我国膜分离技术开发与应用    □高从土皆
    □高从土皆    膜分离现象的发现距今已有２００多年历史，但膜分离作为高新
    膜分离现象的发现距今已有２００多年历史，但膜分离作为高新技术，用于工业大规模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
    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，促使膜技术将在能源、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有的重要作用。膜分离是促进和保证社会持续发展的关键技术之一，不仅国际上对此十分重视，而且国内也已达成共识。    一、液体用膜
    一、液体用膜    １．电渗析
    １．电渗析    我国离子交换膜和电渗析（ＥＤ）的研究始于１９５８年，１９
    我国离子交换膜和电渗析（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；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，年产在３.５×１０５～４．０×１０５ｍ２左右， 大小ＥＤ厂家约４０个。１９８５年开始制定ＥＤ技术标准，１９９５年完成并执行。    我国ＥＤ的工艺水平已接近世界先进水平。但均相离子交换膜的
    我国ＥＤ的工艺水平已接近世界先进水平。但均相离子交换膜的制备没有工业化，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，故应加强耐温、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。    ＥＤ可用于苦咸水脱盐和纯水制备等方面。在食品和生物化工中
    ＥＤ可用于苦咸水脱盐和纯水制备等方面。在食品和生物化工中料液脱盐、脱酸和分离及废液再生回用等方面的应用应加强。还应结合实际开发高温电渗析研究和集成工艺技术；双极膜电渗析水离解过程和填充床ＥＤ连接除离子过程，形成新的ＥＤ技术优势。从环保和节能角度分析，进行高效杜南渗析过程开发也是很有意义的。    ２．反渗透
    ２．反渗透    我国反渗透（ＲＯ）的研究始于１９６５年，１９６７～１９６
    我国反渗透（ＲＯ）的研究始于１９６５年，１９６７～１９６９年全国海水淡化会战为醋酸纤维素（ＣＡ）不对称膜的开发打下良好基础。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，经“七五”和“八五”攻关已中试放大成功。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，少量的用于苦咸水淡化。    我国某些ＲＯ工艺技术接近国际水平，但膜和组器的技术和性能
    我国某些ＲＯ工艺技术接近国际水平，但膜和组器的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用于海水淡化，目前还有不小距离。    在当前的形势下，我们应引进、消化吸收和自我开发并重，大力
    在当前的形势下，我们应引进、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类膜和复合类膜成膜工艺开发，进一步提高成膜的性能，其中包括：耐温、抗氧化、抗污染、低操作压、高水通量和脱除率等。应开发卷式和中空纤维式ＲＯ的最大潜力，进一步扩大应用工艺开发，充分发挥其高效节能优势，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。    ３．超滤
    ３．超滤    我国从７０年代初开始研究超滤（ＵＦ），最先开发的也是
    我国从７０年代初开始研究超滤（ＵＦ），最先开发的也是ＣＡ-ＵＦ膜，并在电泳漆行业中首先应用， 之后又被扩大用于酶制剂的浓缩等。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，开发了耐温、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一定进展。ＵＦ在电泳漆、酶制剂、饮料、食品、超纯水、医药（包括生物制剂）和废液废水回收再用等领域都有较广泛的应用。    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
    与国外水平相比，我国膜品种少，通量和截留综合性能较低，组器技术的水平也有待改进提高。ＵＦ多在一些要求不高的场合下应用。另外，应用成功的开发领域还不多，影响了ＵＦ技术的推广。所以应努力提高通用膜的综合性能，增加品种，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应用推广。    ４．微滤
    ４．微滤    国内微滤（ＭＦ）研究始于７０年代初，开始以ＣＡ-ＣＮ膜片
    国内微滤（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、 聚偏二氟乙烯（ＰＶＤＦ）、尼龙等膜片，进而开发出褶筒式滤芯，还开发了控制拉抻致孔的ＰＰ、ＰＥ和聚四氟乙烯（ＰＴＦＥ）微孔膜。也开发出聚酯和聚碳酸酯的核径迹微孔膜；同时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、石油化工、分析检测和环保等领域有较广泛的应用。    我国相转化法微孔滤膜的性能和国外同类产品性能基本一致，褶
    我国相转化法微孔滤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进口产品，得到广泛应用。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，但其以价廉、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工艺。无机膜应加快多通道滤芯的开发，形成一定规模，并找寻最适于其应用的各个领域，如高温等要求苛刻的场合。大力开发其他形式的微滤膜。强化质量检测，统一产品标准，使微滤市场迅速扩大。    ５．纳滤
    ５．纳滤    我国纳滤（ＮＦ）的研究始于８０年代末，在实验室中相继开发
