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【中國(guó)環(huán)保在線 技術(shù)前沿】數(shù)百次的試驗(yàn)和論證，近日來(lái)自浙江大學(xué)化學(xué)工程與生物工程學(xué)院張林教授團(tuán)隊(duì)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(zhǎng)”出“圖靈結(jié)構(gòu)”。對(duì)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(guò)的位點(diǎn)，極大增強(qiáng)膜的透水性能。”
當(dāng)規(guī)則重復(fù)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(xué)實(shí)驗(yàn)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(dāng)年提出的圖靈結(jié)構(gòu)理論。利用“圖靈結(jié)構(gòu)”開(kāi)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(shí)現(xiàn)于應(yīng)用領(lǐng)域，用來(lái)指導(dǎo)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(jià)離子透過(guò)的一種功能性的半透膜。通過(guò)“界面聚合反應(yīng)”來(lái)制備的納濾膜，憑借能去除水中特定的有機(jī)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(dāng)前先進(jìn)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(guó)科學(xué)家阿蘭·圖靈認(rèn)為，任何重復(fù)的自然圖案都是通過(guò)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(diǎn)等“圖靈結(jié)構(gòu)”?；诖耍酒秸饣哪?，“長(zhǎng)”出了致密、具有周期性的形貌——那就是“圖靈結(jié)構(gòu)”。通過(guò)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(kāi)資料顯示，界面聚合制備超薄分離膜技術(shù)從上個(gè)世紀(jì)80年代問(wèn)世沿用至今，已經(jīng)相當(dāng)成熟。但判斷是否屬于圖靈反應(yīng)—擴(kuò)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(kuò)散速率必須有數(shù)量級(jí)的差異。在長(zhǎng)時(shí)間的不斷試驗(yàn)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(jí)“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(gè)個(gè)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(guò)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(xiàng)膜制備技術(shù)不必對(duì)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(guò)測(cè)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(kāi)來(lái)，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(shí)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(xué)化學(xué)工程與生物工程學(xué)院張林教授指出，“本技術(shù)僅在傳統(tǒng)制備納濾膜的過(guò)程中增加了添加親水大分子的工序，這種方法未對(duì)傳統(tǒng)工藝進(jìn)行調(diào)整，因此容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。”張林進(jìn)而指出，可先將圖靈凈水膜用于海水凈化的預(yù)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(yù)見(jiàn)的是，“圖靈結(jié)構(gòu)”的納濾膜無(wú)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。
