膜分離技術(shù)在高端領(lǐng)域的應(yīng)用研究
時間：2016.12.16
膜分離技術(shù)是基于膜材料形成的分離邊界的分離技術(shù)，最初應(yīng)用于軍事、航空航天、原子能等高端領(lǐng)域，隨著其在民用領(lǐng)域應(yīng)用日趨廣泛，被公認(rèn)為是20世紀(jì)末到21世紀(jì)最有發(fā)展前途的高新科技之一。
1 膜分離技術(shù)在高端領(lǐng)域的應(yīng)用
膜是具有選擇性分離功能的材料。膜分離技術(shù)是指利用膜的選擇性分離實現(xiàn)料液的不同組分的分離、純化、濃縮的過程。它與傳統(tǒng)過濾的不同在于膜可以在分子范圍內(nèi)進(jìn)行分離，并且這過程是一種物理過程，不需發(fā)生相的變化和添加助劑?；谀し蛛x技術(shù)的這些特點和優(yōu)勢，可實現(xiàn)料液的無熱相變分離，高精度分離過濾及濃縮提純。
2 膜分離技術(shù)在軍事上的應(yīng)用
軍事戰(zhàn)爭是一個國家國防的重要手段，單兵作為軍事戰(zhàn)爭的最小戰(zhàn)斗單元，在整個戰(zhàn)爭的過程中具有舉足輕重的作用。戰(zhàn)爭的戰(zhàn)場危險叢生、環(huán)境惡劣，單兵的生存維持和體力保障是單兵作戰(zhàn)保障的頭等大事。飲用水保障是單兵戰(zhàn)場生存維持和體力保障的重要課題，但是戰(zhàn)場環(huán)境往往沒有任何的可以供單兵利用水源，比如海灣戰(zhàn)爭中的伊拉克和科威特，大片的沙漠沒有水源可以利用，這在水處理技術(shù)層面上稱為水量型缺水。另外的情況即使有水源，但是由于敵方投毒甚至各種污染導(dǎo)致無法正常飲用，即水質(zhì)型缺水。無論哪種形式的缺水，都對單兵戰(zhàn)場生存構(gòu)成威脅。為了應(yīng)對戰(zhàn)場中的飲水問題，單兵攜帶大量的飲用水參加戰(zhàn)斗顯然是不現(xiàn)實的解決方案。膜技術(shù)與其它水處理技術(shù)的優(yōu)化組合，為單兵在戰(zhàn)場環(huán)境下的飲水問題提供了良好的解決方案。
膜分離技術(shù)與物化沉淀技術(shù)相結(jié)合，以單兵的尿液為水源，經(jīng)過處理后可產(chǎn)生供士兵飲用的純凈水，且純凈水的水質(zhì)達(dá)到飲用純凈水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，妥善科學(xué)的解決了單兵戰(zhàn)場生存中飲水供應(yīng)的首要難題。該技術(shù)通過一套簡單的單兵供水裝置得以實現(xiàn)，膜分離過濾的壓力通過手動施壓機(jī)械裝置實現(xiàn)，操作簡便、靈活高效，具有良好的戰(zhàn)地實用性，有力的保障了單兵的戰(zhàn)場生存能力。
3 膜分離技術(shù)在航空航天上的應(yīng)用
航空航天工程是現(xiàn)代社會人類文明的的重要標(biāo)志，而載人航天技術(shù)是航空航天技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。載人航天空間站技術(shù)是實現(xiàn)人類太空生存的關(guān)鍵技術(shù)，國際上美國、俄羅斯在此方面創(chuàng)造過連續(xù)兩年載人太空空間站生活的記錄。連續(xù)長時間的載人太空生活，生命維持所需的各種資源和生存環(huán)境維持是必須解決的關(guān)鍵問題。供航天員生存所需的空氣、水、食物以及航天員代謝的尿液、糞便等排泄物的處理，以及空間站環(huán)境中的空氣質(zhì)量控制等一系列問題的解決，是載人航天工程取得成功的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。這些關(guān)鍵問題的解決，一方面靠從地球發(fā)射航天飛機(jī)補(bǔ)充給養(yǎng)，另一方面是靠空間站內(nèi)相關(guān)設(shè)備設(shè)施工作來處理廢物維持空間生存環(huán)境的品質(zhì)。
當(dāng)今世界最前沿的航空水處理技術(shù)，如圖3所示，將航天員在空間站中所排泄的尿液、汗液、呼出的水蒸汽收集作為水源，通過化學(xué)沉淀、蒸發(fā)、冷凝、膜單元過濾等操作單元，最終產(chǎn)生純凈的水供給航天員使用，滿足長時間持續(xù)的生存對于水的需求。
4 膜分離技術(shù)在人工器官醫(yī)療上的應(yīng)用
人類疾病與醫(yī)療衛(wèi)生貫穿人類發(fā)展的整個歷史，不同的疾病致病機(jī)理的闡明為醫(yī)學(xué)尋找可靠的治療方法提供了堅實的基礎(chǔ)保證。在人類的眾多疾病中，呼吸系統(tǒng)的疾病往往危及人類的生命，因為血液循環(huán)和氧氣供給為生命的支撐提供了最重要的氧與二氧化碳的代謝，將人體中的部分代謝產(chǎn)物通過呼吸系統(tǒng)排出體外，保證了人體體液系統(tǒng)的酸堿平衡以及其他的體液成分穩(wěn)定。重要的人體器官肺在整個呼吸系統(tǒng)中占據(jù)不可替代的位置，其中的數(shù)以億計的微小肺泡為人體完成呼吸功能提供了必備場所，但是由于諸多疾病可以造成人體肺部功能喪失，在這樣的情況下人體呼吸功能無法完成，帶來一系列生理機(jī)能障礙將會直接威脅生命。無獨有偶，人體血液中各個組織器官的無數(shù)細(xì)胞都在進(jìn)行新陳代謝，尿素、尿素等對人體有害的物質(zhì)將在人體腎臟腎小球細(xì)胞的收下形成尿液排出體外，這樣可以避免人體體液中由于尿素、尿酸等有害物質(zhì)不斷積累導(dǎo)致的中毒癥狀。由于腎臟炎癥造成的腎臟功能損傷，直接導(dǎo)致尿素、尿酸收集效率降低，尿中出現(xiàn)蛋白質(zhì)和血液，身體浮腫，情況嚴(yán)重可危及生命，這就是“尿毒癥”。
基于膜分離技術(shù)的特點和優(yōu)勢，使用特殊的氣體膜分離單元，可實現(xiàn)人體中氧氣和二氧化碳的有效交換，為肺功能缺失的病人提供肺部的功能，以人造器官代替人體器官，這就是“人工肺”。
結(jié)合膜分離技術(shù)與其它技術(shù)優(yōu)化組合，可實現(xiàn)人體血液中不同成分的相互交換，專業(yè)名稱定義為血液透析。經(jīng)過血液透析之后，可以將血液中的尿素、尿酸等有毒有害物質(zhì)排出體外，而血細(xì)胞、蛋白質(zhì)等有用成分繼續(xù)保留在人體血液中，為腎臟功能缺失的病人提供正常的腎臟功能，這種技術(shù)就是“人工腎”。
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