据不完全统计，肾病患者人群发病率为万分之五，国内按13亿人口测算，需要使用血液透析器（人工肾）治疗肾衰竭病人约65万人。按每周透析1次（实际每周透析2～3次）计算，每年需要约3390万只人工肾，目前国内进口的和国内组装的人工肾只能满足大城市内的大医院的使用，远远不能满足农村与边远地区的要求。
高分子膜材料由于性能优异，成本低，成为人工肾透析材料的主要发展趋势。我国已经有一些材料科研单位和企业纺制可作为人工肾透析的聚砜与聚醚砜中空纤维膜将为新型人工肾的应用奠定了基础。
（2）血液过滤
人体对血液要求非常高，如果人生病需要输血的话，除了血型对应之外，对血液的纯净度也有很高的要求。血液过滤是用专用于过滤的膜来分离血液，使血液中的有型物（血细胞）与无型物（各种蛋白及小分子物质）分离，清除血管内被认为是有害健康的物质，如多余血脂、多余胆固醇等。
（3）人工肺
机体的生命活动需要消耗能量，这些能量最终都来自体内营养物质的氧化。氧化过程则要消耗氧气并产生二氧化碳，因此氧和二氧化碳必须不断地从外界摄取与排出。机体与外界环境之间的这种气体交换过程式称为呼吸，它是维持机体新陈代谢和功能活动所必需的基本生理过程之一，一旦呼吸停止，生命也将终止。
薄膜型人工肺主要靠膜来进行交换气体，不仅要求膜具有良好的气体透过性能，而且应有良好的机械强度、血液相容性及耐灭菌消毒等性能。
可用于富氧化膜的高分子材料有很多，但是作为商品用于人工肺的只有聚烷基砜、聚四氟乙烯、聚硅氧烷、聚丙烯等四种，而这四种内与血液相容性较好的是聚烷基砜、聚硅氧烷材料。至今还很难找到一种在透气性、血液相容性及机械强度等各方面都比较理想的聚合物，所以目前用于人工肺的高分子膜基本都是复合物。
（4）除菌、除热原和纯化产品
高分子超滤膜用于各种生物制剂产品的终端处理，可用于除去杂菌、热原以及截留少量杂质，以保证生化产品的质量。
（5）抗生素的回收和纯化
抗生素的相对分子质量较小，一般可以通过高分子分离膜进行浓缩和回收抗生素，其渗透溶剂可循环使用，大幅度地降低了生产成本。纳滤膜在这方面具有很大的应用前景。
用微滤膜分离技术可以除去0.2微米以上的细菌；采用超滤膜分离技术，可以制取除热原水；用反渗透-超滤膜分离技术可以制取医用注射用水。膜法制取医药用水，过程简便、节能，在医院中可以用于手术间洗手用水、齿科漱口用水、药房配药用水、洗瓶用水。制药厂制药用水，高分子分离膜在医药用水处理领域将有更大的应用前景。
（7）在疫苗中的应用
高分子分离膜可以有效地清除疫苗培养过程中产生的多种的、大量的代谢产物，从而对疫苗起到浓缩、精制的效果。
（8）在中草药精制、浓缩中的应用
中草药针剂是一种新的剂型，在中草药中有大量的鞣质、蛋白、淀粉、树脂等大分子物质，这些大分子物无药效，必须去除。高分子分离膜可以去除这些无用物质，使药液得以澄清、浓缩，明显地提高针剂的澄清度和储存稳定性。目前当归注射液、丹参注射液等都已用超滤膜进行处理。
4.3.3高分子膜材料的应用前景广阔
在生物医学领域，从生物物质的分离、纯化到人工脏器的制备、智能材料的控释，无一不涉及高分子膜材料的应用，其功能之强大、效果之显著、装置之简便、作用之独特，非其他材料所能及，使它在材料领域中占有不可取代的地位。在将来的分离膜市场，人工脏器、智能型分离膜、探感膜必将获得实际应用，而其与生物体的和谐性、分离效率的进一步提高以及污染的清除等问题也必将逐步解决。当然，这需要各个学科的科研者的共同努力，从而使膜应用能为人类生活做出更大的贡献。
