環保產業作(zuo)為(wei)多(duo)學(xue)科交叉領域，其(qi)發(fa)(fa)展離(li)不(bu)開(kai)其(qi)他基礎產業的(de)(de)進(jin)步，其(qi)中(zhong)(zhong)新型材(cai)料的(de)(de)應用(yong)在推動水(shui)處理技(ji)術的(de)(de)發(fa)(fa)展過程中(zhong)(zhong)起到至關重(zhong)要(yao)的(de)(de)作(zuo)用(yong)。最典型的(de)(de)例子莫過于分離(li)材(cai)料的(de)(de)創新所帶來(lai)的(de)(de)突(tu)破，膜(mo)技(ji)術在污(wu)水(shui)處理、海水(shui)淡化(hua)、工業分離(li)等多(duo)個領域有著廣泛(fan)的(de)(de)應用(yong)，且隨著膜(mo)材(cai)料的(de)(de)不(bu)斷(duan)改(gai)良(liang)，持續(xu)推動工藝的(de)(de)改(gai)進(jin)和(he)成本的(de)(de)降低。另(ling)外，近(jin)十年來(lai)納(na)米技(ji)術不(bu)斷(duan)突(tu)破，納(na)米材(cai)料在過濾、吸附、電化(hua)學(xue)等許多(duo)水(shui)處理工藝中(zhong)(zhong)也逐(zhu)漸發(fa)(fa)揮巨大(da)的(de)(de)作(zuo)用(yong)，極大(da)的(de)(de)提高(gao)工藝的(de)(de)處理效(xiao)率。

以膜為代表的分離材料

膜(mo)材料作為一種分(fen)離(li)材料，已經廣泛應(ying)用于各(ge)種固液(ye)分(fen)離(li)、液(ye)液(ye)分(fen)離(li)及氣液(ye)分(fen)離(li)等水(shui)處理(li)場(chang)景，根據分(fen)離(li)原理(li)包括(kuo)：

1）按物(wu)質粒徑大(da)小(xiao)分離(li)的過濾膜，主要用(yong)于(yu)膜生物(wu)反應器工(gong)藝(yi)(yi)，實(shi)現(xian)(xian)固(gu)液分離(li)，取(qu)代二沉池；用(yong)于(yu)海(hai)水淡化工(gong)藝(yi)(yi)，截留海(hai)水中高價(jia)離(li)子，實(shi)現(xian)(xian)脫鹽；

2）以離子(zi)(zi)選擇透過性為原理的(de)離子(zi)(zi)交換膜，主要用(yong)于電(dian)(dian)(dian)滲析、倒(dao)極電(dian)(dian)(dian)滲析、雙極膜電(dian)(dian)(dian)滲析等工(gong)藝，實現脫鹽，應用(yong)于海水(shui)淡(dan)化(hua)和工(gong)業廢(fei)水(shui)零排放；

3）以膜(mo)兩側(ce)分(fen)壓差為驅動力的(de)滲透氣化膜(mo)，實現有(you)機(ji)(ji)物和水的(de)分(fen)離，以及不(bu)同有(you)機(ji)(ji)物間的(de)分(fen)離等(deng)，應(ying)用(yong)于工業廢(fei)水處理。

我國(guo)水處理(li)膜材料高(gao)(gao)(gao)端市(shi)場(chang)主(zhu)要被進(jin)口膜廠商占據，包括SUEZ、KOCH等的(de)(de)中(zhong)空纖維(wei)膜，DOW、海德能等的(de)(de)納濾和反滲透(tou)膜，Astom的(de)(de)離(li)子(zi)交換膜等。近十年我國(guo)國(guo)產化膜材料性能有了突飛猛進(jin)的(de)(de)提高(gao)(gao)(gao)，相比(bi)進(jin)口膜有著投資成本低(di)，性價比(bi)高(gao)(gao)(gao)等優(you)勢，正逐漸提高(gao)(gao)(gao)市(shi)場(chang)份額。但是在運(yun)行穩定性、抗污染、膜使用壽命等方面仍待進(jin)一(yi)步提高(gao)(gao)(gao)。

美國Cerahelix開發了一(yi)種將DNA與陶(tao)(tao)瓷化(hua)學相結合的(de)(de)(de)新型陶(tao)(tao)瓷過濾(lv)器。使用(yong)DNA作為(wei)模板嵌(qian)入陶(tao)(tao)瓷材料(liao)中形成小于(yu)1納米的(de)(de)(de)膜(mo)孔(kong)。形成高度(du)耐(nai)(nai)久（耐(nai)(nai)高溫和(he)耐(nai)(nai)化(hua)學腐蝕）和(he)抗污染的(de)(de)(de)分離膜(mo)。這些特性使其能夠在廣泛的(de)(de)(de)操(cao)作條件下運行，可以用(yong)于(yu)高效且(qie)顯(xian)著降(jiang)低成本(ben)的(de)(de)(de)新型工藝(yi)設計中。目標(biao)市場為(wei)工業水回用(yong)、有機溶劑(ji)分離和(he)生(sheng)物(wu)基化(hua)學品(pin)和(he)藥(yao)品(pin)濃縮。

