膜材料发展前景与展望 下载本文

用于废酸废碱的回收、脱盐处理和有机酸生产。

目前公司的阴膜、阳膜以及组器已经工业化生产,现在正在开发高交换容量的阴膜、耐碱阳膜和用于电渗析的阴膜、阳膜。

均相渗析阴膜及扩散渗析器

均相扩散渗析阴膜作为一种具有特殊分离效果的离子交换膜,主要用于工业酸性废水中酸与盐的分离。其运行过程依据的是渗析原理,以浓差做推动力。在扩散渗析膜的两侧分别通入废酸液及接受液(自来水)时,废酸液侧的酸盐的浓度远高于水的一侧,由于浓度原因酸及盐有向水侧扩散的趋势,但渗析膜骨架本身带正电荷基团,由于电荷相互作用,其只允许带负电酸根离子和半径小电荷少的H+通过,而阻碍带正电的金属离子通过,从而实现了酸跟盐的分离。

膜法扩散渗析酸回收技术具有操作简单、维护方便,易实现全自动化,尤其是不需要电源而大大节省了能耗。回收的酸的种类可包括硫酸、盐酸、HF、硝酸等,涉及的金属离子主要包括过渡金属离子、稀土离子及镁钙等。

采用扩散渗析膜法酸回收技术,可实现废酸在线回收,回收的酸经过提浓后可返回酸洗工艺循环使用,既实现了废酸的资源化回收再利用,又降低了后续处理难度和污染物的排放量,具有和好的经济和环境效益。

均相渗析阳膜及其碱回收技术

目前,我国众多领域涉及到碱性废液的排放问题,是碱性废液污染特别严重的国家,威胁着造纸、印染、有色金属冶炼加工等行业的

生存和可持续发展。对以上碱性废液,传统的处理方法包括中和、萃取、蒸发结晶等,但都存在过程复杂、操作费用高、能耗高、投资大、易引起二次污染等缺点,已不能满足相关工业发展需求,更不符合全社会节能减排降耗的时代特征。

碱回收膜是一种特种荷负电离子膜,除了具备一般离子膜的通用性能外,要求对碱具有很高的稳定性,具有可以调节的水含量,同时要求对金属含氧酸根离子具有很高的选择性,又要求对氢氧根离子具有辅助传递作用,特别是由于浓差为推动力,要求膜很薄但又必须具备一定的机械强度。目前国内市场离子膜很难满足这些要求,以日本为首的国家对我国相关技术进行封锁或价格垄断,近期询价表明,相关特种分离膜价格高达3000元/平方米,还有一些苛刻付款方式和订货期限等附加条件。

公司联合中国科学技术大学,从事经济型均相扩散渗析阳膜的制备工作,特别是针对目前扩散渗析阳膜应用于碱回收领域的局限,提出了不使用氯磺酸或发烟硫酸制备新型碱回收膜的技术路线,该路线利用共聚反应制备含磺酸基团的、具有仿生功能的多硅交联剂,该路线已经进行试生产,并在氧化铝行业和纤维素水解业通过中试应用研究。初步实验表明,扩散渗析阳膜的碱渗析系数为0.01 m/h左右,比传统均相阳膜的碱渗析系数高一个数量级。虽然扩散渗析阳膜目前仅停留在中试研究阶段,但这种特种碱回收膜属国内首创,其在碱回收行业的应用国际上亦未见类似报道,其规模化制备和应用工作已经展开,相关研究内容已被列入国家“863”计划。

均相膜电渗析技术

离子交换膜是一种含离子基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜,最基本的两种离子交换膜是阳离子交换膜和阴离子交换膜。离子交换膜通常应具较低的电阻、较高的选择透过性、合适的机械强度和化学稳定性。由阴膜和阳膜交替组装形成的电渗析器具有脱盐或者盐浓缩的功能,可用于脱除水溶液的盐分(淡化)或者浓缩水溶液的盐分(制盐),具体的应用包括海水和苦咸水淡化、天然水纯化、工业废水净化、有机物水溶液脱盐、海水或卤水制盐等。相比于反渗透或纳滤技术,电渗析法具有如下优势:(a)膜耐污染,使用寿命长;(b)运行过程中水力学压强低(一般小于3bar),无需使用高压泵,运行安静,无噪音;(c)安装简单,可使用塑料管道连接;(d)运行费用低,容易维护。特别是,由于膜性能及污染和寿命的原因,反渗透和纳滤技术不适合用于脱除有机水溶液体系中的盐分,而离子交换树脂法将造成有机物料损失并产生大量含盐废水,电渗析法展现了其它方法不可比拟的优势。目前,国际上规模化的电渗析用均相离子交换膜生产厂家仅限美国GE公司、日本ASTOM公司、日本Asahi Glass公司和德国FuMA-Tech公司;而国内,电渗析技术还停留在使用异相离子膜和厚隔板阶段,电渗析用均相离子膜尚未实现规模化生产,进口均相膜及其电渗析装置由于价格高昂而没有市场竞争力。

公司一直致力于均相离子膜的前沿技术开发及应用研究。2012从西门子水处理技术部新加坡全球研发中心资深科学家傅荣强博士,

专门从事均相电渗膜材料及其装置的开发。

双极膜及其电渗析水解离技术

双极性膜是近年来发展比较迅猛的一种新型特种分离膜,它通常由阳离子交换层(N型膜)和阴离子交换层(P型膜)复合而成。正如半导体工业中由于P-N结的发现,导致了许多新型半导体器件的发明,同样用荷有不同电荷密度、厚度和性能的阴阳膜层在不同的复合条件下,可制成不同性能和用途的双极膜:比如1、2价离子分离膜、防结垢膜、抗污染膜、H+分离膜、低压反渗透脱硬膜、水解离膜等。尤其是以双极膜技术为基础的水解离领域已成为电渗析工业中新的增长点,对于化工清洁生产/分离、资源回收和环境保护等具有重要意义,也是目前增长最快和潜力最大的领域之一。

目前国际上仅德国FumaTech 公司和日本Astorm公司开发出了商品双极膜。在国内,国家海洋局杭州水处理中心、清华大学、北京廷润公司等单位均对双极膜的相关应用进行了研究,对双极膜的制备也进行了一些尝试,制备出小试样品,但总的来说,膜的基本性能(水解离压降)和机械稳定性还不能满足工业应用的要求,双极膜的产业化仍是空白。日本及西方国家又对中国实行技术封锁,进口膜产品高达6000元/平方米,国内很多已有成熟生产工艺的节能、环保、升级换代工程(如乳酸、葡萄糖酸等清洁生产、胺脱硫剂再生等)因没有膜而搁浅。

近年来,在国家自然科学基金和山东省科技攻关计划的资助下,公司联合中国科学技术大学,提出了一种全新的制备双极膜技术路