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摘要：反渗透膜的结构形式主要有四种：板式、管式、卷式和中空纤维式。板式和管式由于效果和效益较差等原因，仅用于小批量的浓缩分离，卷式和中空纤维式是反渗透水处理的主要结构形式。目前卷式膜通常是芳香族聚酰胺复合膜，中空纤维膜主要是中空醋酸纤维素膜，因材质组分和结构形式的不同，卷式芳香族聚酰胺膜与中空醋酸纤维素膜在性能方面也有所差异。两者材质组分、结构形式和性能的对比分析，对反渗透膜选型具有重要意义。
关键词：卷式芳香族聚酰胺反渗透膜；中空醋酸纤维素反渗透膜；结构；性能；对比分析
引言
反渗透膜在结构上分类主要有四种：板式、管式、卷式和中空纤维式，板式和管式由于效果和效益较差等原因，仅用于小批量的浓缩分离，在大型反渗透水处理行业，主要是应用卷式和中空纤维式反渗透膜。卷式膜应用较为广泛的是芳香族聚酰胺膜，中空纤维膜主要是中空醋酸纤维素膜。因材质组分和结构形式的不同，卷式芳香族聚酰胺膜与中空醋酸纤维素膜在性能方面也有所差异。本文主要在膜材质组分、结构形式和性能等方面进行对比分析。
1 卷式芳香族聚酰胺膜与中空醋酸纤维素膜材质组分对比分析
1.1 卷式芳香族聚酰胺膜材质组分
芳香族聚酰胺复合反渗透膜主要由110um厚无纺布、50um厚聚砜层和200nm厚交联芳香族聚酰胺层组成。
无纺布是一种不需要纺纱织布而形成的织物。将纺织短纤维或者长丝进行定向或随机撑列，形成纤网结构，然后采用机械、热粘或化学等方法加固而成。无纺布具有质轻、柔软、拨水透气、无毒无刺激及抗菌抗化学药剂等特点，在卷式芳香族聚酰胺膜中作为基层材料。
由于基层的无纺布表面不很平坦和多孔，不能直接支撑脱盐层，需在基层上表面浇注一层聚砜微孔层，用于直接支撑脱盐层。聚砜全称为聚砜树脂，一般经缩聚反应→水洗→干燥→造粒流程工艺制备而成。聚砜层表面孔径可控制在0.015μm，在聚砜层的支撑下，脱盐层能够承受较高的压力。
芳香族聚酰胺层是反渗透膜的脱盐层，芳香族聚酰胺是指主链含有苯环和酰胺键（-CO-NH-）的一类多功能聚合物材料。由于芳香族聚酰胺分子主链中存在苯环，所以由它制备的膜具有良好的耐压性和热稳定性。
1.2中空醋酸纤维素膜材质组分
中空纤维反渗透膜是外形像纤维状、中空、具有自支撑和反渗透作用的分离材料，它只能透过水分子而不能透过溶解盐类、胶体、细菌、微生物、有机物等。
中空纤维是横截面沿轴向具有空腔的一种重要的异性纤维，中空纤维膜对水的吸附能力，以及作为复合材料时和基体材料的结合能力，在一定程度上不仅提高了纤维的刚度和硬挺度，而且还提高了纤维的抗弯性能和耐磨性能。
中空纤维通常是由熔融纺丝或湿法纺丝技术纺制而成的，其品种极其丰富、发展迅速，原料从最初的涤纶发展到锦纶、丙纶、粘胶、维纶、聚砜、碳纤维、醋酸纤维等。
2卷式芳香族聚酰胺膜与中空醋酸纤维素膜结构形式对比分析
2.1卷式芳香族聚酰胺膜结构
卷式膜元件是将制好的平板膜密封成信封状膜袋，在两个膜袋之间衬以格网间隔材料，然后紧密地卷绕在一根多孔的中心管上而形成卷式膜元件。
卷式膜元件中心管上的小孔用于收集产水，与其连接的是产水格网，产水格网可以在较高压力下避免膜片粘连而保持通畅的产水通道。膜片与进水格网组合，构成反渗透膜元件给水流道，使水流能均匀到达所有膜表面。膜片和进水格网放入产水格网中进行涂胶，将膜层边缘胶接在一起，然后把所有的膜片、进水格网和产水格网组合卷绕在中心管上，最后在膜两端装上端盖，外壳缠绕玻璃钢，形成卷式反渗透膜元件。
