膜分离技术的发展简史及研究现状

膜分离技术的发展简史及研究现状人类对于膜现象的研究源于1748年，然而认识到膜的功能并用于为人类服务，却经历了200多年的漫长过程。人们对膜进行科学研究则是近几十年来的事。1950年W.Juda 试制出选择透过性能的离子交换膜，奠定了电渗析的实用化基础。1960年 Loeb和Souriringan首次研制成世界上具有历史意义的非对称反渗透膜，这在膜分离技术发展中是一个重要的突破，使膜分离技术进入了大规模工业化应用的时代。其发展的历史大致为：30年代微孔过滤，40年代透析；50年代电渗析；60年代反渗透；70年代超滤和液膜；80年代气体分离；90年代渗透汽化。此外以膜为基础的其它新型分离过程，以及膜分离与其它分离过程结合的集成过程(Integrated Membrane Process)也日益得到重视和发展。几种主要膜技术发展近况大致如下：

微滤在30年代硝酸纤维素微滤膜商品化，60年代主要开发新品种。近年来以四氟乙烯和聚偏氟乙烯制成的微滤膜已商品化，具有耐高温、耐溶剂、化学稳定性好等优点，使用温度在－100～260℃。目前销售量居第一位。

超滤从70年代进入工业化应用后发展迅速,已成为应用领域最广的技术。日本开发出孔径为5～50nm的陶瓷超滤膜, 截留分子量为2万, 并开发成功直径为1～2mm, 壁厚200～400的陶瓷中空纤维超滤膜,特别适合于生物制品的分离提

纯。

离子交换膜和电渗析技术主要用于苦咸水脱盐,近年市场容

量也近饱和。80年代新型含氟离子膜在氯碱工业成功应用后, 引起氯碱工业的深刻变化。离子膜法比传统的隔膜法节约总能耗30％，节约投资20％。90年世界上已有34个国家近140套离子膜电解装置投产, 到2019年全世界将1/3氯碱生产转向膜法。

60年洛布(Loeb)与索里拉简(Sourirajan)发明了第一代高

性能的非对称性醋酸纤维素膜, 把反渗透(RO)首次用于海

波及苦咸水淡化。70年代开发成功高效芳香聚酰胺中空纤维反渗透膜，使RO膜性能进一步提高。90年代出现低压反渗

透复合膜, 为第三代RO膜，膜性能大幅度提高，为RO 技术发展开辟了广阔的前景。目前RO 已在许多领域得到广泛应用，例如，超纯水制造、锅炉水软化，食品、医药的浓缩，城市污水处理，化工废液中有用物质回收。

1979年Monsanto公司用于H2/N2分离的Prism系统的建立, 将气体分离推向工业化应用。1985年Dow化学公司向市场提供以富N2为目的空气分离器“Generon”气体分离用于石油、化工、天然气生产等领域, 大大提高了过程的经济效益。80年代后期进入工业应用的膜分离技术是用渗透汽化进行

醇类等恒沸物脱水，由于该过程的能耗仅为恒沸精馏的

1/3～1/2，且不使用苯等挟带剂，在取代恒沸精馏及其它脱

水技术上具有很大的经济优势。德国GFT公司是率先开发成功唯一商品GFT膜的公司。90年代初向巴西、德、法、美、英等国出售了100多套生产装置，其中最大的为年产4万吨无水乙醇的工业装置，建于法国。除此之外，用PV法进行水中少量有机物脱除及某些有机／有机混合物分离, 例如

水中微量含氯有机物分离，MTBE/甲醇分离, 近年也有中试规模的研报导。

在我国，膜技术的发展是从1958年离子交换膜研究开始的。65年开始对反渗透膜进行探索，66年上海化工厂聚乙烯异相离子交换膜正式投产，为电渗析工业应用奠定了基础。67年海水淡化会战对我国膜科学技术的进步起了积极的推动

作用。70年代相继对电渗析、反渗透、超滤和微滤膜及组件进行研究开发，80年代进入推广应用阶段。80年代中期我国气体分离膜的研究取得长足进步，1985年中国科学院大连化物所首次研制成功中空纤维N2/H2分离器, 主要性能指标接近国外同类产品指标, 现已投入批量生产, 每套成本仅

为进口装置的1/3。

我国渗透汽化(PV)过程研究开始于1984年, 进入90年代以来, 复合膜的制备取得了较大进展, 1992年, 我系研制的改性PVA/PAN复合膜通过技术鉴定, 98年在燕化建立我国第一个千吨级苯脱水示范工程, 为我国PV技术的工业化应用奠定了基础。

为了推动我国膜技术快速发展，尽快缩短我国膜技术研究与国外先进水平的差距。国家科委把低压复合膜，渗透汽化透水膜，无机陶瓷膜及天然气脱湿膜等列入“九五”重点科技攻关计划, 分别由杭州水处理中心、清华大学化工系、南京化工大学及中科院大连化物所承担，重点进行开发研究。同时国家计委投资于98年10月在大连开始兴建国家膜工程中心，该中心依托在中国科学院大连化物所，通过世行贷款、国家投资和融资的方式共筹资金1.07亿元人民币。