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中国膜技术产业发展

膜分离技术因其高效率、低能耗和无二次污染等特点,已广泛应用于海水淡化、污水处理以及食品、医药等众多领域,已发展成了横跨材料、环保和能源等领域的高新技术和战略性新兴产业。简要概述了膜分离技术的发展现状,梳理了膜分离产业发展相关标准和产业政策,同时博泰达水处理公司介绍了膜分离产业国内外市场发展现状并对面临的机遇和挑战提出了展望。

膜分离技术是一种以分离膜为核心,利用膜的选择性透过来实现料液不同组分的分离、纯化和浓缩的一门新兴技术。与传统分离技术相比,膜分离技术具有耗能低、无二次污染、操作简单、分离效率高等特点,因此,膜分离技术广泛应用于水处理、食品、医药和石油化工等领域。膜分离技术以分离过程分有微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)、反渗透(RO)和电渗析等。我国膜分离技术虽起步较晚,但现已初步建立了较完善的膜工业体系,年产值正以每年20%左右的增长率快速发展。

本文概述了膜分离技术的现状,重点从膜分离技术相关标准的发布情况以及国家相关政策导向来分析国内膜分离市场的现状及发展潜力。

一、膜分离技术的现状

01 | 膜材料研究

膜分离技术的核心是膜材料,近年来对于膜材料的研究主要在无机膜材料、有机高分子膜材料、复合膜材料与膜材料的改性等方面,其中复合膜材料与膜材料的改性是当前膜材料研究的热点。多种膜材料的复合不仅克服了单一膜材料本身的缺点,还能将各自的优点结合,提高分离膜的过滤性能和抗污染能力。常见的复合膜包括有机-无机杂化复合膜、无机复合膜等。以NF膜为例,针对膜污染控制和膜选择性透过的问题,对NF膜材料的研究从单一有机材料转向有机材料与无机材料杂化。例如Song等将磷酸化壳聚糖(PCS)与氧化石墨烯(GO)结合,发现GO-PCS复合膜不仅改善了NF膜存在的问题还提高了水通量和抗氯性。膜材料的改性也是分离膜材料另一个重要的研究方向,膜材料的改性可分为膜表面改性和膜材料本身的改性。膜表面的改性通常是将活性组分负载到膜表面,膜材料本身的改性是利用化学反应使材料本身性质或结构发生改变,从而提高膜材料的性能。

例如He[等利用咪唑类离子液体改性聚酰胺复合膜,将AMIB分子固定在膜表面,制备出了高透水性、高抗菌性的纳滤膜。Tong等对氧化石墨烯进行磺化制备出新型的复合膜,磺化改性导致氧化石墨烯膜内部层状结构不均匀,增大了低电阻水通道的自由体积,提高了机械强度和传输能力。

02 | 膜分离技术应用

膜分离技术因其种类多、低能耗、效率高等特点,已广泛应用于海水淡化、污水处理以及食品、医药等众多领域。反渗透(RO)技术操作简单,脱盐率可达到99.75%,极大地提高了海水淡化的效率。截至2017年,全国产水规模达到127.2万t/d,预计2020年全国海水淡化总规模达到220万t/d以上,海水淡化产业已成为我国海洋经济的重要部分。纳滤(NF)膜分离小分子有机物和无机盐的能力高,被广泛应用在污水处理和城市用水等领域。在食品处理领域,膜分离技术广泛应用在饮料加工工艺中,反渗透、纳滤、超滤、电渗析的不同组合搭配,基本可以满足饮料行业的不同分离、浓缩和纯化需求,如An等研究了一种用于浓缩果汁的渗透膜蒸馏(FO-MD)工艺,使浓缩的果汁几乎没有营养损失。在医药方面,膜分离技术主要应用在制药、血液透析等方面,但是,医用新型膜材料我国仍靠大量进口,其相关研究与国际水平还有较大距离。石油化工生产中,膜分离技术有效应用在有机混合物的分离、燃油脱硫等工业过程,如Yang等对工PET/PTFE复合材料进行了改造,实现了油滴有效收集和溢油的无损运输。膜分离技术很大程度上决定了石化行业的节能减排与清洁生产水平,膜分离技术的发展将会助推石化产业的发展。

二、 膜分离相关产业政策

为促进膜分离产业的发展,我国陆续出台了许多相关政策:2006年“十一五”规划关于新材料产业中涉及分离膜的相关内容有功能陶瓷膜、电池隔膜、医用血液透析、海水淡化的反渗透膜与组件等;2010年出台的《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》,其中新材料与节能环保两大新兴产业都涉及到膜分离技术;2012年《新材料产业“十二五”发展规划》明确将膜材料列为规划内容,并提出三大目标:一是分离膜领域形成完备的、规模化的膜与膜组器的生产技术与能力;二是大力推进膜技术的应用推广;三是加快建立膜产品的标准评价体系和评价中心从而规范膜市场;2016年“十三五”规划中,发展重点是水处理用高通量纳滤膜、高性能反渗透膜以及污水治理和海水淡化用特种膜;2019年《重点新材料首批次应用示范指导目录》与《产业结构调整指导目录(2019年)》的发布为分离膜市场带来更多的发展契机。从“十一五”规划到“十三五”规划中,国家陆续出台了较多与膜分离相关的政策,极大地促进了膜分离技术在材料、能源和环保等领域的应用与发展。

在“十三五”期间,国家陆续推出23个涉及分离膜的政策专项文件,包括17个政策文件和6个专项文件,具体内容见表1、表2所列。涉及的领域包括科技创新、水处理、生态环境与节能减排4个领域,其中水处理的相关政策文件占比高达52%,可见我国膜分离技术的应用重点在海水淡化和污水处理上。

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