发了直径在1-3厘米之间的管式反渗透膜 ，并应用在科林加装置上 。但无论是板框式照旧管式 ，都保存装配重大、单位体积内装填的膜面积小等缺陷 ，因此最终没能生长为商业反渗透膜组件的主流形式 。
1965年前后 ，陶氏化学（Dow Chemical）和杜邦（DuPont）公司均投入实力开发中空纤维反渗透膜 ，这可能与它们熟悉纺织业的配景有关 。
1966年 ，陶氏化学的马洪（H. I. Mahon）设计了第一套中空纤维膜纺丝系统 ，开发了基于三醋酸纤维素质料的中空纤维反渗透膜 ，并申请了第一件专利（US3228877） 。他们接纳的同心毛细孔喷丝头 ，外孔内径为400微米 ，内孔外径为200微米 ，内孔内径为100微米 。
1971年 ，杜邦公司申请了基于聚酰胺质料的中空纤维反渗透膜组件专利（US3567632） 。1979年 ，另一家具有纺织配景的公司也在开发中空纤维反渗透膜组件 ，这就是日本东洋纺（TOYOBO）公司 。
中空纤维反渗透膜组件具有很高的装填密度 ，但由于丝径极细 ，水力学状态不可控 ，容易爆发污堵 ，因此最终并未成为反渗透膜组件的主流 。这也是促使陶氏化学厥后转向卷式膜的缘故原由 。东洋纺则是唯逐一个至今仍保存醋酸纤维素中空纤维反渗透膜生产线的厂家 。
若是说1959年是反渗透在手艺上取得里程碑式突破的一年 ，那么1963年就是反渗透在商业化上乐成播下种子的一年 。
1963年 ，位于明尼苏达州明尼阿波利斯（Minneapolis）市的北极星研究所（North Star Research Institute）也在OSW资助下开展脱盐手艺研究 。1967年 ，北极星研究所的卡多特（John E. Cadotte）发明了微孔聚砜支持膜 。随后几年 ，他又开发了多种非醋酸纤维素复合膜 。但他对反渗透的热情并不但限于研究 。
1977年 ，卡多特与其他3人一起建设了FilmTec公司 。1979年 ，卡多特申请了天下上第一个界面聚正当制备反渗透膜的专利（US4277344） 。界面聚正当使得反渗透膜的支持层和疏散层在制备历程中可以划分加以优化 ，从而进一步提升了膜的性能 ，这就是所谓的薄层复合膜（TFC） 。界面聚合也成为现代商业化反渗透膜的标准制备工艺 。
1985年 ，陶氏化学在放弃中空纤维反渗透膜后 ，全资收购了FilmTec公司 。这就是台甫鼎鼎的陶氏膜的由来 。时至今日 ，陶氏反渗透膜产品依然沿用了FilmTec商标 。2017年 ，一经在中空纤维反渗透膜上惺惺相惜的陶氏化学与杜邦公司实现了合并 。
也是在1963年前后 ，41岁的二战退伍老兵布雷（Donald T. Bray）最先研究反渗透膜 。他于5年前加入了通用原子（General Atomics）公司 。1965年 ，布雷申请了天下上第一个多膜片卷式反渗透膜组件专利（US3417870） ，涤讪了现在通用的卷式反渗透膜组件的基本结构 。
通用原子公司的反渗透膜营业厥后演变为流系一切（Fluid Systems）公司 。1998年 ，流系一切公司被科氏膜系统（Koch Membrane Systems）公司收购 ，这就是科氏膜的由来 。
但布雷的故事并未竣事 。1967年 ，他脱离了通用原子公司 ，并建设了脱盐系统（Desalination Systems）公司 。脱盐系统公司在膜片生产与膜组件卷制机械上做了大宗事情 ，成为业内着名的反渗透膜生产商 ，其产品还包括具有奇异多层结构的纳滤膜 。
同样是1963年 ，达特茅斯学院（Dartmouth College）的二年级学生斯帕茨（Dean Spatz）正在忙于他的工程课项目 。他们要为南达科他州住民糟糕的饮用水设计一种合适的处置惩罚要领 ，而他决议接纳刚刚问世不久的反渗透手艺 ，并乐成制作了一台样机 。
