膜分離技術因其高效率、低能耗和無二次污染等特點，已廣泛應用于海水淡化、污水處理以及食品、醫(yī)藥等眾多領域，已發(fā)展成了橫跨材料、環(huán)保和能源等領域的高新技術和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。簡要概述了膜分離技術的發(fā)展現(xiàn)狀，梳理了膜分離產(chǎn)業(yè)發(fā)展相關標準和產(chǎn)業(yè)政策，同時介紹了膜分離產(chǎn)業(yè)國內外市場發(fā)展現(xiàn)狀并對面臨的機遇和挑戰(zhàn)提出了展望。
膜分離技術是一種以分離膜為核心，利用膜的選擇性透過來實現(xiàn)料液不同組分的分離、純化和濃縮的一門新興技術。與傳統(tǒng)分離技術相比，膜分離技術具有耗能低、無二次污染、操作簡單、分離效率高等特點，因此，膜分離技術廣泛應用于水處理、食品、醫(yī)藥和石油化工等領域。膜分離技術以分離過程分有微濾（mf）、超濾（uf）、納濾（nf）、反滲透（ro）和電滲析等。我國膜分離技術雖起步較晚，但現(xiàn)已初步建立了較完善的膜工業(yè)體系，年產(chǎn)值正以每年20%左右的增長率快速發(fā)展。
本文概述了膜分離技術的現(xiàn)狀，重點從膜分離技術相關標準的發(fā)布情況以及國家相關政策導向來分析國內膜分離市場的現(xiàn)狀及發(fā)展?jié)摿Α?/p>
一、膜分離技術的現(xiàn)狀
01 | 膜材料研究
膜分離技術的核心是膜材料，近年來對于膜材料的研究主要在無機膜材料、有機高分子膜材料、復合膜材料與膜材料的改性等方面，其中復合膜材料與膜材料的改性是當前膜材料研究的熱點。多種膜材料的復合不僅克服了單一膜材料本身的缺點，還能將各自的優(yōu)點結合，提高分離膜的過濾性能和抗污染能力。常見的復合膜包括有機-無機雜化復合膜、無機復合膜等。以nf膜為例，針對膜污染控制和膜選擇性透過的問題，對nf膜材料的研究從單一有機材料轉向有機材料與無機材料雜化。例如song等將磷酸化殼聚糖（pcs）與氧化石墨烯（go）結合，發(fā)現(xiàn)go-pcs復合膜不僅改善了nf膜存在的問題還提高了水通量和抗氯性。膜材料的改性也是分離膜材料另一個重要的研究方向，膜材料的改性可分為膜表面改性和膜材料本身的改性。膜表面的改性通常是將活性組分負載到膜表面，膜材料本身的改性是利用化學反應使材料本身性質或結構發(fā)生改變，從而提高膜材料的性能。
例如he[等利用咪唑類離子液體改性聚酰胺復合膜，將amib分子固定在膜表面，制備出了高透水性、高抗菌性的納濾膜。tong等對氧化石墨烯進行磺化制備出新型的復合膜，磺化改性導致氧化石墨烯膜內部層狀結構不均勻，增大了低電阻水通道的自由體積，提高了機械強度和傳輸能力。
02 | 膜分離技術應用
膜分離技術因其種類多、低能耗、效率高等特點，已廣泛應用于海水淡化、污水處理以及食品、醫(yī)藥等眾多領域。反滲透（ro）技術操作簡單，脫鹽率可達到99.75%，極大地提高了海水淡化的效率。截至2017年，全國產(chǎn)水規(guī)模達到127.2萬t/d，預計2020年全國海水淡化總規(guī)模達到220萬t/d以上，海水淡化產(chǎn)業(yè)已成為我國海洋經(jīng)濟的重要部分。納濾（nf）膜分離小分子有機物和無機鹽的能力高，被廣泛應用在污水處理和城市用水等領域。在食品處理領域，膜分離技術廣泛應用在飲料加工工藝中，反滲透、納濾、超濾、電滲析的不同組合搭配，基本可以滿足飲料行業(yè)的不同分離、濃縮和純化需求，如an等研究了一種用于濃縮果汁的滲透膜蒸餾(fo-md)工藝，使?jié)饪s的果汁幾乎沒有營養(yǎng)損失。在醫(yī)藥方面，膜分離技術主要應用在制藥、血液透析等方面，但是，醫(yī)用新型膜材料我國仍靠大量進口，其相關研究與國際水平還有較大距離。石油化工生產(chǎn)中，膜分離技術有效應用在有機混合物的分離、燃油脫硫等工業(yè)過程，如yang等對工pet/ptfe復合材料進行了改造，實現(xiàn)了油滴有效收集和溢油的無損運輸。膜分離技術很大程度上決定了石化行業(yè)的節(jié)能減排與清潔生產(chǎn)水平，膜分離技術的發(fā)展將會助推石化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
二、 膜分離相關產(chǎn)業(yè)政策
為促進膜分離產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，我國陸續(xù)出臺了許多相關政策：2006年“十一五”規(guī)劃關于新材料產(chǎn)業(yè)中涉及分離膜的相關內容有功能陶瓷膜、電池隔膜、醫(yī)用血液透析、海水淡化的反滲透膜與組件等；2010年出臺的《國務院關于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》，其中新材料與節(jié)能環(huán)保兩大新興產(chǎn)業(yè)都涉及到膜分離技術；2012年《新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》明確將膜材料列為規(guī)劃內容，并提出三大目標：一是分離膜領域形成完備的、規(guī)模化的膜與膜組器的生產(chǎn)技術與能力；二是大力推進膜技術的應用推廣；三是加快建立膜產(chǎn)品的標準評價體系和評價中心從而規(guī)范膜市場；2016年“十三五”規(guī)劃中，發(fā)展重點是水處理用高通量納濾膜、高性能反滲透膜以及污水治理和海水淡化用特種膜；2019年《重點新材料首批次應用示范指導目錄》與《產(chǎn)業(yè)結構調整指導目錄（2019年）》的發(fā)布為分離膜市場帶來更多的發(fā)展契機。