- 膜技術手冊(上、下冊)(第二版)
- 鄧麥村 金萬勤主編
- 2934字
- 2021-12-23 09:44:31
1.6 現狀與展望
1.6.1 現狀
半個世紀以來,膜分離完成了從實驗室到大規模工業應用的演進,成為一項高效節能的新型分離技術。從20世紀80年代開始,我國膜技術跨入應用階段,同時也是新膜過程的開發階段。在這一時期,膜技術在苦咸水和海水淡化,純水、超純水和飲用水制備,食品加工,藥品制造,工業廢水處理,合成氨和石油化工過程尾氣回收氫等領域已有了較大規模的應用。在這一時期,一批新膜和新膜過程(滲透汽化、氣體分離、膜反應、膜蒸餾、膜萃取、膜分相、控制釋放、液膜、LB膜、雙極膜、無機膜等)分別進入不同的研究階段和中試應用階段。
21世紀以來,中國膜技術的研發取得了長足的進步。面向水資源、能源、傳統工業技術改造等方面的重大需求,緊密圍繞“膜的功能與膜及膜材料微結構的關系、膜及膜材料的微結構形成機理與控制方法、應用過程中的膜及膜材料微結構的演變規律”三個膜領域的關鍵科學問題展開,通過對膜及膜材料微結構與膜功能性質和制備過程關系的研究,初步建立了面向應用過程的膜材料設計與制備理論框架,形成了一系列具有自主知識產權、性能達到國際先進水平的膜材料與膜過程,在水處理膜、滲透汽化膜、氣體分離膜、離子交換膜、無機膜、膜反應器、新型膜的理論和應用研究方面取得了重要的創新進展,為我國的節能減排與傳統產業改造做出了突出貢獻。反滲透膜、PVC膜、PVDF膜等水處理膜縮短了與國際先進水平的差距;在分子篩膜、有機-無機復合膜、致密膜反應器等方面趕超了國際先進水平;金屬合金膜、智能膜等新型膜引領了國際膜材料的發展。通過解決高性能膜材料的微結構控制與過程應用的關鍵技術問題,突破了產業化的技術瓶頸,在水資源、能源、環境、傳統產業改造若干重大領域實現了工業應用[12]。
目前,中國有超過120個高校與科研院所從事膜科學技術研究,其中大約30個研究團隊活躍在國際學術前沿。我國在膜領域發表的SCI論文數量呈現快速增長趨勢,近5年在膜領域核心期刊Journal of Membrane Science上發表的文章數量超越美國位居全球第一,論文的他引次數也接近美國。每年我國都會召開若干次與膜技術和膜過程有關的國內、國際學術會議,其中2014年7月20~25日首次在中國舉辦的“國際膜與膜過程會議”(ICOM 2014),吸引了來自40個國家與地區的1300多名膜科技工作者,這標志著中國膜科學技術的發展得到了國際社會的高度認可。近年來通過對膜科學技術的研究提升了我國膜領域的原始創新能力、膜材料的產業競爭力、膜研究的國際影響力[12]。
我國在分離膜領域取得的巨大進步離不開政府的大力支持。國家的“973”計劃、“863”計劃、自然科學基金等對于膜分離技術研究的資助,國家科技部多個“五年規劃”對膜分離技術的重視和關注,極大地提升了我國膜科學技術的基礎研究水平。在2010年《國務院關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定》中,膜技術產業由于同時占據了節能環保、新材料兩大戰略性新興產業而廣受關注。“十二五”期間,我國膜工業發展確立了三大主攻目標:一是在分離膜全領域形成規模化的、完備的膜與膜組件生產能力,膜性能達到國際先進水平;二是加快建立膜產品與工程的標準體系和評價中心,規范我國膜市場;三是大力推進膜技術在國民經濟各領域的推廣應用。《新材料產業“十二五”發展規劃》中把功能性膜材料列入高性能膜材料專項工程;《“十二五”節能環保產業發展規劃》則明確提出要重點示范膜生物反應器(MBR),重點研發和產業化示范膜材料;2012年9月,國家科技部《高性能膜材料科技發展“十二五”專項規劃》提出膜產值到2020年要達到1000億元(已提前4年實現);2013年5月,國務院印發《“十二五”國家自主創新能力建設規劃》,明確了“分離膜材料”作為戰略性新興產業創新能力建設重點的地位;2014年10 月,國家發改委、工信部、科技部、財政部和環保部等五部委發布了《重大環保技術裝備與產品產業化工程實施方案》,明確了“高性能分離膜材料”作為關鍵戰略材料的發展重點,具體又把“膜法重金屬脫除設備”和“膜萃取分離技術”作為國家重大環保技術裝備與產品應用示范領域和方向,把“低成本陶瓷膜及成套設備”和“管式膜及組件”作為重大環保技術裝備與產品產業化應用方向;2015年5月國務院印發“中國制造2025”,把脫鹽率大于99.8%的海水淡化反滲透膜產品,低成本、裝填密度超過300m2/m3的陶瓷膜產品,性能提高20%、氯堿工業應用超過1000萬噸規模的離子交換膜產品,以及滲透通量提高20%、膜面積達到10萬平方米的滲透汽化膜產品作為關鍵材料的發展重點之一。