斯帕茨由此对反渗透手艺爆发了浓重兴趣 ，将其作为自己本科及硕士学位论文的主题 ，并在1965年获得OSW的经费资助 。听说斯帕茨在硕士研究时代 ，还请到了索里拉金担当照料 。
1968年 ，硕士结业的斯帕茨加入一家总部位于迈阿密的公司 ，并被派往明尼阿波利斯生长反渗透营业 。1969年 ，由于公司允许的资金没有到位 ，斯帕茨建设了自己的公司 。这就是奥斯莫尼斯（Osmonics）公司的降生 。
1996年 ，84岁的布雷把脱盐系统公司卖给了Osmonics公司 。2002年 ，GE以2.5亿美元的价钱收购了Osmonics公司 ，这就是GE膜的由来 。现在知道业内著名的GE纳滤膜从何而来了吧 。2017年 ，GE反渗透膜营业随GE水处置惩罚以34亿美元的价钱整体卖给了苏伊士（SUEZ）水务 。
照旧在1963年 ，日后成为反渗透膜领域的另一家台甫鼎鼎的公司 ，海德能（ Hydranautics）公司也在美国加州建设 。1970年 ，海德能公司正式进入反渗透膜领域 。果真资料显示 ，海德能与FilmTec公司还因卡多特的界面聚合专利结过梁子 。1987年 ，海德能公司被日今日东电工（Nitto Denko）正式收购 。
在日本 ，尚有一家公司很早就最先关注反渗透手艺 ，这就是东丽（Toray）公司 。1968年 ，东丽最先研究醋酸纤维素反渗透膜 。1978年 ，其第一款低压RO膜产品上市 。1991年 ，其海水RO膜元件上市 。2009年 ，蓝星东丽（TBMC）合资公司在北京建设 。
除了这些源自1960或1970年月的老牌厂家 ，反渗透膜领域的后浪也陆续涌现出来 。
1990年 ，韩国三星（Samsung）集团的一家子公司最先研究反渗透膜手艺 。1995年 ，其家用反渗透膜最先出口 。1997年 ，这家公司更名为世韩（Saehan）集团 。2001年 ，其高脱盐率海水淡化膜最先上市 。2008年 ，世韩集团更名为熊津化学（Woongjin Chemical） 。熊津化学的反渗透膜产品就是俗称的世韩膜 。2020年头 ，东丽收购了熊津化学56.2%的股权 。
2005年 ，号称以纳米手艺提升反渗透膜性能的NanoH2O公司在美国加州洛杉矶建设 。2014年 ，韩国LG化学以2亿美元全资收购了NanoH2O 。该公司近年来也逐步跨入主流RO膜供应商的行列 。
至此 ，国际上最着名的几大反渗透膜厂家都已经进场了 。据全球水务情报（GWI）统计 ，2012-2017年间 ，在50000吨/天以上的大型反渗透系统中 ，76%的RO膜出自东丽、陶氏、海德能、LG化学等4家供应商 ，划分占比28%、21%、17%和10% 。
从上文可以看出 ，上世纪60、70年月是外洋反渗透要害手艺麋集取得突破的时期 。而我国其时研究基础较弱 ，并且处于一段特殊的历史时期 ，因此同期反渗透手艺的研究显著落伍 。但通过适时的手艺引进和自主研发 ，积累了富厚的应用履历和起源的手艺效果 ，为我国反渗透膜手艺甚至是水处置惩罚手艺的周全前进打下了极为主要的手艺和人才基础 。
1966年 ，山东海洋学院化学系、国家海洋局一所、中科院青岛海洋所、中科院化学所等单位最先研究反渗透手艺 ，开发非对称醋酸纤维素膜 。1967年 ，国家科委和国家海洋局组织了天下性的海水淡化会战 ，青岛和北京主要开展反渗透法的研究 。加入会战的一部分人厥后搜集到海洋局二所 ，建设了海水淡化研究室 。1975年 ，海洋局二所等单位研制了日产淡水1.7吨的圆盘板式醋酸纤维素反渗透装置 。海洋局二所的海水淡化研究室逐渐生长成今天的杭州水处置惩罚手艺中心 。
中科院兰州冰川冻土沙漠研究所 ，由于地处西北苦咸水地区 ，也是海内较早从事反渗透手艺研究的单位之一 。1974年 ，他们开发出了日产10吨的醋酸纤维素套管式反渗透装置 。兰州所的膜手艺团队也逐渐生长成今天的甘肃省膜科学手艺研究院 。
