高速发展的膜分离技术(doc 11).doc

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高速发展的膜分离技术
膜分离技术起步于本世纪六十年代,至今不过三十多年,但由于它具有分离过程无相态变化,基本在常温下进行,特别适用对热敏感物质的分离过程属物理变化或物化变化,分离范围可以从小分子到大分子;从细菌到病毒;从蛋白质、胶体到多糖;分离过程仅仅是简单的加压输送,易自控、占地面积小等特点,特别是与其它如蒸馏、冷冻、萃取等分离方法比较,节能效果显著,因此受到各工业发达国家的高度重视。不少国家把膜分离技术纳入国家计划和关键技术。1991年世界膜市场总产值约19.41亿美元,膜装置产值约80~90亿美元,1996年估计膜产值达30亿、膜装置产值可达130~140亿美元,如果进一步推算到膜工程,产值将比膜装置增进3~5倍,由此而带来巨大的经济效益。我国膜技术研究起步于1966年,70年代末开始步入工业化,并不断扩大研究应用领域,目前已形成一支相当规模的膜及膜应用技术的研究队伍和膜产业基地。1996年估算,膜分离技术产业,总产值约3.5~4亿人民币,与国家市场相比仍然有很大差距。
与国际市场的差距主要在于:一是对膜技术这一高新技术的认识,二是膜技术推广应用领域亟待进一步扩大,并建立相应的示范工程,三是面临一些国外膜及膜装置,膜工程的大企业进入我国,以独资或合资企业形式加大竞争,四是国内膜技术膜产品质量、品种与国外尚存在较大差距。从总体水平上约落后发达国家5~10年。
当前膜分离技术的应用几乎涉及到国民经济各生产、研究部门以及国防建设领域,其中主要有利用反渗透过滤及微孔过滤技术进行海水、苦咸水的脱盐淡化、低盐度水、自来水的脱盐、纯化、无菌化及制备微电子工业所需的纯水、高纯水,医药工业的精制无菌水、注射用水,食品工业用的无菌水、软化水、锅炉用软化水,化学工业及分析化验室所需纯水高纯水等。在医疗、医药领域用于疫苗的浓缩与纯化,菌体的去除,分类与化验。中草药口服液的澄明与无菌化,中药针剂的制备、抗生素的浓缩与精制,肝腹水的去除等。在生物工程领域如啤酒的无热除菌过滤、低度酒澄清处理,味精生产中发酵液菌体与氨基酸的分离,醋的除浊与澄清,酱油的除菌与澄清,无菌空气、无菌水的制备。在食品工业领域有果蔬汁的澄清与无热灭菌及浓缩,食品的结构重组和由山楂制取浓缩山楂汁、山楂果珍、山楂果胶,速溶茶的制取,卵蛋白的浓缩,乳制品的浓缩,动物胶的浓缩等。在环境工程领域主要有:电镀、电泳漆废水、轧钢、切削等乳化油废水的处理,从洗毛废水中回收羊毛脂,从PVA上浆废水回收PVA浆料,高层建筑生活废水的处理与回收,食品加工废水的处理及有价值成分的回收等。在气体膜分离方面,已在工业领域应用的有富氧、富氮空气的制备,从合成氨尾气中进行氮、氢分离以回收氢等。总之膜分离技术作为一门新兴的化工分离单元,已显示出它的极好的应用前景,并将产生巨大的经济与社会效益,它将推动产业部门的技术改造和建立新的生产工艺促进高新技术研究的发展。
膜技术快速发展引来巨大商机
随着全球水资源短缺情况的加剧,水资源开发、工业和饮水处理、废水处理及再利用成为各国研究开发的热点,而膜分离技术正是目前国内外普遍采用的净化技术。有专家预言,膜技术及与其它技术集成的技术将在很大程度上取代目前采用的传统分离技术。现在,膜技术已与光纤、超导技术等一起成为21世纪十大高科技产业之一。
???? 膜分离技术是指利用具有特殊选择分离性的有机高分子材料或无机材料,制成不同形态结构的膜,在一定驱动力作用下,使双元或多元组份的特定组份因透过膜的速率不同而达到分离或密集的目的。由于这种技术是采用物理方法分离组份,因而清洁无污染、操作及设备简单、能量损耗少,并可广泛应用于石油、化工、电子电力、食品、医疗、环保等领域,因此近年来发展十分迅速。
膜分离技术的核心是膜材料的制备。膜材料分为有机膜和无机膜,但无机膜制备难度大,应用不多。目前,全球膜技术以有机膜技术为主。可用作有机膜材料的聚合物有上百种,但现在实现商品化生产的只有几十种。主要有聚四氟乙烯(PTFE)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚砜(PSF)、聚丙烯腈(PAN)、聚酰胺(PA)、醋酸纤维素(CA)、硝酸纤维素(CN)等。人们通常按照膜的用途来分类,可分为反渗透膜、超滤膜、微滤膜、纳滤膜、渗析膜、气体分离膜等。
