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重离子径迹膜基础与应用重离子径迹膜基础与应用
创建: Mar 11, 2020 | 21:27
介绍
膜分离技术在我国能源、水资源、战略物资、石油化工、生物医药、环境、健康和环保等领域已发挥关键性作用，成为推动国家支柱产业发展、提高生活质量和改善生态环境的基础性和共性技术。中国膜产业规模发展迅速，近年年均发展速度超过了20%，2019年达到2200亿元，较2009年增加了10倍，对GDP的直接和间接贡献显著，相关需求日益旺盛。其中，超滤膜、纳滤膜、反渗透膜和电渗析膜等纳米孔径高端膜占比超过70%。然而，这些膜的主要知识产权和生产技术总体上是由美国、日本和欧洲垄断。中国的产量占比不足20%，且处于较低层次。我国的高端薄膜主要依赖美国、欧洲和日本进口，“卡脖子”问题突出。特别是在当前中美贸易战的背景下，突然“断供”风险较大。作为一种应对战略，另辟蹊径和原始创新是一个可行策略，有望解决部分突出问题。
重离子径迹膜是一种多孔膜，其制备过程主要包括两部分：荷能重离子轰击高分子薄膜产生离子径迹和后续物理化学处理形成孔道。与其他多孔膜相比，重离子微孔膜独具以下主要特点：1. 孔径精确可控，孔径范围宽（从亚纳米至微米，跨越4个量级），涵盖了反渗透膜、电渗析膜、纳滤膜、超滤膜和微滤膜的特征孔径；2. 孔径单一，均匀性好（~±5%）；3. 孔道为严格直通孔； 4. 孔密度范围大且可定制（1-1010 cm-2）；5. 膜材料选择范围宽。这些特点使得重离子微孔膜在清洁能源、水资源、战略材料提取提纯、生物医药、电力电子和节能环保等领域，尤其在一些高端应用方面具有巨大的潜力。这些特点使得重离子径迹膜与现有多孔膜材料形成了优势互补，已成为当今膜材料的重要一员。单独使用或结合使用有望可以解决一些重要问题。
在基础研究方面，重离子径迹膜还有一些科学问题需要解决，包括：离子径迹形成的物理化学过程、空间精细结构、孔壁物理化学性质；离子径迹对辐照参数和材料参数的依赖关系；离子径迹和（亚）纳米孔道的精确表征方法与技术；重离子径迹膜（亚）纳米孔道传质机理等等。在应用方面，面向国家经济发展需求，充分发挥重离子径迹膜的优势，研制具有独特功能和优异性能的离子径迹多孔膜材料，推动其在水处理、精密过滤、能源、生物医药和气体分离等领域的应用。
