高性能分离膜发展趋势

高性能分离膜发展趋势

概述

分离膜是一种具有一定物理和 / 或化学特性的物质，其可在一种或两种相邻流体相之间

构成不连续区间并影响流体中各组分的透过速度。分离膜具有选择透过性，其可以是均相或

非均相，对称或非对称，中性或荷电，固态或液态。高性能膜材料具有高分离性能、高稳定性、

低成本和长寿命等特征，是可以满足工程化应用需求的分离膜。根据分离原理和推动力的不

同，主要可以分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜、反渗透膜、电渗析膜、渗透汽化膜、膜生物反

应器用膜、气体分离膜等；根据分离膜应用对象的不同，主要可分为水处理膜、特种分离膜、

气体分离膜、电池用膜、生物医用膜等。根据材料的不同，可以分为无机膜、有机膜、有机

无机复合膜等。

高性能分离膜发展趋势

国外高性能分离膜的研究进展

高性能分离膜的主要应用领域包括石油化工、医药、食品、电子、水处理与净化、海水淡化、

空气净化等。由于目前面临的水资源不足和污染严重问题制约了社会经济发展，水处理

与净化已经成为世界各国在政策、经济、科学、技术方面都十分重视的领域。

2015 年中国技术开发公司的水处理膜材料相关调研显示：在布局的水处理

膜材料申请中，有超过 1/3 的申请来自于日本，有接近 1/3 的申请来自于美国，

来自于中国的申请占总量的 11%，位列第三，之后是德国和韩国，申请数量分

别占总量的6%和5%。此次统计主要研究对象是以压力差为分离驱动力的过滤式膜材料，

包括微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）以及反渗透（RO）等膜片材料。数据来自

于欧洲检索系统（EPO-QUE）。

可以看出，日本和美国企业几乎垄断了水处理膜材料的市场。申请人排名

*位的全部为企业，其中 7 家来自日本，3 家来自美国。

日本生产高性能分离膜产品的公司中，产品覆盖面zui广的是日本东丽株式会社（TORAY）

和日东电工株式会社（Nitto Denko），膜产品包含了微滤膜（MF）、超滤膜（UF）、纳滤膜（NF）

和反渗透膜（RO）。

其中，东丽的 RO 膜“ROMEMBRA ™”被广泛地应用于海水和微碱水淡化、纯净水生产、废

水处理及二次使用、贵重材料回收及食品浓缩等领域；UF、NF 组件 TORAYFIL ™被用于工业水

生产、污水及废水处理，以及各种水净化及除菌领域。

日东电工自 1976 年开始生产高分子分离膜，后又于 1987 年收购了美国分离膜领域的重

要企业——海德能公司（Hydranautics）。海德能是目前世界上分离膜制造业中zui、产

品规格zui多、生产规模zui大、取得zui多的反渗透和纳滤膜生产厂商之一，也是美国zui早

通过 ISO9001 认证的反渗透膜生产商。日东电工的分离膜产品材料主要使用芳香族聚酰

胺复合材料，主要产品为 SWC 系列和目前面向中国市场的 YQS 系列。

另外，高性能分离膜中的气体分离膜代表性企业为日本宇部兴产株式会社（Ube Indus-

tries, Ltd.）。宇部兴产生产的“UBE 氢气分离膜”可从石油精炼所和化学工业的废气中高

效分离氢气和氦气；“UBE N 2 分离膜”组件可从压缩空气中得到zui高纯度 99.9％的氮气。

美国在高性能分离膜领域处于地位，主要企业包括美国陶氏（Dow）化学公司、

美国杜邦公司（DuPont）以及美国科氏膜系统公司（KOCH）等。

高性能分离膜发展趋势

美国

除上述三家企业外，日本涉及分离膜领域的主要企业还包括东洋纺（TOYOBO）、

旭 化 成（AsahiKASEI）、 三 菱 丽 阳（MITSUBISHI LAYON）、 日 本 碍 子（NGK Insula-

tors, Ltd.）、旭硝子（AGC）、日立造船（Hitachi Zosen）、达纤膜系统（DAICEN MEM-

BRANE-SYSTEMS Ltd.）等。

美国陶氏（Dow）化学公司可以提供种类齐全的离子交换树脂（IER）、反渗透膜（RO）、

超滤膜（UF）、精密颗粒过滤器，以及电除盐（EDI）等产品。该公司旗下的反渗透膜

品牌是 DOW FILMTEC™，其中的 Seawater 系列专门用于处理海水脱盐。

美国杜邦公司（DuPont）在反渗透膜应用方面有着辉煌的历史。杜邦公司用于生产高纯

水的产品 “Permasep”，被广泛应用于工业与医学领域。其中，杜邦的典型产品是用聚酰胺中

空纤维制备的 Permasep B-10TWIN 反渗透组件。

