1.2　膜和膜过程的发展历史

1.2.1　膜科学技术发展史

膜在大自然中，特别是在生物体内是广泛存在的，但是人类对它的认识、利用、模拟直至人工合成的历史过程却是漫长而曲折的。人类发现渗透现象是在1748年，Nollet发现水会自发地扩散穿过猪膀胱而进入酒精中，首次揭示了膜分离现象。但是，直到19世纪中叶Graham发现了透析现象，人们才开始重视对膜的研究。最初，许多生理学家所使用的膜主要是动物膜。一直到1864年，Traube才成功地制成人类历史上第一张人造膜——亚铁氰化铜膜。后来Preffer用这种膜以蔗糖和其他溶液进行试验，把渗透压和温度及溶液浓度联系起来。其后Van’t Hoff以Preffer的结论为出发点，建立了完整的稀溶液理论。1911年Donnan研究了荷电体传递中的平衡现象。1930年Teorell、Meyer、Sievers等对膜电势的研究，为电渗析和膜电解的发明打下了基础，1950年W.Juda等试制成功第一张具有实用价值的离子交换膜，电渗析过程得到迅速的发展。1960年Loeb和Sourirajan共同制成了具有高脱盐率、高透水量的非对称醋酸纤维素反渗透膜，使反渗透过程迅速由实验室走向工业应用。与此同时，这种用相转化技术制备具有超薄皮层（分离层）的分离膜的新工艺，引起了学术界、技术界和工业界的广泛重视，在它的推动下，随后迅速出现了一个研究各种分离膜过程的高潮。1980年Cadotte开发出新型界面聚合复合膜制备工艺，为超薄复合膜的制备提供了新的途径。20世纪70年代超滤技术进入工业化应用并发展迅速，已成为应用领域最广的技术。进入80年代，无机膜也得到了快速发展。1984年Burggraaf采用Sol-Gel技术制备出多层不对称微孔陶瓷膜，1987年Hiroshi首次报道了在无机载体上合成分子筛膜。80年代后期渗透汽化技术进入工业应用，用于醇类等恒沸物脱水，能耗仅为恒沸精馏的1/3～1/2，经济优势显著。90年代，离子交换膜和电渗析技术进入高速发展期，主要用于苦咸水脱盐，到2000年全世界将1/3的氯碱生产转向膜法。同时期，出现低压反渗透复合膜，膜性能大幅度提高，为反渗透技术发展开辟了广阔的前景。进入21世纪，膜技术作为高效的分离技术被包括我国在内的众多国家提升到战略高度，膜材料和膜过程得到空前的发展。

表1-2、表1-3中分别列出了膜科学和膜工业的发展史。

表1-2　膜科学发展史

表1-3　膜工业发展史

1.2.2　我国膜科学技术发展概况

我国膜科学技术的发展是从1958年研究离子交换膜开始的。20世纪60年代是开创阶段，1964年开始反渗透的探索，1967年开始的全国海水淡化会战大大促进了我国膜科学技术的发展。70年代进入开发阶段，这个时期，电渗析、反渗透、超滤和微滤等各种膜和组器件都相继被研究开发出来。80年代跨入了推广应用阶段。80～90年代是气体分离和其他新膜过程的开发阶段。进入21世纪，我国膜技术发展迅速，已在水资源、能源、环境和传统产业改造等领域得到广泛应用，市场规模保持20%以上的增速，目前产值已超过两千亿元；我国膜技术基础研究和人才队伍均进入国际前列。我国膜科学技术发展史见表1-4。表1-5列出了我国与膜科学技术相关的学术团体。

表1-4　我国膜科学技术发展史

注：CA—醋酸纤维素；CA-CTA—二醋酸纤维素-三醋酸纤维素；PS—聚苯乙烯；PVDF—聚偏氟乙烯；PP—聚丙烯；PET—聚对苯二甲酸乙二醇酯；PC—聚碳酸酯；PTFE—聚四氟乙烯；PAN—聚丙烯腈；PI—聚酰亚胺；PVA—聚乙烯醇；6-APA—6-氨基青霉烷酸。

表1-5　我国膜科学与技术相关的学术团体