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    膜分離技術在高端領域的應用研究 時間:2016.12.16
    膜分離技術是基于膜材料形成的分離邊界的分離技術,最初應用于軍事、航空航天、原子能等高端領域,隨著其在民用領域應用日趨廣泛,被公認為是20世紀末到21世紀最有發展前途的高新科技之一。

    1 膜分離技術在高端領域的應用

    膜是具有選擇性分離功能的材料。膜分離技術是指利用膜的選擇性分離實現料液的不同組分的分離、純化、濃縮的過程。它與傳統過濾的不同在于膜可以在分子范圍內進行分離,并且這過程是一種物理過程,不需發生相的變化和添加助劑?;谀し蛛x技術的這些特點和優勢,可實現料液的無熱相變分離,高精度分離過濾及濃縮提純。

    2 膜分離技術在軍事上的應用

    軍事戰爭是一個國家國防的重要手段,單兵作為軍事戰爭的最小戰斗單元,在整個戰爭的過程中具有舉足輕重的作用。戰爭的戰場危險叢生、環境惡劣,單兵的生存維持和體力保障是單兵作戰保障的頭等大事。飲用水保障是單兵戰場生存維持和體力保障的重要課題,但是戰場環境往往沒有任何的可以供單兵利用水源,比如海灣戰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致無法正常飲用,即水質型缺水。無論哪種形式的缺水,都對單兵戰場生存構成威脅。為了應對戰場中的飲水問題,單兵攜帶大量的飲用水參加戰斗顯然是不現實的解決方案。膜技術與其它水處理技術的優化組合,為單兵在戰場環境下的飲水問題提供了良好的解決方案。

    膜分離技術與物化沉淀技術相結合,以單兵的尿液為水源,經過處理后可產生供士兵飲用的純凈水,且純凈水的水質達到飲用純凈水的水質標準,妥善科學的解決了單兵戰場生存中飲水供應的首要難題。該技術通過一套簡單的單兵供水裝置得以實現,膜分離過濾的壓力通過手動施壓機械裝置實現,操作簡便、靈活高效,具有良好的戰地實用性,有力的保障了單兵的戰場生存能力。
      
    3 膜分離技術在航空航天上的應用

    航空航天工程是現代社會人類文明的的重要標志,而載人航天技術是航空航天技術的關鍵環節。載人航天空間站技術是實現人類太空生存的關鍵技術,國際上美國、俄羅斯在此方面創造過連續兩年載人太空空間站生活的記錄。連續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境維持是必須解決的關鍵問題。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,以及空間站環境中的空氣質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鍵環節。這些關鍵問題的解決,一方面靠從地球發射航天飛機補充給養,另一方面是靠空間站內相關設備設施工作來處理廢物維持空間生存環境的品質。

    當今世界最前沿的航空水處理技術,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,通過化學沉淀、蒸發、冷凝、膜單元過濾等操作單元,最終產生純凈的水供給航天員使用,滿足長時間持續的生存對于水的需求。
      
    4 膜分離技術在人工器官醫療上的應用

    人類疾病與醫療衛生貫穿人類發展的整個歷史,不同的疾病致病機理的闡明為醫學尋找可靠的治療方法提供了堅實的基礎保證。在人類的眾多疾病中,呼吸系統的疾病往往危及人類的生命,因為血液循環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物通過呼吸系統排出體外,保證了人體體液系統的酸堿平衡以及其他的體液成分穩定。重要的人體器官肺在整個呼吸系統中占據不可替代的位置,其中的數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細胞都在進行新陳代謝,尿素、尿素等對人體有害的物質將在人體腎臟腎小球細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、尿酸等有害物質不斷積累導致的中毒癥狀。由于腎臟炎癥造成的腎臟功能損傷,直接導致尿素、尿酸收集效率降低,尿中出現蛋白質和血液,身體浮腫,情況嚴重可危及生命,這就是“尿毒癥”。
     
    基于膜分離技術的特點和優勢,使用特殊的氣體膜分離單元,可實現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”。
     
    結合膜分離技術與其它技術優化組合,可實現人體血液中不同成分的相互交換,專業名稱定義為血液透析。經過血液透析之后,可以將血液中的尿素、尿酸等有毒有害物質排出體外,而血細胞、蛋白質等有用成分繼續保留在人體血液中,為腎臟功能缺失的病人提供正常的腎臟功能,這種技術就是“人工腎”。
     
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