《膜分离技术》PPT课件.ppt

膜分离技术概论膜分离技术概论 膜分离技术概论 w w 主要章节和主要章节和学时学时: 32: 32学时学时 w w 第第1 1章章 导导 论论 w w 第第2 2章章 膜材料和膜制备膜材料和膜制备 w w 第第3 3章章 反渗透反渗透 w w 第第4 4章章 超滤和纳滤超滤和纳滤 w w 第第5 5章章 微滤微滤 w w 第第6 6章章 气体膜分离气体膜分离 w w 第第7 7章章 其它膜过程其它膜过程 w w 第第8 8章章 膜分离过程强化膜分离过程强化 w w 第第9 9章章 2121世纪膜分离技术的发展世纪膜分离技术的发展 第第1 1章章 导导 论论 w w 1.1 1.1 分离技术在人类生产和生活中的重要作分离技术在人类生产和生活中的重要作 用用 w w 1.2 1.2 分离和膜分离分离和膜分离 w w 1.31.3 膜分离的基本原理膜分离的基本原理 w w 1.4 1.4 膜分离技术的特点膜分离技术的特点 w w 1.5 1.5 膜分离技术的发展史膜分离技术的发展史 w w 1.6 1.6 膜分离的应用及市场膜分离的应用及市场 w w 1.7 1.7 发展中的膜科学发展中的膜科学 1.1 1.1 分离技术在人类生产和生分离技术在人类生产和生 活中的重要作用活中的重要作用 地球上的物质，绝大多数是与其他物质混地球上的物质，绝大多数是与其他物质混 在一起的在一起的( (称为混合物称为混合物) )。天然存在的单纯物质。天然存在的单纯物质 少之又少。生产实践证明，将地球上的各种少之又少。生产实践证明，将地球上的各种 各样混合物进行各样混合物进行分离和提纯分离和提纯是提高生产和改是提高生产和改 善生活水平的一种重要途径。善生活水平的一种重要途径。 w w 冶炼术的发明冶炼术的发明 w w 放射性铀的同位素分离成功放射性铀的同位素分离成功 w w 水和空气中微量杂质除去的分离技术水和空气中微量杂质除去的分离技术 w w 深冷分离技术深冷分离技术 w w 蒸馏、吸附、萃取等分离技术蒸馏、吸附、萃取等分离技术 当代工业的三大支柱是当代工业的三大支柱是材料、能源材料、能源 和信息和信息。这三大产业的发展都离不开新。这三大产业的发展都离不开新 的分离技术。人类生活水平的进一步提的分离技术。人类生活水平的进一步提 高也有赖于新的分离技术。在高也有赖于新的分离技术。在2121世纪，世纪， 分离技术必将日新月异，再创辉煌。分离技术必将日新月异，再创辉煌。 1.2 1.2 分离和膜分离分离和膜分离 w w 将自然界的混合物分开可以采取各种方法将自然界的混合物分开可以采取各种方法 。例如。例如: : w w 蒸馏蒸馏 w w 吸附方法吸附方法 w w 变压吸附变压吸附方法方法 w w 混合物之所以能被分离，是由于它们之间混合物之所以能被分离，是由于它们之间 的物理或化学性质有所差异。我们就是利用的物理或化学性质有所差异。我们就是利用 这些差异将其分开的。性质完全相同的物质这些差异将其分开的。性质完全相同的物质 称为元素和化合物，元素和化合物是不能被称为元素和化合物，元素和化合物是不能被 分离的。性质愈相近，分离就愈困难，反之分离的。性质愈相近，分离就愈困难，反之 亦然。亦然。 w w 例如水与油比较容易分开，水与酒精就例如水与油比较容易分开，水与酒精就 不易分开。这是因为水与酒精都具有较不易分开。这是因为水与酒精都具有较 强的极性强的极性( (分子上都具有羟基分子上都具有羟基) )，而油的，而油的 分子上只有无极性的分子上只有无极性的C-CC-C键和键和C-HC-H键。键。 w w 又如氮与氢较易分离，而氮与氧则较难分又如氮与氢较易分离，而氮与氧则较难分 开，这是因为氮的相对分子质量为开，这是因为氮的相对分子质量为2828，氢，氢 的相对分子质量为的相对分子质量为2 2，二者相差悬殊，而氧，二者相差悬殊，而氧 的相对分子质量为的相对分子质量为3232，与氮很接近的缘故，与氮很接近的缘故 。 w w 分离技术的发展与人类的生产实践密切分离技术的发展与人类的生产实践密切 相关。伴随着生产力的发展、科学技术的相关。伴随着生产力的发展、科学技术的 进步，分离的方法也从简到繁、技术从低进步，分离的方法也从简到繁、技术从低 级到高级、工艺从一种方法到多种联用级到高级、工艺从一种方法到多种联用 ，不断地改进、创新，提高质量，降，不断地改进、创新，提高质量，降 低成本，以满足人类对生活改善日新月异低成本，以满足人类对生活改善日新月异 的需求。例如：从简单的蒸馏发展到减压的需求。例如：从简单的蒸馏发展到减压 蒸馏、多级闪蒸、压汽蒸馏；从简单的吸蒸馏、多级闪蒸、压汽蒸馏；从简单的吸 附发展到变压吸附、气相色谱、高压液相附发展到变压吸附、气相色谱、高压液相 色谱；从筛网发展到精密过滤、膜分离等色谱；从筛网发展到精密过滤、膜分离等 。 