随着膜科学和膜技术的发展，传统的分离科学和分离工程受到挑战并引起重大变革。这一高新技术在各领域内的应用日益增多，尤其是临床医学、生物工程领域内的应用将更为广泛。加强临床医用、药用、水处理高分子分离膜的研究、开发、生产与应用的力度，必将对增强国力、改善人类生活质量、提高健康水平有着极其深远的意义。
4.4对污水说声再见
地球上的水，尽管数量巨大，而能直接被人们生产和生活利用的，却少得可怜。地球的淡水资源仅占总水量的约2.5%，而在这极少的淡水资源中，又有70%以上被冻结在南极和北极的冰盖中，加上难以利用的高山冰川和永冻积雪，有87%的淡水资源难以利用。人类真正能够利用的淡水资源是江河湖泊和地下水中的一部分，约占地球总水量的0.26%。21世纪水资源正在变成一种宝贵的稀缺资源，水资源问题已不仅仅是资源问题，更成为关系到国家经济、社会可持续发展和长治久安的重大战略问题。
长期以来，人们并不把治理污水放在心上，而是放任污水横流，甚至把大江小河当作城市“清洁器”，指望一江春水向东流，带走垃圾和废物。全世界目前每年排放污水约为4260亿吨，造成55000亿立方米的水体受到污染，约占全球径流量的14％以上。另据联合国调查统计，全球河流的稳定流量的40％左右已被污染。回顾历史，是水养育了人类，造就了文明。但今天，水却成为人类生存的障碍。1977年，联合国警告全世界：“水不久将成为一项严重的社会危机，石油危机之后的下一个危机是水。”没有任何其他物质可以替代水（不像石油产品），保护水资源已刻不容缓。近年来，各种各样的水处理产品不断地被研制出来用于处理污水，其中高分子絮凝剂在水处理技术中占有十分重要的地位，应用日益广泛。
4.4.1高分子絮凝剂简介
大家都有一个常识，要使水澄清，就加一点明矾，明矾叫絮凝剂。后来发现高分子絮凝剂的效果更好。高分子絮凝剂在处理各种工业用水、工业废水、生活用水、生活废水时，具有促进水质澄清、减少泥渣数量、滤饼便于处理、焚烧灰分少等优点，而且还是一种低成本的处理方法，因而得到了广泛应用，在废水的一级处理中占有重要地位。
有机高分子絮凝剂是以淀粉、明胶等天然高分子为开端的。合成高分子絮凝剂则是在1950年美国氰胺公司的聚丙烯酰胺工业化之后开始研究。1960年以后，随着高分子合成工业的发展，同时环境污染问题日趋突出，大量复杂的各种工业废水和城市污水等日益严格的净化处理要求，更促进了合成高分子絮凝剂及其絮凝技术的发展。高分子絮凝剂根据分子的总电荷通常可分为三类：阴离子型、阳离子型及非离子型絮凝剂。
（1）阴离子型有机高分子絮凝剂
阴离子型有机高分子絮凝剂主要有聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钙以及聚丙烯酰胺的加碱水解物等聚合物，还包括丙烯酰胺和苯乙烯磺酸盐、木质磺酸盐、丙烯酸、甲基丙烯酸等共聚物。
（2）阳离子型有机高分子絮凝剂
阳离子型有机高分子絮凝剂适用于染色、造纸、食品、建筑、冶金、选矿、煤粉、油田、水产加工与发酵等行业有机胶体含量较高的废水处理，特别适用于城市污水、城市污泥、造纸污泥及其他工业污泥的脱水处理。
（3）非离子型有机高分子絮凝剂
非离子型有机高分子絮凝剂主要是聚丙烯酰胺。它由丙烯酰胺聚合而得，适合应用于造纸与纸浆废水处理，选矿与金属冶炼过程的废水处理，钢铁厂和石材加工厂的废水处理等。
4.4.2高分子絮凝剂的絮凝机理