反渗透给水从膜元件端面进入，通过给水流道到达膜分离层表面，产水通过膜表面渗透进产水通道。在产水通道中沿螺旋方向进入膜元件的中心，收集到中心管内，而给水由于盐分浓度增加变成浓水从膜元件另一端面流出。
2.2 中空醋酸纤维素膜结构
目前，中空醋酸纤维素反渗透膜元件主要是有两种类型：径向流型、轴向流型。大多数商业化的中空醋酸纤维素反渗透膜组件是径向流型，尤其是在高压海水脱盐和中压苦咸水淡化领域。
比较典型的径向流型是三醋酸纤维素中空纤维模型。外径为175um的三醋酸纤维素中空纤维围绕着一根多孔管状核心。圆柱型的纤维束两端用环氧树脂固定，然后其一端或者两端被垂直切开，以打开中空纤维。最后，再将管束插入一个压力容器后密封
3卷式芳香族聚酰胺膜与中空醋酸纤维素膜性能对比分析
3.1 卷式芳香族聚酰胺膜性能特点
芳香族聚酰胺分子主链中存在苯环，由它制备的反渗膜具有很好的耐压密性和热稳定性，同时该材料具有化学稳定性好、耐有机溶剂等突出性能。这些基础性能为其在反渗透膜领域的应用提供了极大的潜力，但由于芳香族聚酰胺材料本身结构与化学性质的限制，也会导致一些问题，如水处理过程中有机物对膜的污染导致膜渗透性能的下降，余氯对聚酰胺的氯化降解作用致使膜的分离性能下降。渗透汽化和气体分离应用过程中，芳香族聚酰胺的刚性芳环结构及酰胺键之间较强的氢键作用，使聚合物内部链活动受限，自由体积较小，导致膜的渗透性较差等。
随着材料制备和膜改性技术的发展，许多研究者对芳香族聚酰胺膜进行了一系列的改性研究，包括表面涂覆、接枝、共混、共聚等。
卷式芳香族聚酰胺膜主要典型性能参数如下表3.1所示
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表3.1卷式芳香族聚酰胺膜主要典型性能参数
3.2 中空醋酸纤维素膜性能特点
中空醋酸纤维素膜原料来源广，价格低廉，制备容易，成膜性能好，膜表面光洁，不易结垢，耐氧化和游离氯的性能较好，选择性高；另一方面，中空醋酸纤维素膜过渡层易压密，不耐化学试剂，不耐生物降解，易水解，操作压力要求偏高，膜通量衰减较快，pH范围较窄。
中空醋酸纤维素膜主要典型性能参数如下表3.2所示（具体参数指标不同厂家有所不同）：
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表2.3.2 中空醋酸纤维素膜主要典型性能参数
总结
本文主要在材质组分、膜结构及性能特点等三个方面对卷式芳香族聚酰胺反渗透膜与中空醋酸纤维素反渗透膜进行了对比分析。卷式芳香族聚酰胺反渗透膜与中空醋酸纤维素反渗透膜主要有以下优劣势差异：
卷式芳香族聚酰胺反渗透膜的化学稳定好，中空醋酸纤维素反渗透膜易发生水解；卷式芳香族聚酰胺反渗透膜的传输性能好，操作压力低，脱盐率高；卷式芳香族聚酰胺反渗透膜在运行中不易被压实，而中空醋酸纤维素反渗透膜在运行中易被压实，致使产水量随使用时间的增长有明显下降；中空醋酸纤维素反渗透膜较耐氧化，耐游离氯性能较强；中空醋酸纤维素反渗透膜价格较低，制备容易，成膜性能好，膜表面光洁，不易结垢。
参考文献：
［1］《卷式聚酰胺复合反渗透膜元件》，GB/T 34241-2017；
［2］《东丽膜产品技术手册》；
［3］《美国海德能膜技术手册》；
［4］膜材，360百科；
［5］杜世媛 王俊等。芳香族聚酰胺膜材料研究进展。膜科学与技术。2016年10月。