膜分离膜分离 w w 膜分离是在膜分离是在2020世纪初出现，世纪初出现，2020世纪世纪6060年年 代后迅速崛起的一门分离新技术。顾名思义代后迅速崛起的一门分离新技术。顾名思义 ，膜分离是利用一张特殊制造的、具有选择，膜分离是利用一张特殊制造的、具有选择 透过性能的薄膜，在外力推动下对混合物进透过性能的薄膜，在外力推动下对混合物进 行分离、提纯、浓缩的一种分离新方法。行分离、提纯、浓缩的一种分离新方法。这这 种薄膜必须具有使有的物质可以通过、有的种薄膜必须具有使有的物质可以通过、有的 物质不能通过的特性。物质不能通过的特性。膜可以是固相、液相膜可以是固相、液相 或气相。目前使用的分离膜绝大多数是固相或气相。目前使用的分离膜绝大多数是固相 膜。膜。 膜的定义膜的定义 w w 自然界中存在着这样的物质体系，即在一自然界中存在着这样的物质体系，即在一 种流体相种流体相(fluid phase)(fluid phase)内或两种流体相之间内或两种流体相之间 ，有一薄层凝聚相，有一薄层凝聚相(condensed phase)(condensed phase)物质物质 把流体相分隔成两部分。这一薄层物质就是把流体相分隔成两部分。这一薄层物质就是 所谓的所谓的“薄膜薄膜” 或简称膜或简称膜(membrane)(membrane)。 w w 膜可以是固态的或液态的。被膜分隔开的膜可以是固态的或液态的。被膜分隔开的 流体相物质可以是液态的或气态的。膜本身流体相物质可以是液态的或气态的。膜本身 可以是均匀的一相，也可以是由两相以上的可以是均匀的一相，也可以是由两相以上的 凝聚态物质所构成的复合体。凝聚态物质所构成的复合体。 w w 膜必定有两个界面，并由这两个界面分别膜必定有两个界面，并由这两个界面分别 与被其分隔于两侧的流体相物质相接触。与被其分隔于两侧的流体相物质相接触。 膜的定义膜的定义 膜不是普通的塑料膜或皂泡膜，而是那膜不是普通的塑料膜或皂泡膜，而是那 些具有一定特殊性能些具有一定特殊性能( (例如，半透、电学、例如，半透、电学、 光学、识别及反应等特性光学、识别及反应等特性) )的膜。对分离膜的膜。对分离膜 来说，可将它看作是两相之间的一个半渗来说，可将它看作是两相之间的一个半渗 透的隔层，该隔层按一定的方式截留分子透的隔层，该隔层按一定的方式截留分子 。因此，两相间的膜必须起到隔层的作用。因此，两相间的膜必须起到隔层的作用 ，以阻止两相的直接接触。，以阻止两相的直接接触。该隔层可以是该隔层可以是 固体、液体，甚至是气体的固体、液体，甚至是气体的，半渗透性质，半渗透性质 主要是为了保证分离效果。主要是为了保证分离效果。 如果所有物质不按比例均可通过如果所有物质不按比例均可通过 ，那就失去了分离的意义了。膜截留，那就失去了分离的意义了。膜截留 分子的方式有多种，例如，分子的方式有多种，例如， 按分子孔径大小截留，按分子孔径大小截留， 按不同渗透系数截留，按不同渗透系数截留， 按电荷截留，按电荷截留， 按不同的溶解度截留，等等。按不同的溶解度截留，等等。 w w 物质透过分离膜的能力可以分为两类：物质透过分离膜的能力可以分为两类： w w 一种借助外界能量，物质发生由低位向高位一种借助外界能量，物质发生由低位向高位 的流动；的流动； w w 另一种是以化学位差为推动力，物质发生由另一种是以化学位差为推动力，物质发生由 高位向低位的流动。高位向低位的流动。 表表1 1- -1 1 主要膜分离过程的推动力主要膜分离过程的推动力 推动力推动力膜过程膜过程 压力差压力差 电位差电位差 浓度差浓度差 浓度差浓度差( (分压差分压差) ) 浓度差加化学反应浓度差加化学反应 反渗透、超滤、微滤、气体分离反渗透、超滤、微滤、气体分离 电渗析电渗析 透析、控制释放透析、控制释放 渗透气化渗透气化 液膜、膜传感器液膜、膜传感器 膜，是指在一种流体相内或是在两种流体相 之间有一层薄的凝聚相，它把流体相分隔为 互不相通的两部分，并能使这两部分之间产 生传质作用。 膜的厚度在0.5mm以下，否则，就不称为膜 。 膜的特性： 不管膜多薄, 它必须有两个界面。这两个界 面分别与两侧的流体相接触。 膜传质有选择性，它可以使流体相中的一种 或几种物质透过，而不允许其它物质透过。 反渗透膜装置反渗透膜装置 膜器膜器 膜分离装置膜分离装置 小型实验室平板超滤膜装置小型实验室平板超滤膜装置 平板膜、卷式膜支撑材料平板膜、卷式膜支撑材料 管式膜过滤设备管式膜过滤设备 管式膜管式膜 1.3 1.3 膜分离的基本原理膜分离的基本原理 w w 分离膜具有选择透过特性，所以它可以使混分离膜具有选择透过特性，所以它可以使混 合物质有的通过、有的留下。但是，不同的合物质有的通过、有的留下。