我国分离膜技术的发展

作者：中国工程院院士 高从楷

欢迎访问e展厅 展厅 3 压缩机/分离/过滤机械展厅 压缩机, 空气压缩机, 过滤器, 滤清器, 滤油机, ... 1 前言 膜分离现象的发现距今已有200多年的历史,但膜分离作为高新技术从实验室中的珍品发展成为工业上大规模应用的高效节能的分离过程,还是近30多年的事。 随着经济的发展、社会的进步、人民生活水平的提高、能源的紧张、资源的短缺和环境污染的严重……，膜技术将在能源、电子、石化、食品、饮料、医药卫生、重工、轻工和人民日常生活以及环保等各个领域发挥其应的重要作用。膜分离是促进和保证社会持续发展的关键技术之一，不仅在国际上十分重视，而且在国内也已达成共识。 为了更好地促进我国膜技术合理而健康的发展。回顾一下其发展历程是有益的，下面是一些过程的简要回顾和几点不成熟的意见。 一、电渗析（ED） 我国离子交换膜和ED的研究始于1958年，1965年第一台ED器试用于成昆铁路建设，1967年实现了异相膜的工业化生产，70年代以来，相继进行了多种均相离子交换膜的研制和中试放大、电极动力等研究和新型钛涂钌电极的制备、大尺寸（800mm×1600mm）ED用隔板的开发、ED水力学参数研究、大型ED膜堆的设计和开发、长期运行不拆洗的研究与实践及特种分离的开发等，使我国ED技术不断提高。目前国内异相膜生产已具规模，年产量在3.5~4.0×105m2左右，大小ED厂家约40个。1985年开始制定ED技术标准，1995年完成并开始执行。 与国际水平相比，我国ED的工艺水平已接近世界先进水平。差距大的是均相离子交换膜的制备没有工业化，膜品种少，性能较低，难以进行高浓度浓缩和不同离子分离等方面的应用，所以应加强耐温、耐酸碱、耐氧化和耐污染等高性能膜的研制和开发。在组器工艺方面应加强ED器的集成化和自动化开发。除在苦咸水脱盐的纯水制备等方面进一步推广外，环保要求的废液再生回用等方面的应用应加强；结合实际情况开展高温电渗析研究和集成工艺技术开发；大力开发双极膜电渗水离解过程和填充床ED连续除离子过程。形成新的ED技术优势。从环保和节能角度分析，进行高效Donnan渗析过程开发也是很有意义的。 二、反渗透（RO） 我国RO的研究始于1965年，1967~1969年的全国海水淡化会战，为CA（醋酸纤维素）不对称膜的开发打下了良好的基础。70年代进行了中空纤维和卷式RO元件的研究，于80年代初步工业化。70年代曾对复合膜进行过广泛的研究，但70年代末停了下来，80年代中重新开始复合膜的开发。经“七五”和“八五”攻关已中试放在成功。国内RO主要用于电子、电力、食品、饮料和化工等领域的纯水和超纯水制备，少量的用于苦碱水淡化。 与国外相比，我国某些RO工艺技术接近国际水平，但膜和组器技术和性能与国际水平相比仍有较大差距；复合膜性能比国外低且还未规模化生产；卷式元件和中空纤维组件离海水淡化的目标还有不少路要走…… 在当前的形势下，我们应结合引进、消化吸收和自我开发并重，大力开发复合膜用新材料；加强CA膜类的复合膜类成膜工艺开发；进一步提高成膜的耐温、抗氧化、抗污染、低操作压、高水通量和脱除率等性能；开发卷式和中空纤维式RO的最大潜力，进一步扩大RO的应用工艺开发，充分发挥RO的高效节能优势，使我国反渗透技术能在海水淡化、脱水浓缩、高温水再用、市政和工业废水处理与再用等领域发挥其应有的作用。 