作为一门新兴的高技术产业,膜分离产业在全球都保持了超过8%的增长率,在我国也有着相当广阔的应用前景。据预测,2030年中国人口将达到16亿,届时人均水资源量仅有1750立方米,预计用水总量为7000亿~8000亿立方米,要求供水能力比现在增长1300亿~2300亿立方米,全国实际可利用水资源量接近合理利用水量上限,因此开发新的水资源如进行海水淡化势在必行,而目前采用反渗透膜进行海水淡化是最经济而又清洁的方法。
另外,近年来我国废水、污水排放量以每年18亿吨的速度增加,全国工业废水和生活污水每天的排放量近1.64亿吨,其中约80%未经处理直接排入水域。可见,我国环保水处理方面对膜应用的需求量将很大,这一领域也被业界认为是增长潜力最大的领域。在生物医药和食品生产过程中,微滤膜发挥了重要作用。目前全球以血液渗析膜的市场最大,约占总销售额的50%。近几年来,膜技术在生物工程、医疗和血液渗析治疗领域的应用增速惊人,仅美国的年增速就超过了13%。
由于其广泛的用途及极好的市场应用前景,膜技术及膜材料的开发应用在全球范围内受到了前所未有的高度重视,‘谁掌握了膜技术,谁就掌握了化学工业的未来‘已成为业界的共识。各发达国家都在积极部署,投巨资发展该技术及产业,抢夺制高点。一直以来,美、日、欧始终处于世界膜技术的前沿,主导世界膜技术发展的方向,基本上垄断了世界膜市场。他们的特点是研发实力强、产品品种多、系列化。目前我国的膜材料以进口产品为主,拥有自主知识产权的产品很少,80%以上为引进产品及技术,膜产业整体处于技术水平较低、研发实力较弱的阶段,与发达国家相比有较大的差距。
尽管如此,我国膜市场的需求量增长却很快,业内专家预计到2015年,我国的膜市场需求可望超过200亿元,届时将占世界膜市场总需求量的10%~15%。在意识到了巨大的市场需求与研发的差距后,国家已投资建设了多个膜产业示范基地,如废水处理用膜组件及系统处理装置产业化示范工程、建立复合反渗透膜国产化及水工业成套技术装备生产基地等,这对于促进我国膜材料、膜技术的国产化,提高我国膜产业的整体水平有着重要的推动作用,为我国的膜行业在世界膜行业占有一席之地打下了良好的基础。
令人瞩目的膜分离技术
膜分离技术是一项新兴的分离技术,自60年代逐渐开始大量工业化应用之后发展十分迅速,其品种日益丰富,应用领域不断扩展,每年的销售额以14%~30%的速度增长,被专家认为是20世纪末到21世纪最有发展前途的高科技之一。据有关文献估计,目前膜分离技术世界市场规模已达到每年200亿美元以上。除了透析膜主要用于医疗用途以外,几乎所有的膜分离技术均可用于石油、天然气及石油化工和环保行业中。反渗透膜和纳滤膜作为主要用于水及其他液体分离膜,在分离膜领域占有重要地位。
膜材料从初期单一的醋酸纤维素非对称膜发展到表面聚合技术制成的交联芳香族聚酰胺复合膜,操作压力也扩展到高压(海水淡化)膜、中压(醋酸纤维素)膜、低压(复合)膜和超低压(复合)膜,80年代以来又开发出多种材质的纳滤膜。
膜组件的形式近年来也呈现出多样化的趋势,除了传统的中空纤维式、卷式、管式及板框式以外,又开发出回转平膜式和浸渍平膜式等。工业上应用最多的是卷式膜,它占据了绝大多数陆地水脱盐和越来越多的海水淡化市场,中空纤维膜在海水淡化应用中仍占有很高的份额。
膜分离技术除了目前已普遍应用于化工、电子、纺织、轻工、冶金、石油等工业领域外,还将在节能技术、环保技术、清洁生产等领域发挥重要作用。例如,高效的膜分离技术可以取代传统的能耗较高的技术,在我国可持续发展战略中具有重要意义,也是工业技术的主要措施之一。我国水资源十分紧张,水污染极为严重,随着对环境的要求不断提高,膜分离技术在工业废水处理方面将进一步发挥更大的作用。由于膜技术能在治理污染的同时回收有用的物质,变废为宝,甚至可以实现闭路循环,因此在清洁生产工艺中也
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