RO膜的有孔無孔之爭與過濾模型

———RO膜的有孔無孔之爭與過濾模型反滲透（RO）膜作為污染物截留效率最高的過濾膜，其微觀結(jié)構(gòu)及過濾機(jī)理始終是討論的熱點(diǎn)。那么，RO膜畢竟是有孔膜還是無孔膜？對于這一問題的認(rèn)知和回答將直接影響對RO膜過濾機(jī)理的熟悉。隨著技術(shù)手段的進(jìn)步以及對RO膜微觀結(jié)構(gòu)的深化解析，上述問題的答案也在不斷發(fā)生轉(zhuǎn)變。

對RO膜過濾機(jī)理及其微觀結(jié)構(gòu)的討論，最早起步于上世紀(jì)50年月。早在1958年，Kedem等討論者就提出了用于描述RO過濾過程的表觀現(xiàn)象模型。該模型只從表觀現(xiàn)象層面進(jìn)行分析，將膜表面分為清潔與污堵兩部分，模型假設(shè)過于抱負(fù)，也并未涉及RO膜的結(jié)構(gòu)，與實際的簡單狀況相去甚遠(yuǎn)。

隨著討論的深化，RO膜孔的問題在1965年首次被關(guān)注。Lonsdale等人認(rèn)為RO膜的功能層是致密無孔的結(jié)構(gòu)，并基于此提出首個RO膜過濾的機(jī)理模型：溶解-集中模型（Solution-diffusionmodel，SDM），溶質(zhì)和溶劑在化學(xué)位差的推動下以集中的形式穿過RO膜。隨后，Sherwood修正了該模型，他認(rèn)為RO膜表面并非肯定的致密無孔，而是存在一些“孔”結(jié)構(gòu)。但此次修正僅僅將這些“孔”視為膜表面的缺陷，仍舊忽視了膜的精細(xì)結(jié)構(gòu)對膜性能的影響，也并不認(rèn)為抱負(fù)的RO膜是有孔結(jié)構(gòu)。

1970年，RO膜首次被認(rèn)定為有孔膜。Sourirajan基于有孔膜假設(shè)提出優(yōu)先吸附-毛細(xì)孔流模型（Preferentionsorption-capillaryflowmodel，PSCFM）。該模型認(rèn)為RO膜面的孔徑是在時刻變化的，膜孔可以對進(jìn)水中的不同組分選擇透過，從而達(dá)到分別作用。這為RO膜的討論供應(yīng)了一種新思路，即可結(jié)合有孔膜的過濾定律——達(dá)西定律（Darcy’sLaw）描述RO膜過濾過程。

雖然后續(xù)關(guān)于RO膜過濾機(jī)理的討論大多是基于PSCFM的假設(shè)（即RO膜有孔），但RO膜的有孔結(jié)構(gòu)始終未被直接證明。直到2022年，Chen等人利用新型陽電子湮滅技術(shù)（PositronAnnihilationTechniques）首次證明了RO膜為有孔膜。緊接著，Jonathan等人在2022年利用新型儀器納米高滲儀，通過納米滲透法（nanopermporometry，NPP）對RO膜的孔徑進(jìn)行了測定，并將測定結(jié)果與依據(jù)歸一化Knudsen滲透率（NormalizedKnudsen-basedpermeance，NKP）和陽電子衰減譜圖（positronannihilationlifetimespectroscopy，PALS）估算得出的孔徑進(jìn)行定量比較。該討論測算出RO膜的孔徑大多在0.2-0.6nm左右，且證明了不同的RO膜合成方法將影響膜孔徑大小。Hideaki等人也利用陽電子湮滅技術(shù)測得的陽電子衰減譜圖（positronannihilationlifetimespectroscopy），計算出RO膜孔徑在0.6-0.7nm左右并在不斷變化，且發(fā)覺操作壓力對膜孔徑有肯定影響。

由于新儀器的開發(fā)與新技術(shù)的應(yīng)用，RO膜的有孔結(jié)構(gòu)也漸漸成為新的共識。這也意味著，對于RO膜過濾過程的討論，進(jìn)入了一個嶄新的階段?；谏鲜鲇懻摮晒?，清華高校環(huán)境學(xué)院胡洪營教授團(tuán)隊討論證明白原本被認(rèn)為僅適用于微濾、超濾等有孔膜過濾過程的中間堵塞模型（intermediateblockingmodel），同樣能夠精確?????描述不同有機(jī)物在各種操作條件下的RO膜污堵行為，且可量化有機(jī)物的污堵潛勢。在此基礎(chǔ)上，提出了RO膜通量猜測模型，從而實現(xiàn)了利用污染物濃度精確?????猜測其RO膜污堵行為的目標(biāo)，解決了膜通量猜測難題。

