1.1　膜科學與技術的發展歷程

1.1.1　膜的歷史

膜是一類在驅動力的作用下使不同物質分離的工具。驅動力通常為壓力，也可以是熱、光、化學刺激等；分離的機理有多種，主要基于被分離物質的幾何、物理、化學性質。就水凈化膜而言，分離通常是基于尺寸和表面性質（疏水相互作用、靜電相互作用、絡合相互作用等）。通常，水凈化膜依據孔徑尺寸分為微濾、超濾、納濾、反滲透膜，所針對的分離對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，主要分離細菌等大顆粒物質；超濾膜的尺寸范圍是2～100nm，主要針對油水乳液、納米微球、病毒等顆粒物進行分離；納濾膜的孔徑小于2nm，主要分離污水中的染料分子、二價及多價金屬離子；反滲透膜則為無孔膜，主要用于分離NaCl和水，用于苦咸水和海水淡化過程。

人類對于膜的認知和使用，可以追溯到遠古時代。當時的人們采用簡單的天然織物等進行過濾，可以看作是最初的微濾。1748年法國哲學家J.Abbe Nollet提出滲透作用（osmosis）來描述水通過豬膀胱隔膜的現象，被認為是有史以來關于膜研究的第一個記錄。1855年，Fick用硝酸纖維素制備了人工合成膜。1864年Traube制備出了第一個人造亞鐵氰化銅膜。1887年，van’t Hoff用Traube和Pfeffer所制備的膜來測定溶液的滲透壓，并得出van’t Hoff方程。同一時期，Maxwell用選擇性半透膜發展了氣體動力學理論。

早期的膜基本局限于動物內臟，如豬、牛的膀胱膜、動物（如魚）內臟的腸衣等，且僅限于實驗室研究使用。直到1907年，Bechhold制備出了具有系列孔徑的硝酸纖維素膜。其他學者包括Elford、Zsigmondy、Bachmann、Ferry改進了Bechhold的技術，于20世紀40年代早期實現了硝酸纖維素膜的商業化。在接下來的20年里，這種微孔膜的制備技術被推廣到醋酸纖維素膜（見圖1.3）。

圖1.3　膜發展歷史