电渗析膜——航天高盐废水资源化的核心力量

在天宫空间站的水循环系统中，反渗透膜处理后的浓水含有较高浓度的盐分，如果直接排放会减少水循环的总回收率，如果存放则会占用航天器空间，如何实现这部分浓水的进一步处理，提升总回收率，一直是航天水处理领域的难题，而电渗析膜技术的应用，完美解决了这个问题。电渗析膜是利用离子交换膜的选择透过性，在直流电场作用下实现离子分离的膜技术，它对低浓度含盐废水的处理成本比反渗透更低，而且能够实现盐分的浓缩，非常适合航天领域高盐浓水的处理，目前已经成为航天水循环系统中不可或缺的组成部分。

电渗析系统的核心是交替排列的阳离子交换膜和阴离子交换膜，也就是电渗析膜，阳离子交换膜只允许阳离子透过，阻挡阴离子，阴离子交换膜反之，在直流电场作用下，溶液中的阴阳离子会定向迁移，分别透过对应的离子交换膜，从而形成交替的浓缩室和淡化室，实现盐和水的分离。与反渗透相比，电渗析对高盐浓水的处理更有优势，能够将含盐量1%的浓水浓缩到20%以上，进一步回收其中的淡水，从而提升整个水循环系统的总回收率。我国天宫空间站采用反渗透+电渗析的组合工艺，将水循环总回收率提升到了95%以上，满足了长期驻留的需求。

航空航天领域对电渗析膜的要求同样非常苛刻，除了常规的高选择透过性、低电阻要求外，还需要具备优异的耐辐射性能和稳定性，能够在太空环境中长期运行。早期的电渗析膜采用聚苯乙烯磺酸型离子交换树脂，耐辐射性能较差，经过大剂量辐射后会发生降解，离子交换基团脱落，性能大幅下降。针对这一问题，我国科研人员开发了基于聚芳醚酮基体的新型电渗析膜，基体本身就具备优异的耐辐射性能和化学稳定性，再通过接枝改性引入离子交换基团，制备的电渗析膜经过地面模拟10年辐射剂量辐照后，选择透过性保留率超过92%，电阻变化小于8%，完全满足航天应用的要求。

在航空领域，电渗析膜也有广泛的应用：航空蓄电池生产过程中，需要对电解液进行纯化，去除其中的杂质离子，提升蓄电池的容量和使用寿命，采用电渗析膜技术能够高效去除电解液中的杂质离子，工艺简单，成本低，不会引入新的杂质，目前已经成为航空蓄电池电解液纯化的主流技术。此外，舰载机航母基地的海水淡化系统中，也经常采用电渗析膜技术处理苦咸水，对于含盐量1000-5000mg/L的苦咸水，电渗析的处理成本比反渗透更低，维护更简单，非常适合小型海岛和基地的饮用水处理。

近年来，随着零排放技术的发展，电渗析膜在民用高盐废水处理领域也得到了快速发展，而很多技术进步都源于航天领域的需求拉动。频繁倒极电渗析技术就是为了适应航天领域自动化运行需求开发的，它能够自动倒极，减少膜表面结垢，不需要频繁化学清洗，实现了长期无人运行，现在已经广泛应用于民用高盐废水处理领域。我国研发的新一代频繁倒极电渗析装置，自动化程度高，抗结垢性能好，运行成本比传统电渗析降低了30%，不仅应用于航天领域，还在煤化工、印染等行业的高盐废水资源化项目中得到了广泛应用，实现了航天技术的民用转化。

电渗析膜的另一个重要应用方向是盐湖提锂，随着新能源产业的发展，锂资源的需求越来越大，电渗析膜技术能够从盐湖卤水中选择性分离浓缩锂离子，能耗低，成本低，已经成为盐湖提锂的主流技术之一，而这项技术的很多基础研究，都是在航天特种分离需求的推动下完成的。我国是世界上少数掌握电渗析膜核心制备技术的国家，国产电渗析膜的性能已经达到国际先进水平，价格比进口产品低30%以上，不仅满足了国内航天和民用领域的需求，还出口到全球多个国家，得到了市场的认可。

未来，随着我国深空探测计划的推进，对水循环回收率的要求会越来越高，电渗析膜的性能也需要进一步提升，开发更高选择透过性、更低电阻、更好耐辐射性能的新型电渗析膜，是未来的发展方向。同时，新型双极膜电渗析技术也在研发中，未来有望应用于航天领域的废物处理，将废盐转化为酸和碱，实现资源的循环利用，进一步提升空间站的闭环程度，支撑更长时间的深空探测任务。