但是，不同的 膜分离过程，它们使物质留下、通过的原理膜分离过程，它们使物质留下、通过的原理 有的类似，有的完全不一样。有的类似，有的完全不一样。 w w 总的说来，分离膜之所以能使混在一起的物总的说来，分离膜之所以能使混在一起的物 质分开，不外乎两种手段。质分开，不外乎两种手段。 w w (1)(1)根据它们物理性质的不同根据它们物理性质的不同 w w (2)(2)根据混合物的不同化学性质根据混合物的不同化学性质 (1)(1)根据它们物理性质的不同根据它们物理性质的不同 w w 主要是质量、体积大小和几何形态差异 主要是质量、体积大小和几何形态差异 ，用过筛的办法将其分离。微滤膜分离过，用过筛的办法将其分离。微滤膜分离过 程就是根据这一原理将水溶液中孔径大于程就是根据这一原理将水溶液中孔径大于 50nm50nm的固体杂质去掉的。的固体杂质去掉的。 图 11 各种膜的截留区段 (2)(2)根据混合物的不同化学性质根据混合物的不同化学性质 w w 主要是主要是溶解和扩散溶解和扩散 w w 物质通过分离膜的物质通过分离膜的溶解速度完全取决于被分溶解速度完全取决于被分 离物与膜材料之间化学性质的差异，扩散速离物与膜材料之间化学性质的差异，扩散速 度除化学性质外还与物质的分子量有关。混度除化学性质外还与物质的分子量有关。混 合物质透过的总速度相差愈大，则分离效率合物质透过的总速度相差愈大，则分离效率 愈高，反之，若总速度相等，则无分离效率愈高，反之，若总速度相等，则无分离效率 可言。可言。 w w 物质通过分离膜的速度取决于以下两个步骤物质通过分离膜的速度取决于以下两个步骤 的速度，首先是从膜表面接触的混合物中进的速度，首先是从膜表面接触的混合物中进 入膜内的速度入膜内的速度( (称溶解速度称溶解速度) )，其次是进入膜内，其次是进入膜内 后从膜的表面扩散到膜的另一表面的速度。后从膜的表面扩散到膜的另一表面的速度。 二者之和为总速度。总速度愈大，透过膜所二者之和为总速度。总速度愈大，透过膜所 需的时间愈短；总速度愈小，透过时间愈久需的时间愈短；总速度愈小，透过时间愈久 。 w w 例如反渗透一般用于水溶液除盐。这是因例如反渗透一般用于水溶液除盐。这是因 为反渗透膜是亲水性的高聚物，水分子很为反渗透膜是亲水性的高聚物，水分子很 容易进入膜内，在水中的无机盐离子容易进入膜内，在水中的无机盐离子(Na(Na 、 、K K 、 、ClCl ) )则较难进入，所以经过则较难进入，所以经过 反渗透膜的水就被除盐淡化了。反渗透膜的水就被除盐淡化了。 1.4 1.4 膜分离技术的特点膜分离技术的特点 w w 膜分离技术是利用天然或人工制备的具膜分离技术是利用天然或人工制备的具 有选择透过性的膜。以外界能量或化学有选择透过性的膜。以外界能量或化学 单位差为推动力对溶液中的溶质和溶剂单位差为推动力对溶液中的溶质和溶剂 进行分离，分级，提纯和浓缩的方法。进行分离，分级，提纯和浓缩的方法。 1. 1. 膜分离通常是一个高效的分离过程膜分离通常是一个高效的分离过程 w w 例如，在按物质颗粒大小分离的领域，以重力为基础的例如，在按物质颗粒大小分离的领域，以重力为基础的 分离技术最小极限是微米分离技术最小极限是微米( ( m)m)，而膜分离却可以做到将而膜分离却可以做到将 相对分子质量为几千甚至几百的物质进行分离相对分子质量为几千甚至几百的物质进行分离( (相应的相应的 颗粒大小为纳米，颗粒大小为纳米，nm)nm)。 w w 又如，与扩散过程相比，在蒸馏过程中物质的相对挥发又如，与扩散过程相比，在蒸馏过程中物质的相对挥发 度的比值大都是个位数，难分离的混合物有时仅比度的比值大都是个位数，难分离的混合物有时仅比1 1稍稍 大一点。而膜分离的分离系数要大得多。大一点。而膜分离的分离系数要大得多。 w w 如乙醇浓度超过如乙醇浓度超过9090的水溶液已接近恒沸点，蒸馏很难的水溶液已接近恒沸点，蒸馏很难 分离。但分离。但渗透气化渗透气化的分离系数为几百。的分离系数为几百。 w w 再如氮和氢的分离，常规方法不仅要在非常低的温度下再如氮和氢的分离，常规方法不仅要在非常低的温度下 进行，而且进行，而且H H 2 2 ( (氢氢) )N N 2 2 ( (氮氮) )的相对挥发度很小。在膜分的相对挥发度很小。在膜分 离中，用聚砜膜分离氮、氢，分离系数为离中，用聚砜膜分离氮、氢，分离系数为8080左右，聚酰左右，聚酰 亚胺膜则超过亚胺膜则超过120120。 2. 2. 膜分离过程的能耗膜分离过程的能耗( (功耗功耗) )通常比较低通常比较低 大多数膜分离过程都不发生大多数膜分离过程都不发生“ “相相” ”的变化。对比之的变化。对比之 下，蒸发、蒸馏、萃取、吸收、吸附等分离过程，都下，蒸发、蒸馏、萃取、吸收、吸附等分离过程，都 伴随着从液相或吸附相至气相的变化，而相变化的潜伴随着从液相或吸附相至气相的变化，而相变化的潜 热是很大的。