无压花结构的超高压反渗透渗透载体

《Environmental Science & Technology》：Embossing-Free Permeate Carrier for Ultrahigh Pressure Reverse Osmosis

　　研究显示，超高压反渗透（UHPRO）和渗透辅助反渗透（OARO）工艺在80-120 bar下易导致RO膜压缩变形和表面凹陷，引发水通量下降和盐排斥率降低，甚至膜结构破裂。通过设计无凹陷渗透载体（EFPC），成功解决了这一问题，使商业RO膜在120 bar下保持稳定水通量和盐排斥率。

　　

膜法盐水浓缩（MBC）相比热法盐水浓缩（TBC）能够在更低的能耗和成本下实现盐水的浓缩，从而扩大了实现最小化或零液体排放（M/ZLD）的全球应用前景。超高压反渗透（UHPRO）和渗透辅助反渗透（OARO）技术中的MBC过程通常在80至120巴的压力范围内运行，具体取决于工艺配置。研究发现，在如此高的压力下使用商用反渗透膜时，会导致膜发生压缩和压花现象：前者会降低水的渗透性，后者则会增加渗透液的背压。最终，聚酰胺（及聚砜）层可能会破裂，导致在80至120巴的压力下盐分拦截能力不可逆地下降。光学和扫描电子显微镜（SEM）图像证实了这种压花现象与渗透液机械变形的一致性，从而明确了压花与膜性能下降之间的因果关系。为此，我们设计了一种无压花结构的渗透载体（EFPC），该载体由两层柔软的平纹网和中间一层坚硬的不锈钢网组成。这种EFPC有效消除了因压花引起的渗透液背压升高和膜损伤问题，使商用反渗透膜能够在高达120巴的压力下保持稳定的水通量和盐分拦截能力。总体而言，本研究表明，要充分发挥MBC技术的潜力，UHPRO/OARO技术的进步必须同时采用抗压缩性的反渗透膜和无压花结构的渗透载体。