三、超滤（UF） 我国从70年代初开始研究UF，最先开发的也是CA—UF膜，并在电泳漆行业中首先应用，之后又被扩大到酶制剂的浓缩等。聚砜中空纤维膜和组器的研究始于80年代初，80年代中期卷式元件也研制成功。通过“七五”和“八五”攻关，开发了一些耐温的、高截留性能的膜和相关组器，但规模化还很不够。另外近10年来，在荷电膜、台金膜、成膜机理、膜污染机理和膜表征等方面也取得了许多可喜的进展。UF在电泳漆、酶制剂、饮料、食品、超纯水、医药（包括生物制剂）和废液废水回收利用等领域都有广泛的应用。 与国外水平相比，我国膜品种少，通量和截留综合性能较低，组器技术的水平有待于改进提高。UF多在一些要求不高的场合下应用，成功的应用开发领域还不多，这也影响了膜技术的推广。所以应努力提高通用膜的综合性能，增加膜品种，特别是耐热、耐溶剂、耐酸碱和抗污染的品种。用不同工艺开发高截留性能的膜，进一步改进现有组器制备工艺，严格制备和检测工艺，生产高质量产品并使之规模化，有针对性地加大应用开发力度，加强膜污染和膜清洗的研究和实际应用推广。 四、微滤（MF） 国内MF研究始于70年代初，开始以CA—CN膜片为主，于80年代相继开发成功CA、CA—CTA、PAN、PVDF、尼龙等膜片，并进而开发出褶筒式滤芯；开发了控制拉伸致孔的PP、PE和PTEE微孔膜；也开发出聚酯和聚碳酸酯的核径迹微孔膜；无机微孔膜也有了初期产品。并在医药、饮料、饮用水、食品、电子、石油化、分析检测和环保等领域有较广泛的应用。 与国外水平相比，我国相转化法微孔膜的性能和国外同类产品性能基本一致。褶筒式滤芯已在许多场合下替代了进口产品，得到了广泛应用；所以相转化MF膜应在此基础上，进一步提高质量，降低成本，扩大市场，形成规模，并开发卷式和中空纤维式组器；加强闭端和错流新工艺的开发，提高组器的回收率和寿命；控制拉伸生产的PE、PP等MF膜。虽然生产工艺和质量有待提高，但以其价廉、耐溶剂等优点在不断拓宽市场。所以应继续开发和完善PE、PP等膜的生产工艺，稳定和提高产品质量，增加规格品种，开拓新应用领域和新的工艺。无机膜应加快多通滤芯的开发，形成一定规模，并找寻最适于其应用的各个领域，如高温等苛刻要求的场合。大力开发其他形成的微滤膜。强化质量检测，统一产品标准，使微滤市场能迅速扩大，增大效益。 五、纳滤（NF） 我国纳滤膜的研究始于80年代末，在实验室中相继开发CA—CTA纳滤膜，S—PES涂层纳滤膜和芳族聚酰胺复合纳滤膜等，并对其软化、染料和药物中除盐及特种分离等方面性能进行了试验研究，取得了一批初步的成果。 与国外水平相比，我国的纳滤膜仅能说是刚刚开始，即膜的研制、组器技术和应用开发等都刚起步。所以在这方面我们应根据自己的国情，急起直追，能在最近几年内使我国的纳滤技术实用化，为国民经济更好地服务。 六、其他液体处理用膜 除上述之外，人工肾、氯碱工业用全氟离子交换膜和液膜，是液体分离膜的另外三大方面。 80年代国内进行过人工肾研究并进行了临床应用，但现在人工肾多为进口纤维，国内加工成器，也有的直接购国外产品。近几年国内腹水透析膜也获得成功。 80年代国内组织了全氟离子交换膜的攻关和研究，取得许多可喜的成果，奠定了全氟离子交换膜的基础。 我国自70年代中开始，对液膜进行了较深入的研究，并在含酚废水和含金废水处理和回收方面进行了扩大试验，表明液膜应用的潜力。