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正向滲透 (Forward Osmosis, FO) 是一項新興的膜分離技術，近年來在水處理、海水淡化、能源生產、食品加工等多個領域展現出巨大的應用潛力 [1]。相較於傳統的壓力驅動膜技術（如逆滲透 RO），FO 具有低能耗、低膜污染、高回收率等優勢，因此受到產業界的高度關注。
FO系統的效率與成本，主要取決於兩項核心組件——滲透膜和汲取液 (draw solution) 。目前商用和研究中最常見的 FO 膜仍以聚醯胺 (Polyamide, PA) 的複合薄膜(Thin-Film Composite, TFC) 為主，這種薄膜具多孔支撐層和超薄選擇性分離層所組成 [2]，能在兼顧通量與選擇性的同時，維持良好的機械強度與穩定性。至於汲取液，則是推動整個 FO 過程的核心驅動力，其性能直接影響 FO 系統的水通量、回收率和運行成本。理想的汲取液應具備下列三種特性：1)高滲透壓、易於再生；2)低成本、無毒性、取環境友善 [3]；3)與膜材料相容、不易造成反向滲透污染[3]。
傳統汲取液多採用無機鹽類(例如：氯化鈉、氯化鎂等)，雖然具有高溶解度和高滲透壓，但因存在難以回收再利用與反向鹽透過量嚴重等問題。因此，後續研究逐漸以有機鹽類來取代無機鹽類，有機鹽做為汲取液的代表為醋酸銨，雖可透過加熱分解再回收循環使用，但為了得到與無機鹽相同的滲透壓，卻需要使用大量的醋酸銨[4]。
近年來FO汲取液的研究趨勢，集中於低能耗、無毒性、生物可降解與環境友善等方向，常見的新興材料包括：1)溫敏性高分子(如PNIPAM)[5]，可透過溫度變化控制溶解與回收；2)磁性奈米粒子(如Fe₃O₄)[6]，可利用外部磁場分離再生；3)離子液體(Ionic Liquids, ILs)，兼具化學穩定性與設計彈性。
本團隊已針對離子液體應用於汲取液的技術進行深入研究，特別聚焦於具有低臨界溶液溫度 (LCST) 特性的溫敏離子液體，此類液體在特定溫度下可實現水和離子液體的相分離(如表1所示)，從而達到高效回收目的。此外，我們亦量測不同離子液體的滲透壓，藉此確認離子液體對水的汲取能力，如圖1所示，證實其在室溫下具備優異的再生潛力與低能耗特性。

圖1不同離子液體於不同濃度下的滲透壓值

整體而言，正向滲透技術的發展正處於快速成長階段，其關鍵材料—滲透膜和汲取液的創新是推動其商業化和廣泛應用不可或缺的環節。展望未來，隨著材料科學、奈米技術和分離工程的持續進展，FO 關鍵材料將朝著高性能、低成本、環境友善與多功能化的方向發展，並在全球水資源再利用與能源永續議題中，發揮越來越重要的角色。

參考文獻
1. Cath, T. Y., Childress, A. E., & Elimelech, M. (2006). Forward osmosis: Principles, applications, and recent developments. Journal of Membrane Science, 281(1-2), 70-87. 
2. Wang, R., Tang, C. Y., Hu, D., & Chung, T. S. (2012). An overview of forward osmosis membrane. Journal of Membrane Science, 421-422, 262-276.
3. Ge, Q., Ling, M., & Chung, T. S. (2012). Draw solutions for forward osmosis processes: A critical review. Water Research, 46(5), 1395-1411.
4. Hoang, M., & McCutcheon, J. R. (2014). An investigation of thermolytic draw solutions for forward osmosis. Journal of Membrane Science, 460, 23-32.
5. Zhang K., Wu F., Feng L. & Zhang L. (2020). Construction of ionic thermo-responsive PNIPAM/r-PGA/PEG hydrogel as a draw agent for enhanced forward-osmosis desalination. Desalination, 495(1), 114667.
6. Petrinic I., Stergar J., Buksek H., Drofenik M., Gyergyek S., Helix-Nielsen C. & Ban I. (2021). Superparamagnetic Fe3O4@CA nanoparticles and their potential as draw solution agents in forward osmosis. Nanomaterials, 11(11), 2965.

撰寫人：許皓翔
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編輯/校稿：陳幸德/徐靜怡