膜材料与膜组件产品技术工艺应用与现状分析

第一节 膜材料与膜组件产品分类与构成 分析

一、膜材料与膜组件 行业 产品分类标准

1、按膜材料可分为有机膜和无机膜，已 研究 过的可用作有机膜材料的有几百种，但目前可用作商品膜的膜材料只有数拾种。主要有醋酸纤维素(CA)、三醋酸纤维素(CTA)、CA—CTA混纤、硝酸纤维素(CN)、芳香聚酰胺(PA)、聚丙烯腈(PAN)、聚砜口SF)、聚四氟乙烯PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚砜(PES)、聚砜酰胺(PSA)、聚氯乙烯口VC)、聚醚酮(PEK)、磺化聚砜(SPS)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)等。无机膜的品种较少，主要有陶瓷膜、碳膜、金属膜和玻璃膜等，以陶瓷膜为主，工业上应用的主要有氧化铝、氧化锆和氧化钛等。

2、按功能可分为分离膜和反应膜等。

3、按分离过程可分为反渗透（RO）、超滤(UF)、微滤(MF)、纳滤（NF)、渗析(D)、电渗析（ED)、气体分离(GS)、渗透汽化(PV)、液膜、膜蒸馏、膜反应和控制释放等。 

膜的分类示意图

二、膜材料与膜组件产品国内市场份额

目前相对于反渗透膜强大的市场占有率，超滤膜还没有形成较大的占据局面，但是在近两三年来超滤膜开始飞速增长，进入发展关键期。

目前，反渗透膜市场被海德能和陶氏两大巨头占据，超滤膜市场还没有形成垄断局面。国内的超滤膜产品在一定程度上对抗，产品品质相对反渗透等产品来说要好得多。国外的超滤膜虽然质量虽好，但是在应用上会低于国产膜，其主要原因是国产膜在价格上占有一定优势。

目前的市场格局是，以科氏为代表的几个国外知名品牌占据了国内高端市场，而中低端市场被国内众多超滤厂家所瓜分，其中的代表企业有欧美环境、天津膜天膜，海南立升、大连欧科、汇通源泉等企业。现在国内的超滤膜企业正在以“星星之火可以燎原”之势发展壮大，其生产的膜产品质量均属中等水平，不足以形成垄断。

第二节 国内膜材料与膜组件产品 技术工艺 应用 分析

1、反渗透技术

反渗透技术是继电渗析技术之后发展起来的～项膜技术，其应用范围已从最初的脱盐扩展到电子、化工、医药、食品、饮料、冶金和环保等领域的纯水超纯水制备、废水处理及物料的预浓缩等。目前,反渗透海水淡化的耗电已降到3kWh/m3，总造水量达1．0×107m3／d；苦咸水淡化耗电已降到0．5～3kwh／m3，总造水量达5．0×107m3／d。反渗透技术将成为2l世纪解决缺水地区用水的重要手段之一。

反渗透技术的主要应用

2、超滤技术

超滤技术是在反渗透基础上发展起来的新型技术．主要用于料液澄清，截留溶质的浓缩和溶质的分馏等，能去除的物质主要是生物分子、高分子聚合物、胶体物质等。超滤是用途最广的技术之一，乳清处理和牛奶深加工是超滤的最大市场之一，废水处理前景看好。

超滤技术的主要应用

3、微滤技术

微滤技术主要用于流体中分离微米的物质，是所有膜过程中应用最普遍、市场最大的一项技术。

微滤技术的主要应用

4、纳滤技术纳滤膜早期称之为松散反渗透膜，是80年初继典型的反渗透复合膜之后开发出来

的新型技术，只有十余年历史，反渗透膜几乎对所有溶质都有很高的脱盐率。纳滤膜只对限定的溶质具有较高脱盐率。纳滤技术在水软化、百量级分子量物质(如抗生素、多糖、染料等)的纯化、分离和浓缩等领域得到了较好的应用，可替代或部分替代沉淀、蒸发和PH调节等工艺，成为生物制药和精细化工的重要高效节能单元操件。纳滤技术可用于去除水中三卤甲烷(THM)的前驱物，以防止水中THM的生成；用于乳清浓缩．将除盐、除乳糖和蛋白质浓缩同时进行；用于蔗糖和NaCl分离，蔗糖的截留率可达90％，而NaCl的截留只有20％；用于食品脱色，氨基酸分离，多肽的纯化及浓缩；用于木材制浆碱萃取阶段所形成的废液脱色．脱色率达98％以上；用于酸性溶液中分离金属硫酸盐和硝酸，其中对硫酸镍的截留率可达95％{用于饮用纯净水生产，可保留对人体健康有益的矿物质和微量元素。