同樣(yang)來自美國(guo)的(de)Solecta有(you)(you)機膜主(zhu)要(yao)針對(dui)工(gong)(gong)業(ye)過程分(fen)離(li)而(er)設計，系列產品為(wei)微濾(lv)膜、超(chao)濾(lv)膜、納濾(lv)膜、和反滲透膜。膜材料主(zhu)要(yao)為(wei)PVDF和PES，其PES納濾(lv)膜Mg2+分(fen)子截留率(lv)高于90%，對(dui)蛋白等帶(dai)電荷有(you)(you)機物(wu)有(you)(you)很(hen)好的(de)選(xuan)擇性截留，RO膜Na+分(fen)子截留率(lv)高於(wu)96%。主(zhu)要(yao)應用于工(gong)(gong)業(ye)分(fen)離(li)及工(gong)(gong)業(ye)廢水處理分(fen)鹽工(gong)(gong)藝。

日本的(de)(de)(de)Astom公司是目前全球(qiu)最大(da)的(de)(de)(de)離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)交換(huan)膜(mo)(mo)(mo)及雙極膜(mo)(mo)(mo)電滲(shen)析(xi)設備制造商，其開發的(de)(de)(de)雙極膜(mo)(mo)(mo)電滲(shen)析(xi)裝置通(tong)過向雙極膜(mo)(mo)(mo)與陰(yin)(yin)陽(yang)離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)交換(huan)膜(mo)(mo)(mo)組合的(de)(de)(de)三室式雙極膜(mo)(mo)(mo)電滲(shen)析(xi)槽(cao)中加入無機鹽，兩側施加0.83V以上的(de)(de)(de)水理論(lun)分(fen)解(jie)電壓后，膜(mo)(mo)(mo)內(nei)的(de)(de)(de)水分(fen)解(jie)為(wei)酸 (H＋)和堿(jian)(OH－)。陰(yin)(yin)離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)透過陰(yin)(yin)離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)交換(huan)膜(mo)(mo)(mo)在雙極膜(mo)(mo)(mo)上與已分(fen)裂的(de)(de)(de)H離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)結合后生成酸。另一方面(mian)陽(yang)離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)透過陽(yang)離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)交換(huan)膜(mo)(mo)(mo)在雙極膜(mo)(mo)(mo)上與已分(fen)裂的(de)(de)(de)OH離(li)(li)子(zi)(zi)(zi)結合后生成堿(jian)。

新型吸附材料

吸(xi)(xi)(xi)附過程在(zai)(zai)水(shui)處理(li)(li)(li)領域(yu)主要用(yong)于(yu)市政及工業污水(shui)深度處理(li)(li)(li)及飲用(yong)水(shui)處理(li)(li)(li)等場景。傳統吸(xi)(xi)(xi)附材(cai)料包括(kuo)活(huo)性(xing)炭(tan)、沸石(shi)、無機礦物等，但普遍存在(zai)(zai)運行成本高，難以清洗，吸(xi)(xi)(xi)附效率低(di)等問題。隨著材(cai)料科學的(de)(de)發展，新型(xing)吸(xi)(xi)(xi)附材(cai)料的(de)(de)研發，能夠有效提高吸(xi)(xi)(xi)附效率，降(jiang)低(di)運行成本，延長使用(yong)時(shi)間。

納(na)米(mi)技術(shu)的(de)(de)發展(zhan)極大增加吸(xi)附劑的(de)(de)比表面積(ji)，提高吸(xi)附速率(lv)，能夠有效(xiao)去(qu)除水(shui)體(ti)(ti)中微量污染物(wu)或金屬離子(zi)，成為吸(xi)附材(cai)料(liao)的(de)(de)主(zhu)要發展(zhan)方向(xiang)之一。在(zai)納(na)米(mi)尺(chi)度下(xia)，相比于通常(chang)尺(chi)度下(xia)納(na)米(mi)材(cai)料(liao)通常(chang)會(hui)呈現(xian)出小尺(chi)寸效(xiao)應下(xia)的(de)(de)特異性質。這些特性目(mu)前正在(zai)被研究用(yong)于水(shui)和(he)(he)污水(shui)的(de)(de)處理(li)。同時，未來(lai)石(shi)墨(mo)烯(xi)和(he)(he)磁(ci)性材(cai)料(liao)也(ye)將成為新型吸(xi)附材(cai)料(liao)的(de)(de)發展(zhan)方向(xiang)，用(yong)于微量污染物(wu)和(he)(he)常(chang)規工藝(yi)(yi)難以去(qu)除的(de)(de)污染物(wu)的(de)(de)處理(li)工藝(yi)(yi)中。

