慧聪水工业网10月14日讯：摘要：近年来，纳滤（NF）和反渗透（RO）技术在饮用水净化、污水处理及脱盐等领域得到了广泛应用。然而，膜污染和低传质分离效率是制约NF/RO技术发展的主要挑战。解决这些问题需要借助灵敏、精确的表征分析技术深入解析其内在机制，电化学阻抗谱（electrochemical impedance spectroscopy，EIS）作为一种高灵敏的分析检测技术，能够实现实时、原位表征，在膜污染和膜分离传质过程研究中展现出独特的优势。系统综述了EIS技术在表征分析NF/RO膜污染和传质过程中的研究与应用进展，介绍了EIS的工作原理、等效电路模型，总结了其在膜污染类型识别、膜污染在线监测以及膜分离传质过程表征等方面的研究动态，最后讨论了EIS在膜分离领域应用中存在的局限性，并展望了EIS技术的未来发展方向。

研究背景

当前全球水资源紧缺问题十分严峻，开发利用非常规水源是缓解水资源短缺、保障水资源可持续性的重要举措。近年来，纳滤（NF）和反渗透（RO）作为高效、环保的水处理技术备受关注，已成为污水处理回用、废水资源化利用、脱盐等领域的关键共性技术。然而，在NF/RO技术应用过程中，膜污染问题和低传质分离效率是制约其进一步发展和应用的关键因素。膜污染会降低NF/RO膜的渗透性和分离性能，影响水处理系统的运行效率和稳定性；同时，NF/RO中的膜渗透性和选择性之间的制衡关系（trade-off）也是阻碍其性能提升的主要因素。

能够获得原位或实时污染与传质过程信息的先进表征分析技术是深入分析膜污染以及膜传质过程的关键。近年来研究者开发了系列膜表征技术和方法，例如针对膜污染动态表征的石英晶体微天平技术（QCM）、表面等离子共振（SPR）和超声时域反射（UTDR），以及针对膜传质过程的电化学分析法和跨膜传质能垒分析法等。其中，电化学阻抗谱技术（EIS）因其能够精确测量膜界面的电化学特性，并可以对膜污染和传质过程进行原位和实时监测而得到了广泛关注。EIS通过施加小幅正弦电压扰动并测量响应电流，利用系统获得的电化学信息解析膜污染行为和传质特性。与其他表征方法相比，EIS具有高灵敏度和非破坏性的特点，能够在线、原位地提供动态信息。

EIS为NF/RO膜分离过程的表征分析提供了重要的技术支持，近年来逐渐成为分析NF/RO膜污染和传质过程的重要手段。然而，目前对EIS在NF/RO膜领域的应用尚缺乏系统的总结和分析，制约了其进一步的发展与应用。因此，本文将对EIS在NF/RO膜污染及膜传质过程表征中的研究与应用进展进行综述，旨在全面阐述该技术的原理、方法和应用，并探讨其在膜领域的潜在应用前景。

01 电化学阻抗谱技术（EIS）

1. EIS概述

1）EIS的工作原理。

EIS是一种研究电化学系统动态特性的表征方法。它通过施加一个小幅正弦交流电位信号，在电化学系统中创建一个交变电场。在电位信号作用下，系统中的电流响应发生变化。EIS通过收集不同频率下的响应信息，并经过等效电路模型拟合，实现对数据的数学处理和分析，从中提取电阻、电容等参数，能够反映膜污染、膜传质过程的变化。

图4 EIS在线监测RO膜污染的装置示意

总 结

EIS技术作为一种非破坏性、实时性的分析检测方法，在研究膜分离过程中的污染和传质方面具有独特的优势。本文综述了EIS技术在NF/RO膜污染及膜传质过程表征中的研究和应用进展，通过EIS监测膜表面污染情况，识别污染程度和类型；表征膜结构和性能参数，通过模型建立和公式计算解析离子传质过程和机制。尽管EIS在膜污染和传质表征方面得到了应用，但仍存在谱图复杂解释困难、实验条件较难控制以及时间和成本较高等问题，需要进一步研究解决。例如，结合人工智能技术开发简化的解释模型和数据分析方法，开发具有EIS功能的膜微观过程的集成表征仪器等。（本刊有删节）详情见环境工程官网