1.1　膜科学与技术的发展历程

1.1.1　膜的历史

膜是一类在驱动力的作用下使不同物质分离的工具。驱动力通常为压力，也可以是热、光、化学刺激等；分离的机理有多种，主要基于被分离物质的几何、物理、化学性质。就水净化膜而言，分离通常是基于尺寸和表面性质（疏水相互作用、静电相互作用、络合相互作用等）。通常，水净化膜依据孔径尺寸分为微滤、超滤、纳滤、反渗透膜，所针对的分离对象也是从大到小变化，如图1.2所示。

图1.2　水净化膜的种类和分离对象（1Å=0.1nm）

由图1.2可知，微滤膜的孔径在100nm以上，主要分离细菌等大颗粒物质；超滤膜的尺寸范围是2～100nm，主要针对油水乳液、纳米微球、病毒等颗粒物进行分离；纳滤膜的孔径小于2nm，主要分离污水中的染料分子、二价及多价金属离子；反渗透膜则为无孔膜，主要用于分离NaCl和水，用于苦咸水和海水淡化过程。

人类对于膜的认知和使用，可以追溯到远古时代。当时的人们采用简单的天然织物等进行过滤，可以看作是最初的微滤。1748年法国哲学家J.Abbe Nollet提出渗透作用（osmosis）来描述水通过猪膀胱隔膜的现象，被认为是有史以来关于膜研究的第一个记录。1855年，Fick用硝酸纤维素制备了人工合成膜。1864年Traube制备出了第一个人造亚铁氰化铜膜。1887年，van’t Hoff用Traube和Pfeffer所制备的膜来测定溶液的渗透压，并得出van’t Hoff方程。同一时期，Maxwell用选择性半透膜发展了气体动力学理论。

早期的膜基本局限于动物内脏，如猪、牛的膀胱膜、动物（如鱼）内脏的肠衣等，且仅限于实验室研究使用。直到1907年，Bechhold制备出了具有系列孔径的硝酸纤维素膜。其他学者包括Elford、Zsigmondy、Bachmann、Ferry改进了Bechhold的技术，于20世纪40年代早期实现了硝酸纤维素膜的商业化。在接下来的20年里，这种微孔膜的制备技术被推广到醋酸纤维素膜（见图1.3）。

图1.3　膜发展历史