第1个回答 2020-09-12
家用净水机选哪种最好？干净的水源，对于现代人来说，既是一件容易的事，又是一件困难的事。
说它容易，是因为自打19世纪中叶以后，随着氯气消毒的手段逐渐流行开来，自来水成了城市的标准配置，饮用水的病菌、寄生虫等问题被控制，大范围的瘟疫也已经不那么容易发生。某种意义上说，现代城市之所以能够扩张，都是仰仗干净的水源。
但是，工业化也带来了另一个问题，那就是水污染和土壤污染问题，它们给饮用水带来了新的隐患。
重金属离子、各类有机物以及氯消毒之后产生的副产物，成了目前饮用水需要解决的主要问题。近些年来，自来水因严重污染无法饮用的突发事件常有发生。
即便不考虑这类事件，自来水管网的二次污染也不容小视。传统的管道一般是铸铁管道，也有一些使用的是PVC管道。当饮用水从自来水厂输送到水龙头的时候，就难免会被铁锈、细菌或者PVC降解之后的有机物污染。
由于这些因素，在自来水出水口安装净水器，已经成为如今很多城市居民的健康首选。
我的一些亲属还有朋友，经常会向我询问，自己家里应该装个什么样的净水器。
其实，根据现代技术，真正可靠的净水器还是要依靠膜材料。有一些用电解或者离子交换树脂作为处理方法的技术，看起来花里胡哨，甚至还能让人看到颜色的变化，但是就净水功能而言，往往并不理想。相比之下，膜材料技术从外观上看不出什么特别的，净水效果却会更明显。
不过具体来说，膜材料也分为好多种类型，对于挑选净水器来说，这倒是值得注意的问题。
最常规——超滤膜
这种膜，也是最常规的一种净水膜材料。原理并不复杂，利用很小的孔道，让水可以透过去，而杂质就被过滤下来，就和实验室用的滤纸是一个道理。甚至从材料的角度来说，有些超滤膜用的就是纤维素，和滤纸的材料都是一样的。
滤纸过滤示意图
一般商品级的超滤膜，孔道可以做到直径0.01微米以下，换句话说，也就是只有几个纳米的大小。这个尺寸比蛋白质往往还要小，所以，别说是肉眼可见的颗粒杂质了，就是大个儿的分子，也会被过滤在外。
基于这个原理，超滤膜技术早在半个世纪前就已经成熟，这也使它成为最常规的一种净水材料，方便而实用。
然而，超滤膜的缺点也非常明显。
可以过滤掉一些大分子的杂质，可是对于小分子却无能为力。举个例子，氨也是水中一种常见的杂质，它的分子大小和水分子差不多，所以，通过超滤膜，并不能将它脱除。同样，很多重金属离子，超滤膜也是无能为力，也就是说，经过超滤膜过滤之后的纯净水，从分子层面上说，还称不上是真正的“纯净”。要想更纯净，还得考虑其他的方式。
最纯净——反渗透膜
在如今的净水器市场上，还有一种膜也很容易被注意到，那就是反渗透膜，也叫RO膜，RO就是“反渗透”的英文Reverse Osmosis的简称。
反渗透膜原理
我们想象一下，有这样一只U形管，如果在U形管的底部放上一张薄膜，并且这种薄膜只能供水通过，然后在薄膜的左右两侧，分别加上纯水和盐水，会发生什么情况呢？
因为纯水和盐水的蒸气压不同，两面实际上是不平衡的，盐水一边的压力更小。于是，纯水这一面的水分子就会通过薄膜，而盐水一边的水面就会慢慢上升，直到盐水相比于纯水，维持了一定的高度差，这样两边才会平衡。
换句话说，在这种状况下，水分子会单方面地向盐水方向运动。这种现象被称为渗透，由此形成的高度差，产生的压强就叫作渗透压。
我们可以想象一下，如果我们现在对盐水的一面人为施加压力，又会怎么样呢？
既然渗透压的来源是因为压力不均，那么可以想象，只要在一边施压，水分子必然就会跑到另一边。所以，当我们对盐水施加压力的时候，纯水的体积也就变多了。这个过程，便是反渗透。
