1.1　膜科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展歷程

1.1.1　膜的歷史

膜是一類在驅(qū)動(dòng)力的作用下使不同物質(zhì)分離的工具。驅(qū)動(dòng)力通常為壓力，也可以是熱、光、化學(xué)刺激等；分離的機(jī)理有多種，主要基于被分離物質(zhì)的幾何、物理、化學(xué)性質(zhì)。就水凈化膜而言，分離通常是基于尺寸和表面性質(zhì)（疏水相互作用、靜電相互作用、絡(luò)合相互作用等）。通常，水凈化膜依據(jù)孔徑尺寸分為微濾、超濾、納濾、反滲透膜，所針對(duì)的分離對(duì)象也是從大到小變化，如圖1.2所示。

圖1.2　水凈化膜的種類和分離對(duì)象（1?=0.1nm）

由圖1.2可知，微濾膜的孔徑在100nm以上，主要分離細(xì)菌等大顆粒物質(zhì)；超濾膜的尺寸范圍是2～100nm，主要針對(duì)油水乳液、納米微球、病毒等顆粒物進(jìn)行分離；納濾膜的孔徑小于2nm，主要分離污水中的染料分子、二價(jià)及多價(jià)金屬離子；反滲透膜則為無(wú)孔膜，主要用于分離NaCl和水，用于苦咸水和海水淡化過(guò)程。

人類對(duì)于膜的認(rèn)知和使用，可以追溯到遠(yuǎn)古時(shí)代。當(dāng)時(shí)的人們采用簡(jiǎn)單的天然織物等進(jìn)行過(guò)濾，可以看作是最初的微濾。1748年法國(guó)哲學(xué)家J.Abbe Nollet提出滲透作用（osmosis）來(lái)描述水通過(guò)豬膀胱隔膜的現(xiàn)象，被認(rèn)為是有史以來(lái)關(guān)于膜研究的第一個(gè)記錄。1855年，F(xiàn)ick用硝酸纖維素制備了人工合成膜。1864年Traube制備出了第一個(gè)人造亞鐵氰化銅膜。1887年，van’t Hoff用Traube和Pfeffer所制備的膜來(lái)測(cè)定溶液的滲透壓，并得出van’t Hoff方程。同一時(shí)期，Maxwell用選擇性半透膜發(fā)展了氣體動(dòng)力學(xué)理論。

早期的膜基本局限于動(dòng)物內(nèi)臟，如豬、牛的膀胱膜、動(dòng)物（如魚）內(nèi)臟的腸衣等，且僅限于實(shí)驗(yàn)室研究使用。直到1907年，Bechhold制備出了具有系列孔徑的硝酸纖維素膜。其他學(xué)者包括Elford、Zsigmondy、Bachmann、Ferry改進(jìn)了Bechhold的技術(shù)，于20世紀(jì)40年代早期實(shí)現(xiàn)了硝酸纖維素膜的商業(yè)化。在接下來(lái)的20年里，這種微孔膜的制備技術(shù)被推廣到醋酸纖維素膜（見(jiàn)圖1.3）。

圖1.3　膜發(fā)展歷史