1974年12月 ，为相识决天津等地的严重缺水问题 ，国家科学手艺向导小组在北京组织召开了天下海水淡化科技事情聚会 ，并制订了《1975-1985年天下海水淡化科学手艺生长妄想》 。海洋局二所、兰州冰川冻土沙漠所、北京环化所、天津合成质料研究所、中科院海洋所等单位加入反渗透手艺研究 。
70年月中后期 ，海内一些单位紧跟国际手艺生长趋势 ，举行了中空纤维和卷式反渗透元件的研究 ，并于80年月实现了起源的工业化 。80年月中重新最先复合膜的开发 ，经七五、八五攻关中试放大乐成后 ，我国反渗透膜手艺最先从实验室研究走向工业规模应用 。
我国在上世纪80年月后期最先应用反渗透手艺 ，以后应用规� ？焖僭鎏� 。1988年 ，中国市场销售的8寸膜为600支 。1990年 ，大亚湾核电站建设了海内第一套反渗透海水淡化妆置 ，日产淡水200吨 。1999年 ，大连市建成第一套1000吨/天的反渗透海水淡化妆置 。2005年 ，青岛市建成第一套10,000吨/天的反渗透海水淡化妆置 。2009年 ，天津建成第一套100,000吨/天的反渗透海水淡化妆置 。
2018年底 ，我国累计建成反渗透海水淡化工程121个 ，淡化规模抵达825,641吨/天 。但我国更多的反渗透膜和系统应用在发电、石化、煤化工等工业用户上 。2014年 ，在中国工厂使用的反渗透膜有180万支 ，产水量抵达2700万吨/天 。
最近20年 ，我国反渗透膜的国产能力也在一直提升 。2000年 ，我国第一家国产反渗透膜生产企业——汇通源泉在南方汇通科技园区建设 。2002年 ，汇通源泉最先批量生产和销售聚酰胺复合反渗透膜元件 。2006年 ，汇通源泉更名为贵阳时代汇通；2010年 ，再次更名为时代沃顿科技有限公司 。
除时代沃顿和蓝星东丽外 ，湖南沁森、山东九章膜等众多海内反渗透膜生产企业也陆续泛起 。
反渗透手艺的发明和大规模应用是人类历史上一项了不起的科学成绩 。这一发明的最初动力来自于人类向大海要水的梦想 。反渗透手艺近70年的生长历史 ，完善讲述了人类使用科学手艺将这个梦想酿成现实的故事 。
回首这段历史 ，应该说美国政府的专项资助妄想对反渗透手艺初期的生长起到了极大的推行动用 ，很洪流平上涤讪了美国在反渗透手艺上的领先优势 。从立异链条看 ，哈斯勒、瑞德等先驱提出了准确的设想 ，确立了反渗透手艺准确的研究偏向；洛布和索里拉金的开创性事情填补了反渗透从看法到适用之间最大的手艺鸿沟；卡多特、布雷、斯帕茨等人兼具科学家素养和企业家精神 ，在推动反渗透实现从手艺到产品的跨越上功不可没 。
从研发角度看 ，洛布和索里拉金合成第一张差池称反渗透膜的研究事情十分精彩但并非神奇 。洛布曾在1980年详细回首过这段履历 。他们从验证看法、发明差别最先 ，到剖析缘故原由、提出假设 ，到刷新计划、验证假设 ，最后才获得乐成 。其中既有运气和灵感的因素 ，也受到了文献的启发 ，尚有同事的有益建议 ，就像爆发在我们身边的故事那样 。
近年来 ，反渗透手艺的应用越来越多地拓展到工业水处置惩罚领域 ，特殊是工业废水回用与零排放处置惩罚领域 。这一方面临反渗透膜在抗污染、耐洗濯等方面提出了更高的要求 ，另一方面也对反渗透的浓缩能力寄予了更高的期待 。碟管式反渗透（DTRO）、高压反渗透（HPRO）、高盐反渗透（HSRO）等新型反渗透膜产品与工艺应运而生 。
展望未来 ，反渗透手艺还将一直拓展应用领域与规模 ，甚至可能倾覆40年前建设的手艺框架 。而随着手艺、人才和履历的积累 ，国产反渗透膜与入口品牌之间的手艺壁垒正在消逝 ，国产膜周全取代入口膜只是时间问题 。别的 ，由于我国是全球最主要的工业废水回用与零排放市场 ，这为国产反渗透膜手艺在未来实现手艺逾越提供了有利条件 。
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