從“十一五”規(guī)劃到“十三五”規(guī)劃中，國家陸續(xù)出臺了較多與膜分離相關的政策，極大地促進了膜分離技術在材料、能源和環(huán)保等領域的應用與發(fā)展。
在“十三五”期間，國家陸續(xù)推出23個涉及分離膜的政策專項文件，包括17個政策文件和6個專項文件，具體內容見表1、表2所列。涉及的領域包括科技創(chuàng)新、水處理、生態(tài)環(huán)境與節(jié)能減排4個領域，其中水處理的相關政策文件占比高達52%，可見我國膜分離技術的應用重點在海水淡化和污水處理上。
表1 “十三五”計劃中膜分離產(chǎn)業(yè)相關政策
表2 “十三五”計劃膜分離產(chǎn)業(yè)相關專項
三、 膜分離相關標準化政策
01 | 我國膜分離產(chǎn)業(yè)標準政策
隨著我國膜分離產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，膜分離行業(yè)的標準化工作得到了國家有關部門的重視，技術標準制定已經(jīng)成為國家發(fā)展的戰(zhàn)略性資源和增強國際競爭力的途徑之一。2008年全國分離膜標準化技術委員會（sac/tc382）成立，標志著膜分離產(chǎn)業(yè)進入法制化、標準化和國際化快速發(fā)展的軌道；2012年科技部和國家發(fā)改委發(fā)布的《海水淡化科技發(fā)展“十二五”專項規(guī)劃》中明確指出要發(fā)展海水淡化標準戰(zhàn)略，提高產(chǎn)業(yè)發(fā)展的整體性和科學性；2013年，國家標準委聯(lián)合九部門發(fā)布《戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)標準化發(fā)展規(guī)劃》，為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展營造良好的環(huán)境；接著國家標準委員會在《2014年戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)標準綜合體指導目錄（征求意見稿）》中明確提出高性能膜材料、組件和裝置的標準化問題。
02 | 我國膜分離產(chǎn)業(yè)標準現(xiàn)狀
我國膜分離行業(yè)出臺的國家標準和行業(yè)標準較少，在2015年王學軍統(tǒng)計的基礎上，我國行業(yè)標準新增7項，國家標準則陸續(xù)出臺了23項，詳見表3、表4。截至目前與膜分離產(chǎn)業(yè)相關的標準一共98項，國標有40項，行標58項。從行業(yè)標準來看，海洋(hy)行業(yè)標準有36項，化工(hg)行業(yè)標準9項，環(huán)境保護(hj)行業(yè)標準4項，城市建設(cj)行業(yè)標準3項，電力(dl)行業(yè)標準1項，船舶(cb)行業(yè)標準2項，商業(yè)(sb)行業(yè)標準1項，煤炭(mt)行業(yè)標準1項，其中海洋行業(yè)標準占比高達64%。從表3和表4可以看出，新增的國家標準數(shù)量大于新增的行業(yè)標準，逐漸打破膜分離技術以行標為主的狀態(tài)，膜產(chǎn)業(yè)標準將會更加規(guī)范統(tǒng)一。
表3 膜分離領域2015年以后新增國家標準
四、我國膜分離行業(yè)發(fā)展
我國膜分離技術已有60年的發(fā)展歷史，改革開放之后尤其是進入新世紀以來，水處理需求的爆發(fā)式增長使得膜分離產(chǎn)業(yè)應運而生并迅速崛起，成為我國經(jīng)濟舞臺的重要新生力量。
01 | 膜分離產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值發(fā)展情況
1999年，全球膜分離產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值達到200億美元，中國膜分離產(chǎn)業(yè)的總產(chǎn)值約為28億元人民幣，僅占全球總產(chǎn)值的1.7%。到2012年，全球膜分離產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值達到450億美元左右，同年我國膜分離市場總產(chǎn)值515億元人民幣，占全球總產(chǎn)值的10%以上，總產(chǎn)值占比大幅增加。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院發(fā)布的《中國膜產(chǎn)業(yè)市場前瞻與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》統(tǒng)計數(shù)據(jù)，得出2009—2018年我國膜分離產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值變化趨勢，如圖1所示。從圖1可以看出中國膜分離產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值由2009年的227億元，增長至2018年的2348億元。預計到2025年，膜分離產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值預計將達到3853億元。
