膜分離技術的發展簡史及研究現狀

時間：2006-11-14 來源： 作者：

    人類對于膜現象的研究源于1748年，然而認識到膜的功能并用于為人類服務，卻經歷了200多年的漫長過程。人們對膜進行科學研究則是近幾十年來的事。1950年W.Juda試制出選擇透過性能的離子交換膜，奠定了電滲析的實用化基礎。1960年 Loeb和Souriringan首次研制成世界上具有歷史意義的非對稱反滲透膜，這在膜分離技術發展中是一個重要的突破，使膜分離技術進入了大規模工業化應用的時代。其發展的歷史大致為：30年代微孔過濾，40年代透析；50年代電滲析；60年代反滲透；70年代超濾和液膜；80年代氣體分離；90年代滲透汽化。此外以膜為基礎的其它新型分離過程，以及膜分離與其它分離過程結合的集成過程(Integrated Membrane Process)也日益得到重視和發展。

幾種主要膜技術發展近況大致如下：

    微濾在30年代硝酸纖維素微濾膜商品化，60年代主要開發新品種。近年來以四氟乙烯和聚偏氟乙烯制成的微濾膜已商品化，具有耐高溫、耐溶劑、化學穩定性好等優點，使用溫度在－100～260℃。目前銷售量居第一位。

    超濾從70年代進入工業化應用后發展迅速,已成為應用領域最廣的技術。日本開發出孔徑為5～50nm的陶瓷超濾膜, 截留分子量為2萬, 并開發成功直徑為1～2mm, 壁厚200～400的陶瓷中空纖維超濾膜,特別適合于生物制品的分離提純。

    離子交換膜和電滲析技術主要用于苦咸水脫鹽,近年市場容量也近飽和。80年代新型含氟離子膜在氯堿工業成功應用后, 引起氯堿工業的深刻變化。離子膜法比傳統的隔膜法節約總能耗30％，節約投資20％。90年世界上已有34個國家近140套離子膜電解裝置投產, 到2000年全世界將1/3氯堿生產轉向膜法。

    60年洛布(Loeb)與索里拉簡(Sourirajan)發明了第一代高性能的非對稱性醋酸纖維素膜, 把反滲透(RO)首次用于海波及苦咸水淡化。70年代開發成功高效芳香聚酰胺中空纖維反滲透膜，使RO膜性能進一步提高。90年代出現低壓反滲透復合膜, 為第三代RO膜，膜性能大幅度提高，為RO 技術發展開辟了廣闊的前景。目前RO 已在許多領域得到廣泛應用，例如，超純水制造、鍋爐水軟化，食品、醫藥的濃縮，城市污水處理，化工廢液中有用物質回收。

    1979年Monsanto公司用于H2/N2分離的Prism系統的建立, 將氣體分離推向工業化應用。1985年Dow化學公司向市場提供以富N2為目的空氣分離器“Generon”氣體分離用于石油、化工、天然氣生產等領域, 大大提高了過程的經濟效益。

    80年代后期進入工業應用的膜分離技術是用滲透汽化進行醇類等恒沸物脫水，由于該過程的能耗僅為恒沸精餾的1/3～1/2，且不使用苯等挾帶劑，在取代恒沸精餾及其它脫水技術上具有很大的經濟優勢。德國GFT公司是率先開發成功唯一商品GFT膜的公司。90年代初向巴西、德、法、美、英等國出售了100多套生產裝置，其中最大的為年產4萬噸無水乙醇的工業裝置，建于法國。除此之外，用PV法進行水中少量有機物脫除及某些有機／有機混合物分離, 例如水中微量含氯有機物分離，MTBE/甲醇分離, 近年也有中試規模的研報導。

    在我國，膜技術的發展是從1958年離子交換膜研究開始的。65年開始對反滲透膜進行探索，66年上海化工廠聚乙烯異相離子交換膜正式投產，為電滲析工業應用奠定了基礎。67年海水淡化會戰對我國膜科學技術的進步起了積極的推動作用。70年代相繼對電滲析、反滲透、超濾和微濾膜及組件進行研究開發，80年代進入推廣應用階段。80年代中期我國氣體分離膜的研究取得長足進步，1985年中國科學院大連化物所首次研制成功中空纖維N2/H2分離器, 主要性能指標接近國外同類產品指標, 現已投入批量生產, 每套成本僅為進口裝置的1/3。

    我國滲透汽化(PV)過程研究開始于1984年, 進入90年代以來, 復合膜的制備取得了較大進展, 1992年, 我系研制的改性PVA/PAN復合膜通過技術鑒定, 98年在燕化建立我國第一個千噸級苯脫水示范工程, 為我國PV技術的工業化應用奠定了基礎。

    為了推動我國膜技術快速發展，盡快縮短我國膜技術研究與國外先進水平的差距。國家科委把低壓復合膜，滲透汽化透水膜，無機陶瓷膜及天然氣脫濕膜等列入“九五”重點科技攻關計劃, 分別由杭州水處理中心、清華大學化工系、南京化工大學及中科院大連化物所承擔，重點進行開發研究。同時國家計委投資于98年10月在大連開始興建國家膜工程中心，該中心依托在中國科學院大連化物所，通過世行貸款、國家投資和融資的方式共籌資金1.07億元人民幣。