双极膜电渗析技术

 
概述：
预计2019年全球膜需求将以每年8.5％的速度增长至392亿美元。包括食品，饮料和药品在内的行业需求增加，将膜技术用于满足日益严格的相关产品纯度要求，成为推动膜需求的增长的主要动力。离子交换膜因其对离子的选择透过性，可以进行离子的分离分级，这在清洁生产、环境保护、能量转化和组成等方面发挥重要作用，特别适合于现代工业对节能、低品位原材料再利用和消除环境污染的需要，成为实现经济可持续发展战略的重要组成部分。双极膜细分市场在整个膜市场中所占比重较小，但其应用领域专一，且具有难以替代性，在目前受到广泛关注的零排放和资源回收领域具有极大优势。目前，我国具有双极膜核心技术的企业较少，全球范围拥有双极膜技术成熟产品的企业多集中在欧洲和日本，本文旨在分析该细分技术在我国的潜在应用市场，并对相关优质海外企业进行推介。
 
 
技术原理：
双极膜是一种新型的离子交换复合膜，它通常由阳离子交换层(N 型膜)、中间界面亲水层(催化层) 和阴离子交换层(P 型膜) 复合而成，是真正意义上的反应膜。中间界面层的厚度为纳米级，在直流电场作用下，中间界面层的水发生解离，在膜两侧分别得到氢离子和氢氧根离子。利用这一特点 , 将双极膜与其他阴阳离子交换膜组合成的双极膜电渗析系统，能够在不引入新组分的情况下将水溶液中的盐转化为对应的酸和碱，这种方法称为双极膜电渗析法。双极膜技术改变了传统工业分离和制备过程，双极膜电渗析法不仅用于制备酸和碱，若将其与单极膜巧妙地组合起来，在资源回收、化工生产和污染控制等方面均有广泛应用。
 
 
双极膜工艺中国市场机会：
双极膜的商业化发展已有近30年历程，早期用于电渗析脱盐工艺，后来由于反渗透技术的飞速发展，成本和能耗的大幅下降，双极膜的发展陷于缓慢状态。但是近年来双极膜重回人们视野，迅速发展，其可低成本实现酸碱分离，在高盐废水资源回收、酸碱分离、有机酸回收等众多细分领域有极好的应用前景，并且被认为是零排放关键技术。

 
高盐废水处理
高盐废水的处理问题，越来越成为必须解决的环境难题，严重制约着石油化工、生物制药、食品发酵、催化剂合成、碳纤维生产等工业生产。高盐废水难以生化降解，反渗透膜法通常只能浓缩到盐浓度5~8%，而采取热法蒸发成本较高，因此，当前尚缺乏经济可行的高盐废水处理办法。大量高盐废水的排放可能造成沙漠、土壤、地下水污染严重。双极膜电渗析技术可以实现盐水的直接分解成酸碱实现资源化回用，投资成本仅仅为热法的30%，运行成本仅为热法的10%，是一种经济可行，易于操作维护，安全可靠的浓盐处理技术，对真正实现零排放有着重要意义。
有机酸回收与制备
传统有机酸生产方法是用发酵法, 由于有机酸发酵过程中产生的有机酸使得发酵液pH 值降低，阻碍了发酵过程的进行。因此往往会加入碱(石灰)中和沉淀，然后经硫酸酸化制得有机酸。这一生产工艺包括酸解、沉淀、过滤等过程，不仅需要消耗大量酸碱，而且过程复杂，劳动强度大, 形成大量废液、废渣污染环境。但若用双极膜电渗析水解离，作为H+ 和OH 的供应源，可直接从发酵液中生产有机酸，既节省了原料，又大大简化了工艺，避免了环境污染，已广泛应用于葡萄糖酸及氨基酸的生产和回收领域。
食品产业
双极膜电渗析由于具有能耗低 , 模式化设计和操 作简便高效等特点 , 很多食品和医疗行业的产品 , 例如热敏性的物质 , 越来越倾向于采用这种技术。在电渗析装置的膜堆中 , 利用双极膜上 pH值的变化 , 可用来处理食品工业生产中酶化、化学和微生物稳定性对 pH 值变化依赖性比较强的产品。所以和其他普通的分离方法相比 , 用双极膜电渗析在处理这一类物质时过程可以精确控制 , 具有特殊优势。双极膜电渗析技术在降低果汁酸度 , 提纯蛋白质 , 回收氨基酸等方面都有了一定程度的应用。
烟气脱硫
燃煤、燃油过程中排放大量的二氧化硫是大气中的主要污染物之一，传统的脱硫工艺如湿式石灰石-石膏法，需消耗大量的碱，脱硫后的副产品又无法利用，造成二次污染，而双极膜电渗析技术不仅无需投入碱性物质，而且还能把二氧化硫变废为宝，虽然前期投入与其它方式大体相当，但运营后的回收物硫酸能够在市场上出售或用于电厂内的离子交换树脂的再生，实现副产品“零排放”。双极膜法烟气脱硫是一个较新的领域，二氧化硫吸收效率在98%以上，排放烟气中二氧化硫浓度甚至可以达到零排放，远远优于国家排放标准。但目前该工艺仍处于中试阶段，是双极膜技术的潜在应用领域。
 
我国双极膜电渗析设备供应商家不少，但大多没有双极膜制备能力。目前仅有少数几家企业及研究机构掌握了双极膜制备的核心技术，且产能较小，因此大部分双极膜电渗析工艺设备仍然依靠海外技术。
 

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