    我国纳滤（ＮＦ）的研究始于８０年代末，在实验室中相继开发了ＣＡ-ＣＴＡ纳滤膜， 磺化聚醚砜涂层纳滤膜和芳族聚酰胺复合纳滤膜等，并对其在软化、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，取得初步成果。    我国纳滤膜的研制、组器技术和应用开发等都刚起步。我们应根
    我国纳滤膜的研制、组器技术和应用开发等都刚起步。我们应根据国情，急起直追，能在最近几年内使我国的纳滤技术实用化。    ６．其他液体处理用膜
    ６．其他液体处理用膜    除上述几种膜之外，人工肾、氯碱工业用全氟离子交换膜和液膜
    除上述几种膜之外，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。    国内进行过人工肾研究并临床应用，但现在人工肾多为进口纤维，
    国内进行过人工肾研究并临床应用，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，取得可喜的
    ８０年代国内组织了全氟离子交换膜的攻关和研究，取得可喜的成果，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较深入的研究，并在含酚和含
    我国自７０年代中开始对液膜进行较深入的研究，并在含酚和含金废水处理和回收方面进行扩大试验，表明液膜应用的潜力。今后主要应在实用上多做工作，特别是促进传递方面。    二、气体分离膜
    二、气体分离膜    我国的气体分离膜研究始于７０年代末，８０年代获得突破。
    我国的气体分离膜研究始于７０年代末，８０年代获得突破。    １．中空纤维膜氮氢分离器
    １．中空纤维膜氮氢分离器    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
    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３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氨厂推广应用，从弛放气中回收Ｈ２达８５％，可增产氨３％～４％，吨氨节电达４０ｋＷｈ，生产能力提高近２０％。    ２．卷式富氧膜组件
    ２．卷式富氧膜组件    经协同攻关，１９８７年研制出１００×１０００ｍｍ卷式富
    经协同攻关，１９８７年研制出１００×１０００ｍｍ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
    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陷皮层的聚砜
    先后研制了聚砜中空纤维涂硅橡胶的膜组件和无缺陷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Ｎ２采油等方面都有广大的市场。    ４．天然气精加工膜系统
    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
    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／ｄＣＯ２脱除９０％，Ｈ２Ｏ脱除９８％，固相脱硫可１００％回收，为大规模应用奠定了坚实基础。    三、新品种膜
    三、新品种膜    １．无机膜
    １．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
    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、孔径均匀且分布范围窄、不老化、寿命长等优点，可以满足一些特别苛刻的使用要求。１０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工作，取得显著的进步。在陶瓷多通道微滤膜和装置的制造方面已有我国自己开发的产品，并已在水处理和环保等领域进行了应用工艺的开发。    ２．渗透汽化
    ２．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、
    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（聚苯醚）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，取得良好结果。    ３．膜蒸镏和膜萃取
    ３．膜蒸镏和膜萃取    ①膜蒸镏８０年代中开始进行研究工作，用ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ
    ①膜蒸镏８０年代中开始进行研究工作，用ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ和ＰＰ微孔膜作为膜蒸馏用膜，进行了脱除水溶液中挥发组分、水溶液浓缩和从盐水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、膜的结构、传
    ②膜萃取从８０年代中开始研究，在膜材料选择、膜的结构、传质过程、萃取和反萃取过程、膜器的结构和放大操作等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。    ４．亲合膜
    ４．亲合膜    通过对膜材料、间隔臂和配基的选择，对膜的制备和活化等进行
    通过对膜材料、间隔臂和配基的选择，对膜的制备和活化等进行深入研究，制取了一批亲合膜，可用于去内毒素和干扰素的纯化等，为生化技术发展提供了重要的高效分离手段。    ５．膜反应器
    ５．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
    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成果。    ６．集成膜过程
    ６．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
    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。