于是，要想实现RO膜净水技术，关键是需要找到一种只让水通过的材料。
不过，这种材料其实自然界就有，比如我们身体中的细胞膜，就是这样一种类型。细胞膜内，细胞液富含钾离子，而细胞膜外，体液却是富含钠离子，通过钾离子和钠离子的流动，细胞才能发挥功能。一旦这种流动不受控，细胞也就失去了作用。所以，细胞膜会阻挡住它们，只有水分子能够自由通行，尽管水分子并不比钠离子的尺寸更小。
只让某类特定的分子通过，拥有这种特性的薄膜，便被称为半透膜。
如今，工业化的半透膜也已经成功得到应用，于是RO膜也成了净水器的核心技术之一。
RO膜的孔道直径甚至不足1纳米，即便是水分子通过，也是存在阻力的。如果需要同时兼顾净水的纯度和速度，那么加大压强就是必然的选择。在工业上，RO净水设备的压强通常会超过10个大气压，这不仅会消耗更多的能量，而且这个状态也会显著增加净水设备的故障率。
所以，RO膜虽然是个好东西，它可以生产出与蒸馏水纯度相仿的纯净水，但是它也存在明显不足，用在家庭净水器中并不是很稳定。实际上，RO膜问世至今，最主要的用途还是在工业上，通过加大设备尺寸，可以控制故障的发生，而我们喝到的瓶装纯净水，往往就是RO膜加工出来的。
最智能——选择性膜
RO膜可以实现更纯净的水，但是对于净水器来说，还需要有更好的选择。
非常纯净的水，确实克服了很多安全风险，但是，作为饮用水来说，它并不是最合适的。世界卫生组织在此前发布的《饮用水中的营养素》指出，心脑血管疾病和水的硬度之间呈现负相关，意思就是说，饮用水中钙镁离子浓度越高的地区，心脑血管疾病的发病率也就越低。特别是饮用水中镁离子的浓度，对于心脑血管疾病有着比较明显的抑制作用。
所以说，实现水的“纯净化”，其实也有一定的负面作用。
近期，方太——没错，就是那个专注于厨房电器的品牌——实现了一种更为新型的膜技术，而且是「独创」。
简单来说，这种膜材料，不需要加压，只需要依靠重力就能够过滤，由此得到的水，不会含有重金属，但是却能够保留一部分诸如钙、镁离子在内的矿物质。
即便不考虑保留矿物质的健康优势，纯粹从技术的角度来说，这也是很有深意的一件事——因为这种膜材料实现了选择性。换句话说，不管是超滤膜还是RO膜，它们的过滤模式都是确定的，超滤膜只能按照颗粒尺寸筛选不同的杂质，RO膜需要根据压力让水分子通过。但是，方太的这种智能选择性膜却不一样，它可以筛选出不同的离子，把“有害”的部分剔除，留下对人体更好的，而且不需要额外施加能量。
怎么做到的呢？实际上就是利用了离子的不同特性。
基于不同离子的特性，可以设计出这样一种膜，它还是半透膜，但不是严格意义的半透膜，可以阻挡极性较低的物质，但是水和各种离子仍然可以通过，这就不需要把孔道设计得太小，阻力自然也就没那么大了，那么通过效率自然也就提高了。
在这个基础上，给薄膜再装上不同的反应基团，它们擅长和重金属离子发生反应，和钙镁离子等矿物质的作用却不是那么强烈，这样也就形成了选择性。
重金属离子相比于钙镁离子，用化学的术语来说，就是更“软”一些，它们更容易发生变形，也更容易和一些络合基团结合。比如很常见的EDTA（乙二胺四乙酸），它就更容易和重金属发生结合作用，在实验室中，EDTA可以用来屏蔽重金属。换句话说，如果能够有办法把EDTA结合到膜材料上，也就可以实现一定的选择性。
当然了，说起来容易，做起来可就不一样了，一项技术从实验室状态，到指标稳定、获得量产、而且成本可控，这中间还隔着十万八千里，这样的技术哪怕在日美欧等基础材料科技发达的国家也还没有出现，看来我们的企业还是有点核心技术的。