另外，很多膜分离过程通常是在室温附热是很大的。另外，很多膜分离过程通常是在室温附 近的温度下进行的，被分离物料加热或冷却的消耗很近的温度下进行的，被分离物料加热或冷却的消耗很 小。小。 3. 3. 多数膜分离过程的工作温度在室温附近，多数膜分离过程的工作温度在室温附近， 特别适用于对热过敏物质的处理特别适用于对热过敏物质的处理 w w 膜分离在食品加工、医药工业、生物技术膜分离在食品加工、医药工业、生物技术 等领域有其独特的适用性。例如，在抗生素等领域有其独特的适用性。例如，在抗生素 的生产中，一般用减压蒸馏法除水，很难完的生产中，一般用减压蒸馏法除水，很难完 全避免设备的局部过热现象，在局部过热地全避免设备的局部过热现象，在局部过热地 区抗生素受热后被破坏，产生有毒物质，它区抗生素受热后被破坏，产生有毒物质，它 是引起抗生素针剂副作用的重要原因。用膜是引起抗生素针剂副作用的重要原因。用膜 分离去水，可以在室温甚至更低的温度下进分离去水，可以在室温甚至更低的温度下进 行，确保不发生局部过热现象，大大提高了行，确保不发生局部过热现象，大大提高了 药品使用的安全性。又如，在食品工业中，药品使用的安全性。又如，在食品工业中， 用膜分离代替传统的蒸馏除水，使很多产品用膜分离代替传统的蒸馏除水，使很多产品 在加工后仍基本保持原有的营养和风味。在加工后仍基本保持原有的营养和风味。 4. 4. 膜分离设备本身没有运动的部件，工作温度又在室膜分离设备本身没有运动的部件，工作温度又在室 温附近，所以很少需要维护，可靠度很高。它的操作十温附近，所以很少需要维护，可靠度很高。它的操作十 分简便，而且从开动到得到产品的时间很短，可以在频分简便，而且从开动到得到产品的时间很短，可以在频 繁的启、停下工作。繁的启、停下工作。 5. 5. 膜分离过程的规模和处理能力可在很大范围内变化，膜分离过程的规模和处理能力可在很大范围内变化， 而它的效率、设备单价、运行费用等都变化不大。而它的效率、设备单价、运行费用等都变化不大。 6. 6. 膜分离由于分离效率高，通常设备的体积比较小，占膜分离由于分离效率高，通常设备的体积比较小，占 地较少。而且膜分离通常可以直接插入已有的生产工艺地较少。而且膜分离通常可以直接插入已有的生产工艺 流程，不需要对生产线进行大的改变流程，不需要对生产线进行大的改变。 w w 例如，在合成氨生产中，只需在尾气例如，在合成氨生产中，只需在尾气( (废气废气) )排放口接排放口接 上氮氢膜分离器，利用原有的反应气中压力，就可将上氮氢膜分离器，利用原有的反应气中压力，就可将 尾气中的氢气浓度浓缩到原料气浓度。这样，用管子尾气中的氢气浓度浓缩到原料气浓度。这样，用管子 直接输送到生产车间就可作为氢的原料气使用。就这直接输送到生产车间就可作为氢的原料气使用。就这 样一个简单的膜分离装胃，使合成氨产量在不增加原样一个简单的膜分离装胃，使合成氨产量在不增加原 料和其他设备下提高料和其他设备下提高4 4左右。左右。 膜分离技术的特点膜分离技术的特点 w w 1. 1. 膜分离通常是一个高效的分离过程。膜分离通常是一个高效的分离过程。 w w 2. 2. 膜分离过程的能耗膜分离过程的能耗( (功耗功耗) )通常比较低。通常比较低。 w w 3. 3. 多数膜分离过程的工作温度在室温附近，特别适用多数膜分离过程的工作温度在室温附近，特别适用 于对热过敏物质的处理。于对热过敏物质的处理。 w w 4. 4. 膜分离设备本身没有运动的部件，工作温度又在室膜分离设备本身没有运动的部件，工作温度又在室 温附近，所以很少需要维护，可靠度很高。它的操作十温附近，所以很少需要维护，可靠度很高。它的操作十 分简便，而且从开动到得到产品的时间很短，可以在频分简便，而且从开动到得到产品的时间很短，可以在频 繁的启、停下工作。繁的启、停下工作。 w w 5. 5. 膜分离过程的规模和处理能力可在很大范围内变化，膜分离过程的规模和处理能力可在很大范围内变化， 而它的效率、设备单价、运行费用等都变化不大。而它的效率、设备单价、运行费用等都变化不大。 w w 6. 6. 膜分离由于分离效率高，通常设备的体积比较小，占膜分离由于分离效率高，通常设备的体积比较小，占 地较少。而且膜分离通常可以直接插入已有的生产工艺地较少。而且膜分离通常可以直接插入已有的生产工艺 流程，不需要对生产线进行大的改变。流程，不需要对生产线进行大的改变。 