I.理論的基礎と初期の実験的探検（19世紀初頭から1950年代半ば）
1.浸透の発見と半膜の概念の導入
逆浸透膜技術の開発は、「浸透」の自然現象の理解と切り離せません。 1827年、植物細胞の研究中に、フランスの生理学者であるDutrochetは、低-濃度溶液から高-濃度溶液への細胞膜を介した水分子の移動を最初に観察しました。 「浸透」として定義されるこの現象は、「半膜」と呼ばれるSO -の選択的に透過性構造の存在に集中しています。現時点では人工膜材料はまだ開発されていませんでしたが、Dutrochetの実験は膜分離の理論的根拠を提供しました。
2。浸透圧力熱力学モデルの確立
19世紀の終わりまでに、オランダの物理化学者のヴァンは、1886年に有名な浸透圧方程式を提案しました：π= IMRT、ここでπは浸透圧係数、Iは溶質解離因子、Mはモル濃度、rはガス定数、Tは熱力学的温度です。この方程式は、浸透の現象と化学的熱力学の理論を組み合わせて、初めて膜プロセスの駆動力を定量化しました。 Van 'T Hoffの研究は、膜分離工学の熱力学的基礎の重要な要素と考えられており、その後の逆浸透プロセス設計の重要なパラメーターの基礎を提供しました。
3.人工膜に関する予備研究の出現
20世紀初頭、ドイツの学者であるベクホールドは、1907年にコロイド粒子の分離のために硝酸セルロースで作られた膜の使用を最初に報告しました。これらの膜は、ある程度の半症を示しました。この技術は当初、主に分析化学および生物学的実験で使用されていましたが、これらの膜はすでに制御可能な細孔サイズとフラックスの基本的特性を持っており、膜技術の工業化の前兆と考えられています。 Bechholdの膜は、タンパク質分離やウイルス保持などの基本的な実験で広く使用されており、膜材料の物理的特性（細孔サイズ分布、厚さ、構造強度など）の研究と標準化を間接的に促進しました。
ii。 ROプロトタイプ膜の出現と逆浸透原則の実装（1950年代）
1。逆浸透の最初の応用
浸透は長い間観察され、定性的に説明されていましたが、科学者がプロセスを逆転させる方法を発見したのは、- 20世紀半ばまでではありませんでした。濃縮溶液に浸透圧よりも大きい外部圧力を適用することにより、水分子は高濃度溶液に高-濃度溶液から移動します。このプロセスは、逆浸透として知られています。逆浸透膜の初期発達で直面した最大の課題は、材料の選択と膜構造の設計でした。フラックスを犠牲にすることなく十分な選択性を達成します。
2。LoebとSourirajanの非対称膜ブレークスルー（1959）
1959年、カリフォルニア大学ロサンゼルス大学のローブとソーラジャンは、世界初の産業的に実行可能な逆浸透膜を開発しました。相反転法を使用して、彼らは明確な非対称構造を持つセルロース酢酸膜を製造しました。厚さ約0.2〜0.5ミクロンの膜の表面層は、非常に高い選択性を示します。基礎となる多孔質構造は、機械的サポートを提供し、流れ抵抗を減らします。この非対称膜は、最大98％の塩除去率と時速平方メートルあたり数十リットルの流れを達成し、その後の産業用途の基礎を築きます。
3。米国政府プロジェクトおよびUCLAパイロットプラント
米国の塩水水局は、1950年代後半にこの研究に資金を提供し、最初の実験的な海水淡水化プラントを設立しました。このシステムは、非対称RO膜を使用して、1日あたり14トンの淡水を生成しました。まだ比較的大きくてコストがかかりますが、この成果は、ROテクノロジーが理論的に実行可能であるだけでなく、実用的な規模で達成可能であることを初めて実証し、水処理における膜分離の実用化を導き出しました。
iii。産業開発と技術形成（1960-1970）
1。プレート-および-フレームとスパイラル-創傷膜モジュールの開発
逆浸透膜材料がより安定したため、デバイスコンポーネントが産業開発に重要になったため、膜構造を最適化しました。 1969年、デュポンはb - 9スパイラル-創傷膜元素を導入しました。この設計により、限られた体積内のより大きな膜領域が可能になり、システム処理能力とエネルギー効率が大幅に改善されました。従来のプレート-および-フレーム構造と比較して、スパイラル巻き膜モジュールは、より高い体積膜面積密度、低い圧力低下、および低いメンテナンス要件を提供し、RO産業用途の主流のフォームファクターになります。
2。国際市場の急速な拡大
1970年、日本のToray Industriesは、アジアの最初の商用逆浸透膜生産ラインを完成させ、Asia -太平洋地域でのROテクノロジーの拡大の始まりを示しています。同社は、電子機器、食品および飲料濃度のための超純水の生産における膜分離技術の適用を開拓し、廃水の再利用のために、地域全体の膜材料性能とデバイスの統合の急速な進歩を促進しました。
3。米国の軍事申請検証：モバイルROユニット
1965年から1968年にかけて、米海軍はローブのチームと協力して、モバイル海水淡水化ユニット（MSDU）を開発しました。このユニットは、海水を淡水化するために、船、前方の基地、過酷な環境に配備できます。このプロジェクトは、軍事および災害救援の設定におけるROシステムの実現可能性を実証しただけでなく、その後のROユニット、港、水不足のある都市、および外部の島でのROユニットの展開を促進しました。