5、渗析、膜电解和电渗析技术渗析也称透析，主要用于脱除溶液中的低分子量组分，渗析技术一度被超滤技术所取代，但近年来随着人工肾的开发而得到重用，成为医疗的重要手段之一，近年来，其销售额居各种膜过程之首。

电渗析技术早在20世纪50年代就广泛用于苦咸水脱盐。随着新型离子交换膜的出现和交换树脂填充床电渗析技术的推出，电渗析技术将再次呈现出广阔的应用前景，主要用于电子工业用高纯水制备，锅炉补给水及工业用初级纯水制各，乳清脱盐．氯碱工业，电镀工业漂洗水循环处理及其金属回收，电泳涂漆漂洗水处理．造纸工业废水处理等，日本还用于海水浓缩制盐。

6、气体膜分离技术气体膜分离技术从20世纪70年代就开始进入工业应用阶段，而且发展迅速。气体膜分离技术可广泛用于膜法提氢、膜法富氧、富氯，工业气体脱湿，天然气脱湿、提氦以及脱除有机蒸汽、二氧化碳和硫化氢等。

膜法气体分离的主要应用

7、渗透汽化技术渗透汽化技术将对传统的蒸馏技术产生新的变革，它以溶解扩散的机理进行组分的传递，不受共沸体系影响，对共沸物的分离特别有效．主要用于有机溶剂脱水，水中少量溶剂的脱除和有机混合物的分离。20世纪80年代,国外最先实现工业化,德国GFT公司的交联聚乙烯醇(PVA)膜，率先用于乙醇脱水生产无水乙醇和异丙醇脱水等，现已建成100多个工厂，最大规模为150m3／d；甲醇与MTBE的分离也接近工业化应用。随着渗透汽化技术的发展，其他应用也将快速增长，特别是利用有机液优先透过膜实现的渗透汽化过程．可除去溶液中的少量酚、胺、醚等有机物，在环保方面具有特殊的价值，有机混合液的选择性分离涉及石油化工的许多关键性操作过程，这一领域的任何一项突破都会带来产业技术的变革，它也将成为2l世纪膜工业新的增长点。

8、无机膜的主要应用无机膜适合在高压、高温、高粘度、高固体含量、高氯化物含量和苛刻PH条件下使用。因此，它在化工、石油化工、食品工业、冶金工业、环境工程、生物工程等领域前景广阔。无机膜分离技术在国外已初步产业化，尤其是陶瓷膜，可用于生产中气态或液态工艺物料的净化分离，腐蚀性气体，过滤、脱湿，生物发酵液过滤，生物物性物质的分离，结晶母液过滤，超细微粒回收，油田回注水处理，强酸或强碱性金属清洗净化，高色度、高浊度的有机废水处理等。

第三节 国外膜材料与膜组件产品 技术工艺 应用 分析

膜技术在水处理中的应用范围相当广泛，既可用于给水处理也可用于废水处理，在某些特殊 行业 的水处理中也有涉足，且其应用规模在不断扩大。目前，在膜法水处理应用方面领先的国家美国、日本、德国等。

发达国家如法国、荷兰、美国等已有越来越多的人口饮用采用膜技术生产的饮用水:法国有一座产水量高达314×105m3/d的膜法净水厂;英国建设的膜净水厂最大产水量达到80000m3/d。在淡水资源缺乏的地区，以海水、苦碱水或处理后的市政污水作为直接或间接饮用水源(回灌地下作为地下饮用水源)，已成为拓展现有水供应的有效方法，如1993年巴黎郊区建成一座产水量为2800m3/d的纳滤净水厂，利用经传统工艺处理后的地表水生产饮用水，此地表水经过三级纳滤系统处理，可有效去除其中的杀虫剂及THAs前体。在全世界范围内已建成的以二级市政污水为水源生产高质量饮用水的示范性膜法净水处理厂中，以美国科罗拉多州丹佛市的膜法水处理厂最为有名，其处理系统中的反渗透装置发挥着去除总溶解性固体和有机污染物的作用。

关于膜技术的处理成本，美国的自来水领域，用膜法处置的成本已低于其传统模式。在污水处理领域，使用膜法可以降低占地，从而降低土地利用以及设备成本，另外可以通过膜的长寿命运行来降低它的运行成本，因此，膜法处理污水的成本可能要比传统方法还要低些。