1.5 1.5 膜分离技术的发展史膜分离技术的发展史 w w 1 7481 748年年NolletNollet发现渗透现象发现渗透现象 w w 1919世纪中叶世纪中叶GrahamGraham发现了透析发现了透析(Dialysis)(Dialysis)现象人们才开始现象人们才开始 对膜分离现象重视起来并开始研究对膜分离现象重视起来并开始研究 w w 18641864年，年，TraubeTraube才成功地制成人类历史上第一张人造膜才成功地制成人类历史上第一张人造膜- - - -亚铁氰化铜膜亚铁氰化铜膜。 PrefferPreffer、 VanVan t Hoff t Hoff w w 19111911年年DonnanDonnan研究了荷电体传递中的平衡现象。研究了荷电体传递中的平衡现象。 w w 19301930年年TreorellTreorell、MeyerMeyer、SieversSievers等对膜电动势的研究，等对膜电动势的研究， 为电渗析和膜电极的发明打下了基础。为电渗析和膜电极的发明打下了基础。 w w 19501950年年WWJudaJuda等试制成功第一张具有实用价值的离子等试制成功第一张具有实用价值的离子 交换膜交换膜 w w 19601960年年在膜分离技术的发展史上极为重要。这一在膜分离技术的发展史上极为重要。这一年年LoebLoeb 和和SourirajanSourirajan共同发明一种新的制膜技术，他们用这一新共同发明一种新的制膜技术，他们用这一新 技术制造出具有高脱盐率和高透水量的醋酸纤维素反渗透技术制造出具有高脱盐率和高透水量的醋酸纤维素反渗透 膜。膜。 近半个世纪以来，膜分离工业得到了长足近半个世纪以来，膜分离工业得到了长足 的发展主要膜分离过程的发展进程。的发展主要膜分离过程的发展进程。 3 膜分离技术之所以能在近半个世纪内得到迅速膜分离技术之所以能在近半个世纪内得到迅速 发展、脱颖而出，有以下三个方面的原因发展、脱颖而出，有以下三个方面的原因 w w 首先，膜分离技术首先，膜分离技术经过近经过近200200年的研究积累年的研究积累，已经形成，已经形成 厂较为完整、系统的基础理论。在坚实的基础理论之上厂较为完整、系统的基础理论。在坚实的基础理论之上 ，它才能快速发展。，它才能快速发展。 w w 其次，其次，近代科学技术的发展近代科学技术的发展为分离膜的研究和制造创为分离膜的研究和制造创 造了良好的条件。造了良好的条件。 w w 最后，是现代工业迫切需要节能、低品位原材料再利最后，是现代工业迫切需要节能、低品位原材料再利 用和能消除环境污染的生产新技术。大部分膜分离过程用和能消除环境污染的生产新技术。大部分膜分离过程 是最节能的分离方法。水资源再生、低品位原材料的回是最节能的分离方法。水资源再生、低品位原材料的回 收和再利用、环境工程中的污水和废气处理等，都与膜收和再利用、环境工程中的污水和废气处理等，都与膜 分离技术密切相关。所以，膜分离技术是分离技术密切相关。所以，膜分离技术是应时代的需要应时代的需要 而出现的，应该说这是促进膜分离技术最重要的因素，而出现的，应该说这是促进膜分离技术最重要的因素， 最强大的推动力。最强大的推动力。 2020世纪世纪6060年代以来，膜分离技术的研究与开发一年代以来，膜分离技术的研究与开发一 直受到各国政府和工业、科技界的高度重视。直受到各国政府和工业、科技界的高度重视。 w w 许多国家建立厂与膜分离技术开发密切相许多国家建立厂与膜分离技术开发密切相 关的政府管理机构。近年来从战略的高度加关的政府管理机构。近年来从战略的高度加 强了投资。例如：强了投资。例如： w w 欧洲共同体欧洲共同体将膜技术列为将膜技术列为9 9个优先发展的课题个优先发展的课题 之一，仅水处理一项每年就投资之一，仅水处理一项每年就投资3 3亿法郎。亿法郎。 w w 美国一些大公司美国一些大公司(Monsanto(Monsanto、DowDow、DupontDupont 、A1liedA1lied等等) )已对膜分离技术的开发计划做出已对膜分离技术的开发计划做出 了相应的调整，增加了力度，加快了步伐。了相应的调整，增加了力度，加快了步伐。 w w 在国际膜会议上在国际膜会议上，多次对膜分离技术在，多次对膜分离技术在2l2l世纪世纪 的多数工业的技术改造中所扮演的战略角色的多数工业的技术改造中所扮演的战略角色 进行了讨论。进行了讨论。 1.6 1.6 膜分离的应用及市场膜分离的应用及市场 w w 19251925年世界上第一个滤膜公司年世界上第一个滤膜公司(Sartorius)(Sartorius)在德国在德国 GottingenGottingen ( ( 哥廷根哥廷根) )成立。成立。 w w 2020世纪世纪5050年代电渗析开始在工业上推广应用。年代电渗析开始在工业上推广应用。 w w 6060年代以后，反渗透、超滤、气体分离等多个膜年代以后，反渗透、超滤、气体分离等多个膜 分离过程相继应用于各个工业领域分离过程相继应用于各个工业领域( (表表1-6)1-6)。本书。