IV。複合膜材料の出現と多様な用途（1980-1990）
1。膜材料構造の主要なブレークスルー：TFC複合膜
1980年、カドットは、界面重合を使用して製造された芳香族ポリアミド複合膜（薄膜複合材、TFC）を提案しました。この膜は、3つの層で構成されています。織り込まれていないファブリックサポート層、多孔質ポリスルホン中間層、および超-薄いポリアミド表面層です。厚さ数百ナノメートルしかないポリアミド表面層は、優れた塩拒絶を示しています。この構造は、膜の磁束と選択性を大幅に改善するだけでなく、特定の水源に膜性能を調整することも可能にし、その後のRO膜材料の標準アーキテクチャになります。
2。商業化：Dow FilmTec™シリーズの広範なアプリケーション
1982年、Dow Chemical Companyは、BW30やSW30などの代表モデルを含むRO膜の「FilmTec™」ブランドを立ち上げました。これらの膜は、高いファウリング抵抗、高磁束、および安定した動作寿命を特徴としており、市の水供給、海水淡水化、エレクトロニクスと半導体、食品と飲料、化学物質などの産業で広く使用されており、市場におけるTFC膜の支配的な位置を確立しています。
3。
1990年、米国カリフォルニア州のオレンジ郡水局は、ROシステムを利用して、地方自治体の廃水に高い-品質の治療を提供するため、水道工場21を建設しました。このシステムは、紫外線と活性炭で高度な治療を受け、リサイクル水の間接的な飲酒をもたらします。これは、世界初の成功した大規模-スケール「飲酒-グレードのリサイクル水」プロジェクトをマークし、RO技術の産業用水処理から飲料水セキュリティへの大幅な移行を示しています。
V.システムの最適化とインテリジェントコントロール（2000-2010）
1。Anti-ファウリングとNano -修正膜の開発
膜ファウリングは、ROテクノロジーの長い-用語操作に対する大きな障害でした。膜アンチフォーリング能力を改善するために、研究者はTio₂、ZnO、Agなどのナノ材料を膜表面に導入しています。これらの材料は、抗-生物学的接着特性と有機物の光触媒分解を与え、膜の動作寿命を大幅に拡張します。たとえば、シンガポールのNanyang Technological Universityは、光触媒自己-クリーニング機能を介したTFC膜を- situ tio -dopingを開発しました。
2。淡水化エネルギー消費量を大幅に削減：PXエネルギー回収装置
Energy Recovery Inc.によって開始されたPX圧力交換器（PX）は、塩水から入口側に残留圧力を回復および転送し、以前の6 - 8 kWh/m³から2-3 kWh/m³からROシステムの特定のエネルギー消費を減らします。このデバイスは、イスラエルやサウジアラビアなどの国の大規模な淡水化プロジェクトで広く使用されており、ROは世界中の主流の淡水化技術を実現しています。
3。自動化およびインテリジェント制御システム
大規模-スケールROシステムには、PLC（プログラム可能なロジックコントロール）とSCADAシステムに基づく自動管理プラットフォームが装備されており、実際の-流入品質、膜の磁束、差圧、および汚染指数などのデータの時間の収集と制御を可能にします。一部のシステムは、AI -支援アルゴリズムを組み込んで、膜ファウリングの傾向を予測し、事前にクリーニングアラートを開始し、「無人の」操作を可能にします。
vi。緑色の材料とインテリジェント膜システム（2020-present）
1。酸化グラフェン（GO）膜の研究の進捗状況
GEIMチーム（マンチェスター大学）は、2013年にGO膜の分子ふるい特性の探索を開始しました。GO膜には、単一の-層があり、2つの-寸法構造があり、伝統的な膜の10〜100倍高いフラックスを達成できます。また、中間層間隔を調整することにより、正確な分離を実現できます。潜在的な用途には、海水淡水化、重金属分離、および高-値-追加溶液処理が含まれます。まだ完全に商業化されていませんが、それらは次世代の高-パフォーマンス膜材料の重要な候補と見なされます。
2。AI- ASSISTED ROシステムの最適化とスケジューリング
データサイエンスの広範な採用により、多くの産業ROシステムには、ニューラルネットワークや機械学習モデルなどのAIアルゴリズムが組み込まれており、膜ファウリングの種類、動作パラメーター、およびエネルギー消費動向をインテリジェントに識別および最適化しています。
3.廃棄物膜の再利用と循環経済パイロット
EUの「Rewamem Project」は、化学的に洗浄および再処理し、それらを低-圧力ナノフィルトレーション膜またはMBR膜モジュールに変換して、廃水前処理または灌漑水再利用システムのMBR膜モジュールを変換します。このプロジェクトは、80％以上の膜資源回復を達成し、RO業界の低-炭素への移行を促進し、持続可能な開発を促進します。