膜分離現象的發現距今已有200多年的歷史,但膜分離作為高新技術從實驗室中的珍品發展成為工業上大規模應用的高效節能的分離過程,還是近30多年的事。
隨著經濟的發展、社會的進步、人民生活水平的提高、能源的緊張、資源的短缺和環境污染的嚴重……,膜技術將在能源、電子、石化、食品、飲料、醫藥衛生、重工、輕工和人民日常生活以及環保等各個領域發揮其應的重要作用。膜分離是促進和保證社會持續發展的關鍵技術之一,不僅在國際上十分重視,而且在國內也已達成共識。
一、電滲析(ED)
我國離子交換膜和ED的研究始于1958年,1965年第一臺ED器試用于成昆鐵路建設,1967年實現了異相膜的工業化生產,70年代以來,相繼進行了多種均相離子交換膜的研制和中試放大、電極動力等研究和新型鈦涂釕電極的制備、大尺寸(800mm×1600mm)ED用隔板的開發、ED水力學參數研究、大型ED膜堆的設計和開發、長期運行不拆洗的研究與實踐及特種分離的開發等,使我國ED技術不斷提高。目前國內異相膜生產已具規模,年產量在3.5~4.0×105m2左右,大小ED廠家約40個。1985年開始制定ED技術標準,1995年完成并開始執行。
與國際水平相比,我國ED的工藝水平已接近世界先進水平。差距大的是均相離子交換膜的制備沒有工業化,膜品種少,性能較低,難以進行高濃度濃縮和不同離子分離等方面的應用,所以應加強耐溫、耐酸堿、耐氧化和耐污染等高性能膜的研制和開發。在組器工藝方面應加強ED器的集成化和自動化開發。除在苦咸水脫鹽的純水制備等方面進一步推廣外,環保要求的廢液再生回用等方面的應用應加強;結合實際情況開展高溫電滲析研究和集成工藝技術開發;大力開發雙極膜電滲水離解過程和填充床ED連續除離子過程。形成新的ED技術優勢。從環保和節能角度分析,進行高效Donnan滲析過程開發也是很有意義的。
二、反滲透(RO)
我國RO的研究始于1965年,1967~1969年的全國海水淡化會戰,為CA(醋酸纖維素)不對稱膜的開發打下了良好的基礎。70年代進行了中空纖維和卷式RO元件的研究,于80年代初步工業化。70年代曾對復合膜進行過廣泛的研究,但70年代末停了下來,80年代中重新開始復合膜的開發。經“七五”和“八五”攻關已中試放在成功。國內RO主要用于電子、電力、食品、飲料和化工等領域的純水和超純水制備,少量的用于苦堿水淡化。
與國外相比,我國某些RO工藝技術接近國際水平,但膜和組器技術和性能與國際水平相比仍有較大差距;復合膜性能比國外低且還未規模化生產;卷式元件和中空纖維組件離海水淡化的目標還有不少路要走……
在當前的形勢下,我們應結合引進、消化吸收和自我開發并重,大力開發復合膜用新材料;加強CA膜類的復合膜類成膜工藝開發;進一步提高成膜的耐溫、抗氧化、抗污染、低操作壓、高水通量和脫除率等性能;開發卷式和中空纖維式RO的最大潛力,進一步擴大RO的應用工藝開發,充分發揮RO的高效節能優勢,使我國反滲透技術能在海水淡化、脫水濃縮、高溫水再用、市政和工業廢水處理與再用等領域發揮其應有的作用。
三、超濾(UF)
我國從70年代初開始研究UF,最先開發的也是CA—UF膜,并在電泳漆行業中首先應用,之后又被擴大到酶制劑的濃縮等。聚砜中空纖維膜和組器的研究始于80年代初,80年代中期卷式元件也研制成功。通過“七五”和“八五”攻關,開發了一些耐溫的、高截留性能的膜和相關組器,但規模化還很不夠。另外近10年來,在荷電膜、臺金膜、成膜機理、膜污染機理和膜表征等方面也取得了許多可喜的進展。UF在電泳漆、酶制劑、飲料、食品、超純水、醫藥(包括生物制劑)和廢液廢水回收利用等領域都有廣泛的應用。
與國外水平相比,我國膜品種少,通量和截留綜合性能較低,組器技術的水平有待于改進提高。UF多在一些要求不高的場合下應用,成功的應用開發領域還不多,這也影響了膜技術的推廣。所以應努力提高通用膜的綜合性能,增加膜品種,特別是耐熱、耐溶劑、耐酸堿和抗污染的品種。用不同工藝開發高截留性能的膜,進一步改進現有組器制備工藝,嚴格制備和檢測工藝,生產高質量產品并使之規模化,有針對性地加大應用開發力度,加強膜污染和膜清洗的研究和實際應用推廣。
四、微濾(MF)
國內MF研究始于70年代初,開始以CA—CN膜片為主,于80年代相繼開發成功CA、CA—CTA、PAN、PVDF、尼龍等膜片,并進而開發出褶筒式濾芯;開發了控制拉伸致孔的PP、PE和PTEE微孔膜;也開發出聚酯和聚碳酸酯的核徑跡微孔膜;無機微孔膜也有了初期產品。并在醫藥、飲料、飲用水、食品、電子、石油化、分析檢測和環保等領域有較廣泛的應用。
與國外水平相比,我國相轉化法微孔膜的性能和國外同類產品性能基本一致。褶筒式濾芯已在許多場合下替代了進口產品,得到了廣泛應用;所以相轉化MF膜應在此基礎上,進一步提高質量,降低成本,擴大市場,形成規模,并開發卷式和中空纖維式組器;加強閉端和錯流新工藝的開發,提高組器的回收率和壽命;控制拉伸生產的PE、PP等MF膜。雖然生產工藝和質量有待提高,但以其價廉、耐溶劑等優點在不斷拓寬市場。所以應繼續開發和完善PE、PP等膜的生產工藝,穩定和提高產品質量,增加規格品種,開拓新應用領域和新的工藝。無機膜應加快多通濾芯的開發,形成一定規模,并找尋最適于其應用的各個領域,如高溫等苛刻要求的場合。大力開發其他形成的微濾膜。強化質量檢測,統一產品標準,使微濾市場能迅速擴大,增大效益。
五、納濾(NF)
我國納濾膜的研究始于80年代末,在實驗室中相繼開發CA—CTA納濾膜,S—PES涂層納濾膜和芳族聚酰胺復合納濾膜等,并對其軟化、染料和藥物中除鹽及特種分離等方面性能進行了試驗研究,取得了一批初步的成果。
與國外水平相比,我國的納濾膜僅能說是剛剛開始,即膜的研制、組器技術和應用開發等都剛起步。所以在這方面我們應根據自己的國情,急起直追,能在最近幾年內使我國的納濾技術實用化,為國民經濟更好地服務。