“一项技术的诞生，不在于被发现，而在于被实现。”
一、从实验室现象到工程瓶颈（19–20 世纪上半叶）
自 20 世纪中叶起，世界各地的科学家与工程师开始探索合成膜在海水淡化与水处理中的潜力。反渗透（RO）与纳滤（NF）技术在过去60–70 年里，从实验室的“利基概念”，成长为全球最主流的过滤与分离解决方案。
在上一篇中，我们追溯了从1748年Nollet的猪膀胱实验到19世纪渗透压理论的确立。那一阶段，人类完成了从“观察自然渗透”到“理解渗透本质”的科学跃迁。而进入 20 世纪，一个新问题被提出：“能否让这种半透性，不只存在于自然界，而能通过人造材料实现？”受此推动，加州大学洛杉矶分校（UCLA）率先启动了海水淡化研究计划，目标是研发可在高盐条件下实现反渗透分离的人造膜。
1950s开始，UCLA 正式开展人工半透膜的海水淡化研究——反渗透从理论走向工程的序幕由此拉开。
二、1950s–1960s：从概念到可行——反渗透的关键突破
1959 年：现代反渗透的诞生
1959 年，Reid 和 Breton 首次报道了以醋酸纤维素（CA）聚合物制备 RO 膜的实验结果[1]。该膜在实验中实现了 98% 的 NaCl 截留率，但水通量极低（<0.03 LMH/bar），仅证明“反渗透可行”，尚不具实用价值。
同年，UCLA的两名工程研究生 Sidney Loeb 和 Srinivasa Sourirajan 开始提出并使用醋酸纤维素创造了首个非对称结构（integrally-skinned） RO 膜。
这种膜上层为致密分离层，下层为多孔支撑层，在保持高盐截留率（约 99%）的同时，水通量显著提高至约 0.14 LMH/bar，首次实现了兼具高通量与高盐截留率的实用脱盐膜[2]。并申请了相关专利，标志着现代反渗透技术的诞生。
UCLA团队随后持续优化膜结构，并于1965年在加利福尼亚州中央山谷 Coalinga 的一家城市水处理厂首次成功大规模展示[3]。该RO 工厂由UCLA连续运行约七年，验证了反渗透的工程可行性。
这一成果不仅让海水淡化首次进入实用阶段，也确立了所有现代膜设计的核心理念：“薄致密表皮 + 多孔支撑层”。
三、1960s–1970s：材料革新与工业化探索
1. 醋酸纤维素膜的普及与局限
随着 Coalinga 的成功，醋酸纤维素（CA）膜迅速被应用于 1960–1970 年代的海水淡化与工业水处理系统。然而，这类膜的物理与化学稳定性有限，通常在 pH 4–7、≤35°C 下运行，且需 350–450 psi 高操作压力。
这些缺陷限制了其在更复杂水质条件下的应用。促使研究者寻求化学稳定性更强、操作条件更宽的替代材料。
2. 1971 年：中空纤维膜的出现
1971 年，Richter 与 Hoehn 发明了一种芳香族聚酰胺（PA）中空纤维膜。
这项创新实现了：
更高的化学与生物稳定性；
相当的 NaCl 截留率（约 99%）；
体积膜面积显著提升，使系统更紧凑。
尽管其透水率仍偏低，但这一结构革新为反渗透的规模化设计奠定了基础。
3. 1970s 后期：复合膜（TFC）革命
1979年，北极星研究所的科学家约翰·卡多特 （John E. Cadotte） 现在被公认为现代商业膜技术之父之一，实现了反渗透史上的又一飞跃——薄膜复合（TFC, Thin-Film Composite）膜。
他采用 界面聚合（Interfacial Polymerization, IP） 工艺，在微孔聚砜（polysulfone）基材上生成由间苯二胺（MPD） 与 三甲酰氯（TMC） 反应形成的聚酰胺分离层 ，该基材由无纺布聚酯织物增强。
其关键优势包括：
更高透水性
更高盐截留率
优异的化学稳定性（耐酸碱、耐温）
TFC 膜形成了现代 RO 的三层结构体系：
无纺布基底层
聚砜支撑层
聚酰胺分离层
这种结构是海水淡化和水处理领域最大的技术进步之一，至今仍是现代商用螺旋缠绕型 RO 与 NF 膜的标准行业工艺，也让反渗透技术进入可规模制造、可商业部署的阶段。
1950–1979 年间，不足三十年，反渗透技术完成了从实验验证到产业化成熟的跨越。每一次演进，都是一场关于“如何让水更可得”的人类工程实践。
下一个阶段，RO 技术迎来新的腾飞。当材料科学、卷式组件设计与自动化系统结合后，反渗透成为全球海水淡化、工业回用与家庭净水的核心技术体系。
如今，反渗透已占全球海水淡化装机容量的 > 60%。 [3]科学家推动了材料与结构的革新，企业则将这些创新带入工业化与商业化。
下一篇，我们将进入反渗透的商业化与产业化阶段，探讨它如何从“工程突破”走向“全球水资源解决方案”。
信息来源：
[1] Reid C E, Breton E J. Water and ion flow across cellulosic membranes[J]. Journal of applied polymer science, 1959, 1(2): 133-143.
[2] Loeb S, Sourirajan S. Saline Water Conversion—II[J]. Advances in chemistry series, 1963, 38: 117.
[3] Reverse Osmosis: A History and Explanation of the Technology and How It Became So Important for Desalination
https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11677704/?utm_source=chatgpt.com#B24-membranes-14-00259