第四节 我国膜材料与膜组件产品技术应用成熟度解析

目前我国膜制备生产技术已取得了重大突破，反渗透膜制备技术达到世界先进水平。2008年国产反渗透膜脱盐率已达到99.7%，属于国际尖端水平，国产反渗透膜国内市场占有率达到10%。我国在全球范围内首创PVC合金中空纤维膜技术，填补了国际空白，已成为饮用水深度处理的主流技术；攻克了热致相分离（TIPS）法制备聚偏氟乙烯中空纤维膜新工艺，突破了国外技术封锁，在2008年成功实现TIPS小试和中试，并将实现工业化生产。

第五节 膜材料与膜组件产品 技术工艺 与市场应用关系 分析

在市场经济持续发展的今天，国内企业已逐步转向综合实力的竞争。在这种综合实力的竞争中，最重要的因素是技术。谁能掌握先进的生产技术，谁就能占据市场的主动。只有市场与技术二者有机结合，技术只有适应市场需要才能有好的发展前景。

技术创新以市场为导向，首先是适应先进生产力发展的时代要求。要想使企业保持先进，就要运用先进的技术，创造更先进的生产方式和更高的生产效率，推进结构战略性调整，形成发达的制造力。

其次，技术创新要与加快企业产品结构战略性调整相结合，做大做强特色产品，发展一批具有重大带动作用的先导性、战略性的高附加值产品。

从某种意义上讲，一个企业的成功就是一个品牌的成功，一个品牌的成功就是整个企业价值链整体的成功。企业只有明白自身的核心竞争力在价值链的哪个环节上，才能把握竞争优势。一个企业如果没有自己与时俱进的独特技术，让价值链在市场向前滚动时脱节，当然不可能满足不断攀升的市场需求。企业要长期占有市场优势，必须让自己求。企业要长期占有市场优势，必须让自己的技术及产品与时俱进。

正确恰当地处理好两者的辩证关系，顺应市场的发展趋势，是维系我国膜材料与膜组件长远健康发展的必要条件。

第六节 不同类型生产工艺优缺点比较

常用的制膜方法有相转化法（流涎、纺丝）和复合法等。

1、相转化法

用相转化法制作的反渗透膜，对溶质起分离作用的仅是极薄的表面致密层，其厚度约为膜厚的1/100。膜的透过速度与表面致密层的厚度成反比，可以通过减小表面致密层的厚度提高膜的透过速度，但 研究 表明，要想制得厚度小于0.1(m的表面致密层是极为困难的。

在压力作用下，膜的压密使得膜的透过速度下降。膜的压密主要发生在介于表面致密层和下面多孔支撑层之间的过渡层，从而增加了膜的透过阻力。尽管有的 研究 指出，透过速度的下降与表面致密层的结构变化有关，但是只要操作压力不超过表面致密层高分子的屈服点，透过速度下降的主要原因仍在于过渡层的致密。因此，从减小表面致密层的厚度和解决过渡层压密的角度看，单纯依靠改进相转化法制膜工艺来提高膜性能是有限度的。

2、复合法

采用其它工艺分别制备致密的超薄脱盐层和多孔支撑层，然后将两部分进行复合，这样既可以减小表面致密层的厚度，又可以取消易引起压密的过渡层，还可以选择坚韧的材质制备多孔支撑层，选择高脱盐的材质制备超薄脱盐层，从而使膜同时具有较高的溶质分离率和溶剂透过速度，这是制作复合膜的基本设想。其特点如下：

1）可以选用不同的材质制作超薄脱盐层和多孔支撑层，使它们的功能分别达到最优化，从而优化复合膜的性能。

2）可以用不同方法制作高交联度和带离子性基团的超薄脱盐层，厚度可以控制到0.01-0.1m，从而使得膜对无机物特别是对有机物具有良好的分离率和较高透水速度，同时还具有良好的物化稳定性和耐压密性。

3）根据不同的应用特性，可以制作不同厚度的超薄脱盐层。

4）大部分复合膜可以制成干膜，有利于膜的运输和保存。

目前，复合膜的制作通常是先制作多孔支撑层，然后直接在多孔支撑层上以各种方法制作超薄脱盐层。对多孔支撑层，要求有适当大小的孔密度、孔径和孔径分布，有良好的耐压密性和物化稳定性。由于聚砜原料廉价易得，制膜简单，有良好的机械强度和抗压密性，有良好的化学稳定性，无毒，能抗微生物降解，膜可进行干燥，并对透水速度影响不大，所以目前工业上绝大多数复合膜主要采用聚砜多孔支撑膜作为支撑层。


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