現(xiàn)如今，我國膜分離產(chǎn)業(yè),年產(chǎn)值以年均20%左右的速度穩(wěn)定增長，已經(jīng)成為世界膜技術發(fā)展最活躍的地區(qū)之一。
圖1 中國膜分離產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值
02 |膜企業(yè)規(guī)模情況
中國膜分離產(chǎn)業(yè)由于基礎落后、起步晚，導致發(fā)展緩慢的情況，在2001年左右得到改善。1995年國內膜企業(yè)數(shù)量僅50家左右，2001年后開始呈現(xiàn)快速增長趨勢，“十二五”期間增加的膜分離企業(yè)數(shù)量達到了332家，至2015年膜分離相關企業(yè)進入了高位穩(wěn)定時期。截至2018年，全國與膜分離研究有關的高校研究機構超過100家，膜制品生產(chǎn)企業(yè)和工程公司近1300家，其中年產(chǎn)值在500萬元左右的中小企業(yè)約占膜企業(yè)總數(shù)的85%，超過億元年產(chǎn)值的企業(yè)只占4%。進入“十三五”之后，隨著水污染防治力度加大，膜分離產(chǎn)業(yè)也隨著高速增長，中國已成為全球膜市場增長的主力。
03 | 膜分離產(chǎn)業(yè)種類及區(qū)域分布情況
我國的膜產(chǎn)業(yè)體系龐大，其中反滲透膜（ro)占據(jù)50%左右的市場，納濾膜（nf）、超濾膜（uf）、微濾膜（mf）各占10%，剩下20%被電滲析膜、氣體分離膜、無機陶瓷膜、透氣膜及其他類型所占據(jù)，詳見表5。時代沃頓科技有限公司、藍星東麗膜科技有限公司占據(jù)國內反滲透膜70%以上的市場份額；北京碧水源科技股份有限公司每年可生產(chǎn)微濾膜和超濾膜1000萬m2；其他公司如海南立昇凈水科技有限公司、江蘇久吾高科等公司在微濾超濾膜領域的年產(chǎn)能力也達到幾百萬平方米；津膜科技有限公司作為國內最大的膜法自來水廠，日處理量達50萬t。我國在北京、上海、天津、杭州等地有從事膜技術研發(fā)的高校研究所，給膜企業(yè)提供了強大的技術和科研支撐，因此，在區(qū)域競爭格局方面，我國知名膜企業(yè)主要分布在北京和江浙滬地區(qū)，北京以26%占據(jù)首位，上海以21%的占比緊隨其后，江蘇與浙江分別有11%與9%的份額，詳見表6。膜企業(yè)中，國有企業(yè)及事業(yè)單位約占50%，另外50%包括民營、外資、合資、個體等多種形式。
表5 中國分離膜種類
表6 中國膜產(chǎn)業(yè)區(qū)域分布
04 | 膜分離市場占比情況
在膜分離領域，國外起步早且發(fā)展成熟，尤其是美國和日本以絕對優(yōu)勢領先。而從1999年僅占全球膜總產(chǎn)值的1.7%，到2012年10%以上的占比，中國以全球最快的發(fā)展速度占據(jù)了國際膜分離市場的一席之地。現(xiàn)如今我國膜分離市場已躋身于世界前列，尤其是反滲透膜，與美國、日本一并占據(jù)了超過全球57%以上的市場份額。其中我國反滲透膜的產(chǎn)量在全球的占比約為18.98%，僅次于美國的21%。國內最大的反滲透膜生產(chǎn)商也從日本東麗變?yōu)闀r代沃頓，并且2018年時代沃頓的對外出口額超過了1.9億元。在國家政策的支持下，國內的超濾膜、納濾膜和微濾膜技術研究發(fā)展迅速，其中微濾膜、納濾膜已達國際先進水平。在市場發(fā)展方面也取得一定的成就，比如超濾膜和納濾膜已成功用于國內許多超大型項目，并在總量上開始占據(jù)市場優(yōu)勢。
該領域內的龍頭企業(yè)津膜科技自主研發(fā)取得數(shù)百項專利技術，不僅打破了發(fā)達國家長期對我國技術壟斷的情況，其產(chǎn)品性能也處于國際先進水平。
中國膜分離產(chǎn)業(yè)發(fā)展至今，取得了一定的成果，但仍然存在一些劣勢。如膜分離企業(yè)以中小型居多、技術儲備與資金不足以及膜分離行業(yè)標準以行標為主等問題。因此，須時刻關注國際膜分離技術發(fā)展動態(tài)，加大研發(fā)投入，進一步制定和完善膜行業(yè)標準化體系，吸收國際先進技術和管理理念，加快我國膜分離產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，不斷增大我國膜分離產(chǎn)業(yè)在國際市場的份額。
來源：《現(xiàn)代化工》