本书 后面章节后面章节将通过具体事例，全面、详细介绍膜分将通过具体事例，全面、详细介绍膜分 离技术在各工业领域的主要应用情况以及所取得离技术在各工业领域的主要应用情况以及所取得 的经济与社会效益。的经济与社会效益。 表表1 1- -6 6 膜分离的工业应用膜分离的工业应用 工业领域应 用 举 例 金属工艺金属回收；污染控制；富氧燃烧 纺织及制革 工业 余热回收；药剂回收；污染控制 造纸工业代替蒸馏；污染控制；纤维及药剂回收 食品及生化 工业 净化；浓缩；消毒；代替蒸馏；副产品回收 化学工业有机物除去或回收；污染控制；气体分离；药剂回收 和再利用 医药及保健人造器官；控制释放；血液分离；消毒；水净化 水处理海水、苦咸水淡化；超纯水制备；电厂锅炉用水净化 ；废水处理 国防工业舰艇淡水供应；战地医院污水净化；战地受污染水源 净化；低放射性水处理；野战供水 19501950年与膜分离技术相关的工业产品年销售量年与膜分离技术相关的工业产品年销售量 为为500500万美元。万美元。19811981年增加到年增加到5 5亿美元。亿美元。20052005年已年已 经超过经超过300300亿美元，亿美元，并且正以年均并且正以年均3030的速度高速的速度高速 增长增长 。 膜分离工业的增长速度很快。下图是膜分离工业的增长速度很快。下图是8 8种主要分种主要分 离膜离膜1990199019951995年的年销售额增长情况。在大多年的年销售额增长情况。在大多 数工业中，膜的费用占整个设备的数工业中，膜的费用占整个设备的25254040。 例例1 1： 膜材料和海水淡化被天津市确立为循环经膜材料和海水淡化被天津市确立为循环经 济重点发展技术济重点发展技术 w w 据人民网天津视窗据人民网天津视窗20092009年年1 1月月1515日讯日讯 w w 从天津市发改委获悉，为了提高城市功能和资源有效配置从天津市发改委获悉，为了提高城市功能和资源有效配置 率，有关部门将按照上下游产业对接的原则发展具有行业率，有关部门将按照上下游产业对接的原则发展具有行业 特色的循环经济技术和产业链条，特色的循环经济技术和产业链条，并重点发展并重点发展1515项循环经项循环经 济技术，济技术，从而深层次推动本市建设资源节约、清洁生产和从而深层次推动本市建设资源节约、清洁生产和 资源综合利用型城市的步伐。资源综合利用型城市的步伐。 w w 包括：生态产业链的链接技术，节能和能源效率改进技术包括：生态产业链的链接技术，节能和能源效率改进技术 ，可再生能源技术，能源高效存储及转换技术，核能安全，可再生能源技术，能源高效存储及转换技术，核能安全 利用技术，绿色化工过程及其装备技术，石化下游产品和利用技术，绿色化工过程及其装备技术，石化下游产品和 精细化工产品开发技术，精细化工产品开发技术，膜技术与膜材料，膜技术与膜材料，绿色制造技术绿色制造技术 ，水资源优化配置与综合开发利用技术，综合节水技术，水资源优化配置与综合开发利用技术，综合节水技术， 海水淡化及综合利用技术，海水淡化及综合利用技术，资源节约、循环利用与再制造资源节约、循环利用与再制造 技术，污染防治与生态修复技术，绿色建筑与建材技术。技术，污染防治与生态修复技术，绿色建筑与建材技术。 借助循环经济技术，到借助循环经济技术，到20122012年，天津市主要工业固体废物年，天津市主要工业固体废物 综合利用率将达综合利用率将达99%99%，城市生活垃圾无害化处理率将达，城市生活垃圾无害化处理率将达 95%95%。 例例2 2： 膜技术开始在林产资源精深加工中扮膜技术开始在林产资源精深加工中扮 演集成创新技术的重要角色演集成创新技术的重要角色 w w 据中国化工网据中国化工网20092009年年1 1月月7 7日讯日讯 w w 林产化工产品正逐渐成为我国农林特产资源高效开发利用技林产化工产品正逐渐成为我国农林特产资源高效开发利用技 术研究的亮点。从中国林业科学研究院林产化学工业研究所术研究的亮点。从中国林业科学研究院林产化学工业研究所 了解到，了解到，“ “十一五十一五” ”国家科技支撑计划重点项目国家科技支撑计划重点项目该所承担该所承担 的松脂水性化加工技术研究和绿色化工产品开发课题，以及的松脂水性化加工技术研究和绿色化工产品开发课题，以及 龙源天然多酚合成厂承担的特色生物化工资源精深加工产品龙源天然多酚合成厂承担的特色生物化工资源精深加工产品 开发项目，攻克了一批关键技术，形成了系列精深加工林化开发项目，攻克了一批关键技术，形成了系列精深加工林化 产品。这两个项目已通过国家林业局等部门组织的验收。产品。这两个项目已通过国家林业局等部门组织的验收。 