反滲透（RO）膜作為污染物截留效率最高的過濾膜，其微觀結(jié)構(gòu)及過濾機(jī)理始終是討論的熱點(diǎn)。那么，RO膜畢竟是有孔膜還是無孔膜？對于這一問題的認(rèn)知和回答將直接影響對RO膜過濾機(jī)理的熟悉。隨著技術(shù)手段的進(jìn)步以及對RO膜微觀結(jié)構(gòu)的深化解析，上述問題的答案也在不斷發(fā)生轉(zhuǎn)變。

對RO膜過濾機(jī)理及其微觀結(jié)構(gòu)的討論，最早起步于上世紀(jì)50年月。早在1958年，Kedem等討論者就提出了用于描述RO過濾過程的表觀現(xiàn)象模型。該模型只從表觀現(xiàn)象層面進(jìn)行分析，將膜表面分為清潔與污堵兩部分，模型假設(shè)過于抱負(fù)，也并未涉及RO膜的結(jié)構(gòu)，與實際的簡單狀況相去甚遠(yuǎn)。

隨著討論的深化，RO膜孔的問題在1965年首次被關(guān)注。Lonsdale等人認(rèn)為RO膜的功能層是致密無孔的結(jié)構(gòu)，并基于此提出首個RO膜過濾的機(jī)理模型：溶解-集中模型（Solution-diffusionmodel，SDM），溶質(zhì)和溶劑在化學(xué)位差的推動下以集中的形式穿過RO膜。隨后，Sherwood修正了該模型，他認(rèn)為RO膜表面并非肯定的致密無孔，而是存在一些“孔”結(jié)構(gòu)。但此次修正僅僅將這些“孔”視為膜表面的缺陷，仍舊忽視了膜的精細(xì)結(jié)構(gòu)對膜性能的影響，也并不認(rèn)為抱負(fù)的RO膜是有孔結(jié)構(gòu)。

1970年，RO膜首次被認(rèn)定為有孔膜。Sourirajan基于有孔膜假設(shè)提出優(yōu)先吸附-毛細(xì)孔流模型（Preferentionsorption-capillaryflowmodel，PSCFM）。該模型認(rèn)為RO膜面的孔徑是在時刻變化的，膜孔可以對進(jìn)水中的不同組分選擇透過，從而達(dá)到分別作用。這為RO膜的討論供應(yīng)了一種新思路，即可結(jié)合有孔膜的過濾定律——達(dá)西定律（Darcy’sLaw）描述RO膜過濾過程。

雖然后續(xù)關(guān)于RO膜過濾機(jī)理的討論大多是基于PSCFM的假設(shè)（即RO膜有孔），但RO膜的有孔結(jié)構(gòu)始終未被直接證明。直到2022年，Chen等人利用新型陽電子湮滅技術(shù)（PositronAnnihilationTechniques）首次證明了RO膜為有孔膜。緊接著，Jonathan等人在2022年利用新型儀器納米高滲儀，通過納米滲透法（nanopermporometry，NPP）對RO膜的孔徑進(jìn)行了測定，并將測定結(jié)果與依據(jù)歸一化Knudsen滲透率（NormalizedKnudsen-basedpermeance，NKP）和陽電子衰減譜圖（positronannihilationlifetimespectroscopy，PALS）估算得出的孔徑進(jìn)行定量比較。該討論測算出RO膜的孔徑大多在0.2-0.6nm左右，且證明了不同的RO膜合成方法將影響膜孔徑大小。Hideaki等人也利用陽電子湮滅技術(shù)測得的陽電子衰減譜圖（positronannihilationlifetimespectroscopy），計算出RO膜孔徑在0.6-0.7nm左右并在不斷變化，且發(fā)覺操作壓力對膜孔徑有肯定影響。

由于新儀器的開發(fā)與新技術(shù)的應(yīng)用，RO膜的有孔結(jié)構(gòu)也漸漸成為新的共識。這也意味著，對于RO膜過濾過程的討論，進(jìn)入了一個嶄新的階段?；谏鲜鲇懻摮晒?，清華高校環(huán)境學(xué)院胡洪營教授團(tuán)隊討論證明白原本被認(rèn)為僅適用于微濾、超濾等有孔膜過濾