新疆大学 21世纪化学工程概论
中国膜工业现状概论
1概述
膜工业是一门崭新的工业，在世界上只有60年的发展历史，在我国是从40多年前才起步。经过近半个世纪的发展，膜技术已成为高效节能的单元操作，对相关产业的发展具有很大的推动作用，成为实现可持续发展战略的重要组成部份。目前，已经成熟和不断研发出来的反渗透、超滤、微滤、纳滤、电渗析、渗析、气体分离、无机膜、渗透汽化、膜接触、膜反应及控制释放等技术正在广泛应用于石油、化工、电子、电力、能源、环保、食品、饮料、轻工、医药和生物工程等行业，产生了很大的经济和社会效益，发挥着越来越重要的作用。如：
——微滤技术用于处理溶液中细微颗粒、细菌和胶体颗粒物质，分离效率高．成本低，已成为这一领域的标准技术。
——超滤技术用于大分子与小分子的分离，在液体净化和生物、食品的浓缩加工等方面具有巨大的潜力。
——反渗透技术已成为海水、苦咸水淡化和纯水、超纯水制备及物料预浓缩等的最经济手段， 反渗透及其它海水淡化技术己解决了世界上1亿多人的吃水问题，将成为21世纪解决缺水问题的重要途径之一。
——纳滤技术以其独特的功效已成为生物制药和精细化工的重要高教节能单元操作，并将成为21世纪饮用水净化的关键技术。 ——电渗析技术用于氯碱工业，不仅大大降低了电耗，而且杜绝了水银隔膜法对环境造成的污染，可谓该工业的一场革命。近几年发展起来的离子交换树脂填充床电渗析技术可用于纯水、超纯水制备，在很大程度上可取代传统的离子交换工艺．实现清洁生产．
——气体膜法分离技术可使化工厂弛放气和炼油厂排气中的85％氢气得到回收，膜法富氧技术用于助燃可节能20％,--25％．
——以无机膜为代表的膜催化反应技术可打破化学反应平稳的限制，提高反应转化率，将有可能对整个石油和化学工业等支柱产业产生变革性影响。
——渗透汽化技术用于溶剂脱水，特别是乙醇脱水，比传统蒸馏法能耗减少2／3，对人类能源路线的变革和开发新能源具有深远的战略意义。
——膜集成技术用于废水处理、废水资源化等．将成为2l世纪环保的重要手段之一。
有专家预言,进入21世纪后，膜技术及其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，达到节能降耗、提高产品质量之目的。对推动人类科学技术进步，促进社会发展．将起极大的作用。有关机构指出,膜技术与光纤、超导等技术将成为主导未来工业的六大高新技术之一．也将是21世纪新型十大高科技产业之一。
目前．膜技术在全球范围内受到了前所未有的高度重视，特别是“谁掌握了膜技术，谁就掌握了化学工业的未来”己成为共识．各发达国家都在积极部署．投入巨资发展该技术及产业．抢夺制高点．中国作为一个发展中的大国，虽然在膜工业方面作了大量的工作。也取得了较大的进展，但与发达国家相比。还有较大的差距，存在的问题也较多，面临的形势是严峻的。因此，研究制定中国膜工业发展战略．积极部署，力争在最短的时间内赶上发达国家的先进水平已成当务之急。 2膜技术及其应用 2．1膜分离技术定义
膜分离技术系利用具有特殊选择分离性的有机高分子材料和无机材料，形成不同形态结构的膜，在一定驱动力作用下，使双元或多元组份透过膜的速率不同而达到分离或特定组份
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密集的目的。
2．2膜分离技术特点
（1）无试剂加入，无额外材科损耗，无需再生，无二次污染，可连续操作。
（2）能充分利用工业压力做为膜分离推动力，物料仅通过简单地流经膜表面即可得到分离或浓缩。
（3）工艺兼容性强，易与相关工艺配套，能因地制宜地满足多样化工艺组台要求。
（4）模块组合方式既可满足集中应用，又可进行单元操作，不受场地和自然环境的限制。 （5）常温操作．投资少、能耗低、回收率高，无公害。
（6）设备结构紧凑，占据空间小；工艺简单，组装方便，容易操作。 （7）一般无需相变和化学变化即可达到分离目的。 2．3膜与膜过程种类
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(PSF)、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(PVC)、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。 按功能可分为分离膜和反应膜等。
按分离过程可分为反渗透(R0)、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。 2．4膜分离技术的应用 2．4．1反渗透技术
反渗透技术是继电渗析技术之后发展起来的一项膜技术，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。
反渗透技术的应用领域主要应用，脱盐已广泛应用于靛永的生产、海水淡化、苦成水淡化。超纯水制备已广泛应用于电子工业用水、药物生产用水、医药用水等．工业用水处理锅炉补给水、化工用水、冷凝塔泄料再循环等工业水处理．废水处理市政废水、工业废水和有害废水处理、废水资源化等。废液处理和水再利用，水，有机液体的分离，有机液体混合物的分离，电化工物质分离(正在开发)镀漂洗水再利用和金属回收等．食品加工(正在开发) 奶品N-r、糖液浓缩，果汁和乳品NT、废液处理，生产低度酒和啤酒等。 2．4．2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～，废水处理前景看好。
超滤技术的应用领域主要应用，成熟的应用有：电泳漆废水中涂料的回收，从废水中回收胺乳化液，纺织上浆利料PVA的回收和重复利用，污泥脱水前的浓缩，金属加工和罐头听生产工业的工业废水的处理含油废水处理等。正在兴起的应用有：造纸废液处理，漂白废渡处理，酸性矿物排出液，铜、硒、铝冶炼．黄铜生产废液的废水处理再利用和有用物质回收等。城市污水处理城市污水处理、中水回用等．超纯水制备生产、生活用超纯水生产等．成熟的应用有：回收乳清中的蛋白质，果汁澄清，植物蛋白的回收。医药产品的除苗，牛奶深加工等。食品加工及药业应用正在兴起的应用：从发酵液中分离和浓缩具有生物活性的组分，
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酶的提取．激素的提取，屠宰动物血液的回收。血液中提取白蛋白，明胶的回收等，前景广阔。微滤技术的应用领域主要应用，医药工业主要用于气体除菌；中药提取液精制食品工业明胶和葡萄糖的澄清；果汁的澄清；回收啤酒渣和生啤除菌；调味品、钦科精制。高纯水的制各是目前徽滤应用的第二大市场城市污水处理用于除击病毒用于从颧料中分离溶剂；从舍油废水中去豫难处理的颗粒；从电镀废水中除去有毒的重工业废水垃理金属如镉、汞、铬等都有着较好的前景．燃}斗工业用于油品的除蜡和沥青质。生物技术工业浓缩和分离发酵液中的生物产。 2．4．3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。
2．4．4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、蒸发和口H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。 2．4．5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。 2．4．6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。气体膜分离技术的主要应用参见表4。
膜法气体分离的工业应用顿域主要应用
脱法提氢已成功用于台成氨弛放气中H2的回收，炼油厂尾气中H2的回收，台成气比 例的调节等。膜法富，N2的富集，工业中可富集95％N2。膜法富氧家庭医用02的富集，作为燃烧用的02富集，超纯氧制造(>9o%)等。酸性气似碳氢化台物己成功用于生物气中回收C02，天然气中脱除酸性气体，EOR伴生气中回收C02，从酸性气体中脱踪H2S正处于开发阶段。H20／碳氢化台物分离用于天然气的干燥，H2O／空气分离。碳氢化台物，空气用于环境污染控制，溶剂的回收。 2．4．7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
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中国膜工业现状与前景