高分子絮凝剂的絮凝作用机理：在稳定的胶体分散体系中，一个长链大分子可同时吸附两个或几个胶粒，或是一个胶粒可同时吸附两个高分子链，因而形成“架桥”的形式把胶粒裹集起来而聚沉，也可能是大分子链中的极性基团在胶粒表面上进行无规则吸附而使胶粒聚沉。此外，有的絮凝剂也有中和悬浮物质的电荷的作用。高分子絮凝剂中正负电荷的结合高分子絮凝剂分子链上存在大量的单体（500万～1万）普遍带有正电、负电或非离子。絮凝的主要程序是：带电荷的胶体物质进行正负电中和→胶质相互作用力加强→小颗粒形成絮凝物→高分子的强烈吸附架桥作用，使细小松散的絮凝体变得粗大而紧密。
高分子絮凝剂的工作流程
4.4.3高分子絮凝剂的应用
（1）造纸工业造纸工业的耗水量最大，每吨纸约耗水300吨。从造纸公害处理投资比例上看，造纸厂的废水处理水污染部分占比达80%之多。高分子絮凝剂主要用于纸浆废水处理及白水回收上，用量最大的是聚丙烯酰胺及其衍生物。美国的聚丙烯酰胺有半数以上用于造纸工业。除上述用途外，高分子絮凝剂还可用作纸浆添加剂以改善干强度、湿强度及填料的保留性。
（2）石油工业、化学工业
高分子絮凝剂在石油工业、化学工业的应用涉及面很广，包括给水、排水及工艺过程水。第一，石油钻井泥浆处理。油田勘探开发、地质、水利、煤炭的勘探用聚丙烯酰胺作钻井泥浆、添加剂，可以提高钻速和进展，并有一定防塌作用，对加快油田开发及地质、煤炭的勘探有明显的效果，已普遍推广使用。在油田开采过程中，还可用驱油压裂液和选择性堵水剂，对提高采油率有显著效果。目前，国产聚丙烯酰胺系产品大部分用在这些方面。第二，石油化工废水处理。第三，油水分离。第四，各类乳液废水处理，包括涂料废水处理、橡胶加工废水处理、油脂厂废水处理等，还有应用于盐水处理、除去磷矿石硫酸溶解液中的杂质、自海水中提镁等。
（3）冶金工业、金属加工
高分子絮凝剂用于包括钢铁厂集尘废水，酸洗压延废水，金属冶炼过程、电镀、铝加工等废水处理中。
（4）选矿
高分子絮凝剂在选矿方面的应用也是比较广泛的。如锰（Mn）矿精选，可应用聚丙烯酰胺；铜（Cu）矿的浮选分离也可采用聚丙烯酰胺，用量为2克/吨；在煤泥分离、精煤过滤、煤炭水的净化中也可用聚丙烯酰胺，或与聚氧乙烯并用。
（5）食品工业
食品工业水处理剂多数采用聚丙烯酰胺。美、日等对其毒性做过研究，并且已定出使用限量：聚丙烯酰胺中游离单体含量应低于0.05%。目前制糖、酿酒业的澄清过程，鱼肉加工废水中蛋白质的回收，已采用絮凝剂。制糖工业中絮凝剂主要用于糖浆和粗糖液的澄清净化过程，除用聚丙烯酰胺外，还可用丙烯酸-丙烯酰胺共聚物、含丙烯酰胺三甲基铵硫酸甲酯的絮凝剂，其最高用量为5毫升/升。丙烯酰胺-丙烯酸酯的共聚物，可用于除去悬浮的磷酸钙。
4.4.4高分子絮凝剂的发展前景
有机高分子絮凝剂的应用前途广阔，发展非常迅速。高分子絮凝剂在水处理技术中，已用于给水净化、水/油体系破乳、含油废水处理、废水再资源化及污泥脱水等方面。高分子絮凝剂不仅可用于给水和废水处理，而且还用于循环水的处理。它除了具有除浊、脱色作用之外，还可去除废水中所含的高分子物质、病毒、细菌、微生物、焦油、石油及其他油脂等有机物，表面活性剂、农药毒物、含氮、磷等富营养物质，以及汞、铬、镉、铅等金属和放射性物质。进一步研发高效、廉价、无毒、无二次污染的新型有机高分子絮凝剂，改善并优化生产工艺，将拥有广阔的应用前景。
在高分子功能材料这片百花争艳的王国里，我们这一章仅仅了解了超强吸水性树脂材料，离子交换树脂材料，高分子分离膜材料和高分子絮凝剂。不言而喻，这些材料的应用前景是充满诱惑的，但是这些材料的潜能还远远没有充分发挥出来，这是21世纪新材料科技的一颗明珠，摘取这颗明珠需要有极大的勇气和百折不挠的精神，这五光十色的新材料世界不仅需要许多科学家，更需要我们青少年朋友为之努力。