美國CustoMem公司定制(zhi)設計和(he)(he)制(zhi)造生(sheng)(sheng)物(wu)衍生(sheng)(sheng)材(cai)料，用于(yu)工(gong)業水(shui)處理。CustoMem通過(guo)一種低能、低成(cheng)本(ben)的(de)生(sheng)(sheng)物(wu)工(gong)藝生(sheng)(sheng)產(chan)出了一種新型生(sheng)(sheng)物(wu)材(cai)料組合(he)物(wu)，可以有選擇(ze)地捕獲(huo)農藥(yao)(yao)、藥(yao)(yao)物(wu)和(he)(he)高性能化(hua)學(xue)品等微污(wu)染物(wu)。可用于(yu)工(gong)業廢水(shui)市場，制(zhi)藥(yao)(yao)、化(hua)工(gong)、抗生(sheng)(sheng)素生(sheng)(sheng)產(chan)等產(chan)生(sheng)(sheng)微量(liang)污(wu)染物(wu)的(de)行(xing)業。

MetaMateria是美(mei)國專注于(yu)先(xian)進材料開發的(de)私有公司(si)，從(cong)2003年以來始(shi)終專注于(yu)開發獨特的(de)，高密度納(na)米級多(duo)孔的(de)陶瓷材料，可以支持活性(xing)物質(zhi)，如有益(yi)的(de)細(xi)菌群落用(yong)于(yu)生物修復或制(zhi)成納(na)米級材料用(yong)于(yu)磷和金屬離(li)子或微(wei)量(liang)化合物的(de)去除(chu)與回收。這些產品壽(shou)命長，接(jie)觸時間短(duan)，污染物去除(chu)率高。分層次的(de)孔隙結構允許通過(guo)介(jie)質(zhi)的(de)高水流量(liang)。產品有不同的(de)大小和形狀，以提供靈(ling)活的(de)使用(yong)。

捷克GrapheneUP SE公司(si)開(kai)發了基(ji)(ji)于(yu)石墨烯(xi)的(de)(de)多種新材(cai)料(liao)。包括Grafim是一(yi)種基(ji)(ji)于(yu)石墨烯(xi)的(de)(de)吸(xi)附技術，專門針對水和(he)氣體處理領(ling)域。Grafim對各種難以用(yong)傳統技術處理的(de)(de)微污染(ran)物和(he)化(hua)(hua)合物具有卓越的(de)(de)去(qu)除效率（在(zai)PPB至PPB范(fan)圍內高效去(qu)除）。GUP是專門針對復合材(cai)料(liao)和(he)新材(cai)料(liao)市場的(de)(de)功能(neng)性石墨烯(xi)，是目前正在(zai)開(kai)發的(de)(de)納米過濾和(he)電氧化(hua)(hua)技術的(de)(de)基(ji)(ji)礎。最后Naimor是一(yi)種超疏水石墨烯(xi)材(cai)料(liao)，專門用(yong)于(yu)漏油回收和(he)碳(tan)氫化(hua)(hua)合物的(de)(de)吸(xi)附，它可用(yong)于(yu)清洗(xi)溢(yi)出的(de)(de)油、溶劑(ji)或碳(tan)氫化(hua)(hua)合物等(deng)。

催化材料

隨(sui)著水(shui)回用市場增加及污(wu)(wu)水(shui)排(pai)放標準更嚴格，一些傳(chuan)統工(gong)(gong)(gong)藝難(nan)(nan)以去(qu)除的(de)污(wu)(wu)染物(wu)，使(shi)得傳(chuan)統處理系(xi)統面臨(lin)巨大的(de)壓力，而高級氧(yang)(yang)化(hua)工(gong)(gong)(gong)藝在水(shui)和污(wu)(wu)水(shui)處理工(gong)(gong)(gong)藝中(zhong)迎來(lai)了新的(de)機遇。高級氧(yang)(yang)化(hua)工(gong)(gong)(gong)藝包括許多類(lei)型，基本(ben)原理是在特定條件下生(sheng)成自由(you)基強氧(yang)(yang)化(hua)劑(ji)，快速分解水(shui)體(ti)中(zhong)難(nan)(nan)降解有機物(wu)。但是傳(chuan)統高級氧(yang)(yang)化(hua)工(gong)(gong)(gong)藝自由(you)基產生(sheng)速率(lv)較慢，因此二(er)氧(yang)(yang)化(hua)鈦等(deng)催(cui)化(hua)劑(ji)引起(qi)了人們的(de)興趣，用于提高自由(you)基的(de)產生(sheng)效率(lv)，降低運行成本(ben)。

加(jia)拿大初創公司H2nanO的(de)高級氧(yang)化技術(shu)采用表面涂有TiO2的(de)納米顆粒作為催化劑，在太陽光UV的(de)照射下(xia)，H2O在三相界面生(sheng)成(cheng)(cheng)自由基(ji)，迅速將水體中難降解污(wu)(wu)染(ran)物(wu)(wu)氧(yang)化。在工(gong)業廢(fei)水和尾礦池(chi)成(cheng)(cheng)功試點。該系統處理效(xiao)率高，易于整(zheng)合到其(qi)他處理系統中，從而能夠改進現有有機污(wu)(wu)染(ran)物(wu)(wu)的(de)處理工(gong)藝(yi)。

可以(yi)預見的是，未來材料(liao)科學(xue)仍會極大推動(dong)水處理(li)工(gong)藝的創新和發展(zhan)。