“十三五”期間,中國膜工業協會提出的目標是,年平均增長率達到或超過20%,到“十三五”末產值規模再翻番,達到2500億~3000億元,膜產品出口額每年要超過100億元;另外膜技術創新應有新突破,反滲透膜國產率要達到40%~60%,國產納濾膜、超濾膜和微濾膜(含MBR)的國內市場占有率要達到60%~80%。
1.6.2 展望
膜技術是材料、化學、化工、紡織、環境等學科交叉融合形成的高效、環保的新型分離技術,已經成為解決水資源、能源、環境等領域重大問題的共性技術之一,在促進我國國民經濟發展、產業技術進步與增強國際競爭力等方面發揮著重要作用。雖然膜科學與技術已經獲得巨大的進展,但它畢竟還是一門發展中的綜合性學科,膜分離技術還處于發展上升階段,無論是理論上還是應用上都有很多工作要做。未來的膜科學與技術,將進一步改進、完善已有的膜過程,不斷探索和開發新的過程與材料,在各個應用領域發揮更大的作用。
對膜技術的展望如下:
①傳質理論 上面提到的一批新的膜過程,其中大多數將在解決了理論和技術問題之后,相繼在工業上推廣應用。需要加強膜傳質理論研究,實驗與計算機模擬相結合,尤其是涉及具有限域傳質效應的膜過程[13]。
②過程集成 膜過程將會與其他常規分離方法更有效地結合使用,從而擴大其應用領域,提高經濟效益。
③有機膜 高分子聚合物仍將是用于各種膜過程的主要膜材料。開發新型聚合物膜材料,加強“超薄”和“活化”技術的研究,對膜材料進行分子設計與模擬,實現膜材料的高通量合成與評價,是今后聚合物膜發展的方向。
④無機膜 近二十年來,無機膜的研究愈來愈受到重視,銷售額約占膜市場的20%,并且不斷增加。今后,無機膜的研究主要將圍繞以下兩個方面:a.研究新材料;b.開發新工藝。
⑤新型膜 近年來,有機-無機復合膜、混合基質膜、金屬有機骨架化合物(MOF)膜、共價有機骨架化合物(COF)膜、石墨烯二維材料膜等具有新型納米結構的膜材料對水分子、有機小分子、氣體分子展現出優異的快速選擇性透過性能,正受到學術界和工業界的廣泛關注。這些新型膜材料的制備方法、微結構形成機理和演變規律、分離傳質機理有待深入研究。
總的來說,我國膜科學與技術的發展要遵循從基礎研究到應用研究再到產業化的貫通式研究策略,以企業為創新主體,堅持產學研相結合的原則,面向世界科技前沿、面向經濟主戰場、面向國家重大需求,從膜材料、膜組件、膜設備到膜工程,形成原創性基礎研究—顛覆性技術—重大工程應用的完整創新鏈。如圖1-18所示,研究膜材料高通量選擇與合成方法、膜的制備和成膜機理、膜結構和性能的調控、膜的分離和傳遞機理、膜組件和關鍵設備的設計和制造及濃差極化和膜污染控制,針對各種膜過程形成標準的檢測方法,實現成功的應用示范,形成完備的膜技術產業鏈,提升我國膜領域的科技創新能力和產業的國際競爭力。

圖1-18 我國膜科學與技術的貫通式研究發展思路
- 大數據營銷與創業實踐
- 上海財經大學統計與管理學院432統計學[專業碩士]歷年考研真題(含復試)匯編
- 我國文化創意產業集群發展模式與優化路徑研究
- CMOS模擬與混合信號集成電路設計:創新與實戰
- 心理咨詢師(三級)歷年真題及詳解【2011.11~2017.05】
- 投資學原理及應用(第5版)
- 時裝設計(第2版)
- 2019年安徽省選聘高校畢業生到村任職考試《行政職業能力測試》考點精講及典型題(含歷年真題)詳解
- 楊豈深《英國文學選讀Book 3》筆記和考研真題詳解
- 2020年天津市公安招警考試《公安專業科目》題庫【真題精選+章節題庫+模擬試題】
- 機織實驗教程(第2版)
- 2020年課程與教學論考研真題與典型題詳解
- 新一代計算機體系結構
- 電腦時裝畫教程
- 免疫學實驗技術原理與應用