w w 其中，特色生物化工资源精深加工产品开发项目以五倍子和其中，特色生物化工资源精深加工产品开发项目以五倍子和 塔拉为原料，塔拉为原料，采用分级膜过滤、螯合吸附和氧化及相转移催采用分级膜过滤、螯合吸附和氧化及相转移催 化等集成创新技术化等集成创新技术，生产出电子级，生产出电子级2,3,4,4-2,3,4,4-四羟基二苯甲酮四羟基二苯甲酮 和和2,3,4-2,3,4-三甲氧基苯甲酸及高纯度食用单宁酸。据了解，这两三甲氧基苯甲酸及高纯度食用单宁酸。据了解，这两 项课题在实施期内，通过迅速产业化已取得了经济效益。其项课题在实施期内，通过迅速产业化已取得了经济效益。其 中，特色生物化工资源精深加工产品开发项目新增产值中，特色生物化工资源精深加工产品开发项目新增产值550550 万元。万元。 例例2 2：新加坡美能中空纤维膜项目即将在绵阳科：新加坡美能中空纤维膜项目即将在绵阳科 技城建成投产技城建成投产 w w 绵阳日报绵阳日报记者 侯治强记者 侯治强 / / 时间：时间：2009-2-16 2009-2-16 w w 绵阳科技城按照市委五届十次全会绵阳科技城按照市委五届十次全会“ “四个加快四个加快” ” 的要求，紧紧把握灾后重建、扩大内需的机遇的要求，紧紧把握灾后重建、扩大内需的机遇 ，通过加快推进工业项目建设，创新科技城投，通过加快推进工业项目建设，创新科技城投 融资平台，强力推进自主创新、产业发展、军融资平台，强力推进自主创新、产业发展、军 民结合、城市建设等各项工作，目前，科技城民结合、城市建设等各项工作，目前，科技城 各项产业项目进展顺利。各项产业项目进展顺利。新加坡美能中空纤维新加坡美能中空纤维 膜项目、广州金发聚酯薄膜项目等即将建成投膜项目、广州金发聚酯薄膜项目等即将建成投 产。产。据不完全统计，据不完全统计，20092009年度，科技城范围计年度，科技城范围计 划新开工投资千万元以上工业项目划新开工投资千万元以上工业项目119119个，总个，总 投资超过投资超过200200亿元。亿元。 例例4 4： 老字号会稽山以膜分离的老字号会稽山以膜分离的“ “尚尚 海派养生型海派养生型 商务酒商务酒” ”推向上海推向上海 w w 据文新传媒据文新传媒20092009年年2 2月月5 5日讯日讯 w w 作为黄酒行业龙头企业，会稽山是中国黄酒规模最大的，作为黄酒行业龙头企业，会稽山是中国黄酒规模最大的， 历史、品牌内涵丰富，人脉、文脉资源富足的百年老字号历史、品牌内涵丰富，人脉、文脉资源富足的百年老字号 ，为中国黄酒的创新发展作出了重要贡献。，为中国黄酒的创新发展作出了重要贡献。20052005年，会稽年，会稽 山与上海佳惠公司合资成立上海新佳惠实业有限公司，以山与上海佳惠公司合资成立上海新佳惠实业有限公司，以 1.51.5亿元控股嘉善黄酒，专为上海市场推出亿元控股嘉善黄酒，专为上海市场推出“ “尚尚 海派养生型海派养生型 商务酒商务酒” ”。 w w 据介绍，尚据介绍，尚 海派定位中高档商务人士，以会稽山海派定位中高档商务人士，以会稽山260260多年多年 的悠久历史和精湛酿艺为依托，汲鉴湖上游至醇之水，的悠久历史和精湛酿艺为依托，汲鉴湖上游至醇之水，以以 拥有自主知识产权的现代生物工程和膜分离等黄酒集成降拥有自主知识产权的现代生物工程和膜分离等黄酒集成降 度技术为依托度技术为依托，辅以异麦芽低聚糖、枸杞等良好的养生功，辅以异麦芽低聚糖、枸杞等良好的养生功 效，秉承会稽山高贵血统，酒香清雅怡人，酒体甘醇柔和效，秉承会稽山高贵血统，酒香清雅怡人，酒体甘醇柔和 ，符合上海消费者口感需求。，符合上海消费者口感需求。 例例5 5： 江苏南通双鹤集团印染废水膜深度处理在江苏南通双鹤集团印染废水膜深度处理在 金融危机中显效金融危机中显效 w w 据中华纺织网据中华纺织网20092009年年2 2月月6 6日讯日讯 w w 观音山镇是南通市崇川区色织业大镇，色织行业销售额占观音山镇是南通市崇川区色织业大镇，色织行业销售额占 全镇工业总销售额的全镇工业总销售额的85%85%。全球金融危机对色织行业带来。全球金融危机对色织行业带来 了不小的影响，去年规模企业产值增幅达到了不小的影响，去年规模企业产值增幅达到14.21%14.21%，多，多 年来第一次低于全镇工业总产值的增幅。在企业和政府的年来第一次低于全镇工业总产值的增幅。在企业和政府的 共同努力下，观音山一批色织企业从容应对金融危机。共同努力下，观音山一批色织企业从容应对金融危机。 w w 江苏双鹤集团是一家老企业，利用现有资产建立了纺织印江苏双鹤集团是一家老企业，利用现有资产建立了纺织印 染工业园区，吸引了染工业园区，吸引了4040多家企业入园，其中有污染源的多家企业入园，其中有污染源的 企业企业1010多家。工业园区建立后，双鹤集团一直没有放松多家。工业园区建立后，双鹤集团一直没有放松 节能减排工作，用于废水前期处理的投入达到节能减排工作，用于废水前期处理的投入达到800800万元。