今后主要应在实用上多做工作，特别是促进递方面。 七、气体分离膜 我国的气体分离膜研究始于70年代末，80年代获得重大突破。 1.中空纤膜氮氢分离器：在对聚砜中空纤维和硅橡胶复合层深入研究的基础上，研制并生产了φ50×3000mm、φ100×3000mm和φ200×3000mm三种规格的分离器，同时对装置和工艺进行了成功的开发，产品在全国上百个合成氮厂推广应用。从弛放气中回收H2达85%,可增产氨3%~4%，吨氨节电达40kWh，使生产能力提高近20%。 2.卷式富氧膜组件：经协同攻关，1987年研制出φ100×1000mm卷式富氧膜组件。1989年又开发了正压卷式膜组件，在完成装置和工艺的开发之后，应用于有色金属冶炼、玻璃熔炉等方面，有明显增产、节能和环保效果。新开发的中空纤维富氧器，使结构更加紧凑，应用面更广。 3.富氮膜组件：先后研制了聚砜中空纤维涂硅橡胶的膜组件和无缺皮层的聚砜中空纤维膜组件。富氮在化工厂作为原料气和保护气、冶金中作为保护气、充氮气调保鲜、充氮包装、充氮封存、注氮采油待方面都有广大的市场。 4.天然气精加工膜系统：在研制天然气除CO2和除湿的膜分离技术的基础上，再结合干法脱硫，在陕京天然气输气工程中应用成功，36万m3/d天然气CO2脱除90%、H2O脱除98%、固相脱硫可100%回收。为大规格应用奠定了坚实基础。 八、无机膜 无机膜包括陶瓷膜、玻璃膜、金属膜和碳分子筛膜。与有机膜相比，无机膜具有耐高温、耐有机溶剂、耐酸碱、抗微生物侵蚀、刚性及机械强度好、孔径均匀、孔径分布范围窄、不老化、寿命长等优点，可以满足一些特别苛刻的使用要求。十多年来，在材料、制备、膜品种、装置和工艺开发方面进行了大量的工作，取得显著的进步。在陶瓷多通道微膜和装置的制造方面已有我国的自己产品，并在水处理和环保等领域进行了应用工艺的开发。 九、渗透汽化 渗透汽化研究开发工作在我国始于80年代初，进行了PVA、聚电解质、壳聚糖、藻朊酸钠、Br—PPO和醋酸纤维素等复合膜的制备，并用于醇脱水和MTBE脱甲醇等方面。开发出板框式和中空纤维式中试组件，取得良好的中试结果。 十、膜蒸馏和膜萃取 1.膜蒸馏：80年代中开始进行研究工作，用PTFE、PVDF和PP微孔膜用为膜蒸馏用膜，进行了脱除水溶液中挥发组分（氨、醇、溴等）、水溶液浓缩和从盐水中制取饮用水的研究等，目前仍处于研究阶段。 2.膜萃取：从80年代中开始研究，在膜材料选择、膜器的结构和放大操作待方面取得明显的进展，并在发酵产物分离和发酵过程结合方面进行了大量的工作。 十一、亲合膜 通过对膜材料、间隔臂和配基的选择、膜的制备和活化等进行深入的研究，制造了一批亲合膜，可用于内毒素和干忧素的纯化等，为生化技术发展提供了重要的高效分离手段。 十二、膜反应器 包括有机膜生化反应器、无机膜催化反应器等许多品种，相继被研究开发。在用有机膜生化反应器制备抗生素，无机膜反应器催化加氢、脱氢、氧化耦合等方面都取得一些可喜成果。 十三、集成膜过程 随着膜技术的发展、应用领域的扩大、应用要求的提高，集成膜过程应运而生。在超纯水制备、料液净化浓缩、废水处理和气体净化分离等领域，集成膜过程显示出其高效、节能、经济等优势。 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (4/29/2004)