膜分離在物料濃縮、污水處理、中水回用方面發(fā)揮著日益重要的作用，提高水處理膜的滲透性能和抗污染性是研究者們努力追求的目標(biāo)。影響膜性能的因素很多，包括表面粗糙度、荷電性、孔隙率、孔徑分布、親水性等。其中，親水性對超濾膜滲透通量和抗污染性是息息相關(guān)的，下面就從原理上解釋一下膜的親水性如何影響滲透性和抗污染性。

PART 1膜親水性對滲透性影響

研究表明，從微濾到反滲透應(yīng)用的分離膜都應(yīng)該具有良好的親水性，以提高其潤濕性，從而來獲得盡可能高的水通量。親水性往往采用接觸角來衡量，接觸角含義如圖1所示。若θ<90°，則固體表面是親水性的，即液體較易潤濕固體，其角越小，表示潤濕性越好；若θ>90°，則固體表面是疏水性的，即液體不容易潤濕固體，容易在表面上移動。

圖1材料表面接觸角示意圖

很多研究人員在改善膜親水性方面展開了大量工作，研究發(fā)現(xiàn)，膜材料存在一個本征參數(shù)—閾值壓力，只有當(dāng)跨膜壓差超過此值時才能展現(xiàn)穩(wěn)定的滲透性。親水膜的閾值壓力接近于零，在全壓力范圍內(nèi)都可以被很好地被濕潤，故在一定范圍內(nèi)膜的滲透通量與壓力成正比。膜表面親水性與閾值壓力關(guān)系如圖所示2。

圖2膜表面親疏水性與閾值壓力大小關(guān)系

相比之下，強(qiáng)疏水的膜孔具有極高的閾值壓力，在高壓和低壓下的潤濕狀態(tài)完全不同，導(dǎo)致極大的滲透性差異。一般疏水性超濾膜在干燥狀態(tài)下是沒有通量的，需要采用親水性液體疏通產(chǎn)水通道，浸潤孔壁，引導(dǎo)膜孔產(chǎn)水，這種親水性液體通常用乙醇、異丙醇等物質(zhì)。目前，一般TIPS法由于工藝因素限制，制備出的膜絲通常為疏水性膜絲，在使用前都需要采用潤濕劑浸潤后才能產(chǎn)水。一旦膜絲在使用中離開水導(dǎo)致膜絲干燥后，再次使用就需要潤濕劑潤濕，不然就無法正常產(chǎn)水。

PART 2膜親水性對抗污染性影響

超濾膜在使用過程中，通量會逐漸降低，雖然清洗后，也無法恢復(fù)到初始狀態(tài)，這是由于膜發(fā)生了污染。膜污染是指處理物料中的微粒、膠體粒子或溶質(zhì)大分子，由于與膜存在物理化學(xué)相互作用或機(jī)械作用而引起的，在膜表面或膜孔內(nèi)吸附、沉積，造成膜孔徑變小或堵塞，使膜分離性能下降的現(xiàn)象。超濾膜的污染主要有兩種情況：一種是附著，包括料液中懸浮物堆積于膜面（濾餅層）、有機(jī)物濃縮后粘附于膜面（凝膠層）以及膠體物質(zhì)或微生物等吸附于膜面（吸附層）；另一種是堵塞，即由上述料液中溶質(zhì)等濃縮、結(jié)晶或沉淀至使膜孔而產(chǎn)生不同程度的堵塞。

通過了解膜污染原因，國內(nèi)外研究者主要從兩個方面進(jìn)行研究，來緩解膜污染：一方面以降低膜面處大分子溶質(zhì)沉積量為出發(fā)點(diǎn)，即減小膜表面物料的濃差極化現(xiàn)象，通過改變膜面附近流體流動狀態(tài)，增大膜面附近流體的湍流程度，達(dá)到減少膜污染的目的；另一方面是以降低膜表面與溶質(zhì)分子之間相互作用力為出發(fā)點(diǎn)，通過采用新型膜材料或者對現(xiàn)有膜及膜材料進(jìn)行改性，增大膜面對溶質(zhì)分子的排斥力，降低膜面對溶質(zhì)分子的吸引力，達(dá)到抑制膜污染的目的。前者只能在一定程度上緩解膜污染，而不能夠從根本上抑制膜污染；后者的出發(fā)點(diǎn)是降低膜表面與溶質(zhì)分子之間的相互作用力，為從根本上抑制膜污染提供了可能。

超濾的親水改性，就是降低膜表面與溶質(zhì)分子間作用力的一種方法，主要由以下四方面解釋：①親水的膜表面覆蓋有大量的水分子，當(dāng)一些親水的污染物質(zhì)試圖向表面運(yùn)動時，就必須受到水分子“排斥”，使污染物到達(dá)膜表面的機(jī)會大大減少，抑制其吸附；②一些親水劑的親水集團(tuán)有一定排斥體積，當(dāng)污染物受到材料表面分子層的吸引向材料靠近時，親水鏈端受到壓迫導(dǎo)致構(gòu)象熵減少，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，要恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)，必然會污染物推出其排斥體積之外，遠(yuǎn)離材料表面；③親水性的水溶性使材料與污染物液間的界面消失，從而消除材料表面對污染物的吸附力；④親水性高分子刷內(nèi)部具有較高的滲透壓，可以對抗外來污染物的撞擊，防止污染物在膜材料表面的吸附。

PART 3易膜超濾膜親水性

易膜超濾膜采用專利的親水改性技術(shù)，采用兩親性共聚物改性，膜絲具有優(yōu)異的親水性，表現(xiàn)較大的通量和良好的抗污染性。易膜超濾膜絲的接觸角為60.4±3°，故具有很低的閾值壓力，容易被水浸潤。在相同污染條件下與其他品牌膜絲測試效果對比如圖3，易膜超濾膜通量雖有衰減，但依然很大，在簡單反清洗后，通量可以基本恢復(fù)到初始水平，表明易膜超濾膜具有優(yōu)異的抗污染能力。

圖3易膜超濾膜絲與其他品牌超濾膜性能對比圖

圖4易膜超濾膜絲圖片