万元。 去年去年9 9月，投资月，投资800800万元的废水回用项目正式投产，项目万元的废水回用项目正式投产，项目 应用应用“ “膜技术膜技术” ”对印染废水深度处理回用于生产，对印染废水深度处理回用于生产，项目年水项目年水 回收利用率大于回收利用率大于55%55%，水资源重复利用率达到，水资源重复利用率达到70%70%，一年，一年 可回用废水可回用废水3030万吨。园内相关企业因此提高了产量，降万吨。园内相关企业因此提高了产量，降 低了成本，增强了市场应对能力。低了成本，增强了市场应对能力。 例例6 6： 印染废水大通量膜处理及回用技术与产印染废水大通量膜处理及回用技术与产 业化获国家科技进步奖业化获国家科技进步奖 w w 据新华网据新华网20092009年年1 1月月1010日讯日讯 w w 记者从福建省科技厅获悉，在记者从福建省科技厅获悉，在9 9日举行的国家科日举行的国家科 学技术奖励大会上，福建省共有学技术奖励大会上，福建省共有5 5项科研成果荣项科研成果荣 获获20082008年度国家科技进步奖二等奖。年度国家科技进步奖二等奖。 由中国纺织工业协会推荐的，由东华大学、 由中国纺织工业协会推荐的，由东华大学、 鲁泰纺织股份有限公司、福建凤竹纺织科技股份鲁泰纺织股份有限公司、福建凤竹纺织科技股份 有限公司、江苏倪家巷集团有限公司、江阴清源有限公司、江苏倪家巷集团有限公司、江阴清源 水处理有限公司承担的，由奚旦立、陈季华、刘水处理有限公司承担的，由奚旦立、陈季华、刘 振鸿、李方、徐淑红、杨波、田晴、马春燕、王振鸿、李方、徐淑红、杨波、田晴、马春燕、王 方水、常向真等完成的方水、常向真等完成的“ “印染废水大通量膜处理印染废水大通量膜处理 及回用技术与产业化及回用技术与产业化” ”项目获国家科学技术进步项目获国家科学技术进步 奖通用项目类二等奖。奖通用项目类二等奖。 例例7 7： 昆明市盘龙区昆明市盘龙区4444家涉污企业集资建成膜过家涉污企业集资建成膜过 滤污水处理站滤污水处理站 w w 据云南电视网据云南电视网20092009年年2 2月月3 3日讯日讯 w w 金汁河属盘龙区内的主要入滇河道，作为穿城而过的城市金汁河属盘龙区内的主要入滇河道，作为穿城而过的城市 主要河流之一，多年来河道水质一直为劣主要河流之一，多年来河道水质一直为劣5 5类水，污染严重类水，污染严重 。尤其是处于上游端的竹园村片区一向被称为。尤其是处于上游端的竹园村片区一向被称为“ “重灾区重灾区” ”， 这里常驻人口及流动人口约这里常驻人口及流动人口约12001200多人，共有涉及食品加工多人，共有涉及食品加工 、金属加工、木材加工、餐饮、包装、塑料加工、铸造等、金属加工、木材加工、餐饮、包装、塑料加工、铸造等 的的6161家小企业，日产生污水家小企业，日产生污水380380立方米左右。而长期以来立方米左右。而长期以来 ，由于北市区片区截污干管仅铺设到北辰大道，因此金汁，由于北市区片区截污干管仅铺设到北辰大道，因此金汁 河北辰大道以上河道沿岸的生产废水、生活污水都是直接河北辰大道以上河道沿岸的生产废水、生活污水都是直接 排进河道内。排进河道内。 w w 据悉，竹园村污水处理站是全市首个据悉，竹园村污水处理站是全市首个“ “集资共建集资共建” ”污水处理污水处理 站，总投资站，总投资180180万元，其中万元，其中4444家企业共出资家企业共出资100.8100.8万元，和万元，和 政府共建。于去年政府共建。于去年1010月动工并于月动工并于1212月月2828日竣工试运行。这日竣工试运行。这 个占地面积个占地面积400400平方米的污水处理站内犹如小花园，处理工平方米的污水处理站内犹如小花园，处理工 艺主要采用艺主要采用生化预处理、膜过滤，生化预处理、膜过滤，每天处理水量为每天处理水量为410410立方立方 米，处理后的水质达到一级米，处理后的水质达到一级A A排放标准，目前已经用于绿化排放标准，目前已经用于绿化 等景观用水。等景观用水。 例例8: 8: 成都按新标准建成的膜法垃圾渗滤成都按新标准建成的膜法垃圾渗滤 液处理工程将试运行液处理工程将试运行 w w 据中国水网据中国水网20092009年年2 2月月1818日讯日讯 w w 垃圾山中渗出散发着恶臭的黑水，泛着令人望而垃圾山中渗出散发着恶臭的黑水，泛着令人望而 生厌的彩色泡沫，污染程度是生活污水的生厌的彩色泡沫，污染程度是生活污水的100100倍倍 。投资。投资9926.299926.29万元的成都市固体废弃物卫生处万元的成都市固体废弃物卫生处 置场垃圾渗滤液处理工程已完工，并通过了市发置场垃圾渗滤液处理工程已完工，并通过了市发 改委审批，将于改委审批，将于3 3月开始试运行。据悉，自从去月开始试运行。据悉，自从去 年国家环保总局提高了生活垃圾填埋污