2015年，陶氏和杜邦公司达成平等合作协议，合并后命名为陶氏杜邦公司（DowDuPont），

分拆成立三家独立上市公司，双方的膜材料业务将统一并入材料科学公司。未来双方将会通

过资源整合和协同效应，优化产业和资本结构，提高创新能力，将会对竞争对手产生深

远影响。

美国科氏膜系统公司（KOCH），被*为世jie级创新滤膜过滤系统的。科氏依

托其先进的膜技术，为客户提供一系列的反渗透淡化系统，典型产品为 FLUID SYSTEMS®

TFC® RO 系列。

国内高性能分离膜的研究进展

我国 “ 高性能膜材料科技发展十二五专项规划 ” 等文件发布后，极大推动了我国高性能

分离膜产业的发展。在 “ 十三五国家科技创新规划 ” 中也将高性能膜材料定为重点研究方向

之一。我国近年来对高性能膜材料予以持续支持，使我国膜材料得到了快速发展，从事高性

能膜材料与膜过程研究的科研院所、高等院校超过 100 家，在文章、等方面已处于前列。

我国水处理膜领域总数量已达 9080 件；2001 年以前，每年的申请数量不超过

20 件，增长缓慢；2001 年之后，的申请数量开始逐渐增长，2003-2009 年呈现高速增长，

年平均增长率达 50% 以上；2010 年后，平均年增幅仍保持 30% 以上；2015 年，我国水处理

膜领域申请数量 2326 件。此次统计主要面向微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析、膜

生物反应器等。相关数据来自于中国*局检索与服务系统（S 系统）。

气体分离膜技术凭借其、低能以及环境友好等优点，在工业分离领域具有极大的

应用前景。从我国气体分离膜领域申请数量来看，截至 2015 年底，我国气体分离膜领

域总数量已达 9219 件；从数量申请态势来看，2003 年以前，我国气体分离领域每

年申请数量不足 100 件；自 2006 年以来，我国气体分离膜领域迎来高速增长期，保持

30% 以上的年增长率，2007 年达到 44% 以上；2015 年我国气体分离膜领域发表数量

1921 件。此次统计主要面向氢气分离、氧气分离、二氧化碳分离、有机蒸汽回收、高温气固

分离等应用领域。相关数据来自于中国*局检索与服务系统（S 系统）。

特种分离膜以其优良的热稳定性和化学稳定性等材料特性而成为节能、对环境友好

的分离材料，特别适用于苛刻环境下过程工业的物质分离，对于提高过程工业产品品质、绿

色化生产等具有重要意义。从我国特种分离膜领域申请数量来看，截至 2015 年底，我

国特种分离膜领域总数量达到 6584 件；2004 年前，年申请数量不足 100 件；2005-

2012 年呈现高速增长态势，2012 年增幅达到 54%；2012 年后，保持年增幅 20% 以上；2015

年我国特种分离膜领域发表数量 1324 件。此次统计主要面向陶瓷膜、渗透汽化、膜反

应器等。相关数据来自于中国*局检索与服务系统（S 系统）。

民生膜是一类在工业发展中得到大范围应用后逐步向小型化、便携式、家用型拓展的高

性能膜材料，基于现今社会从国家到个人对民生问题的关注度都在逐年攀升，为膜技术在该

领域应用的拓展提供了新型的市场。然而，区别于大型工程，民生领域有其*的应用环境

和使用要求。这为膜材料的选择和制备提出了新的挑战，目前，人们在家用净化技术、医用

膜等方面均开发出了一系列新型的膜材料，部分技术已应用于相关产品的生产和销售，主要

包括了家用净水器、空气净化器、肾透析膜、人工肺等，药物缓释膜材料也在快速发展中。

我国民生膜领域申请总数量达到 15361 件；自 2001 年以来，年增幅始终保持 30% 以上

高速增长；2015 年我国民生膜领域发表数量达到 2760 件。

从我国膜领域申请情况来看，我国膜领域发展重点逐渐由以水处理领域向气体分离

膜、民用领域转移，例如根据2015年中国技术开发公司的中国膜领域申请情况分析，

可以看出：2015 年，我国膜领域发表数量 3090 件，水处理膜、特种分离膜、气体分离

膜及民生膜领域数量分别为 863 件、491 件、712 件、1024 件。

未来发展趋势。

高性能分离膜作为我国高新材料的重点研究方向之一，未来发展重点将集中在膜材料理

论和原创技术研究、重大关键共性技术和应用示范等三方面。

在膜材料的基础前沿理论和原创技术研究方面，构建面向应用过程膜材料的分子设计、

表面性质调变和孔道微结构控制的方法，研究分离过程中膜表面、限域效应及物质在纳微孔

道的传递行为，在膜材料的基础理论研究方面取得突破。研发混合基质膜、智能膜、催化膜、

膜接触器等新型膜材料及膜过程关键技术，为我国具有自主知识产权的高性能膜材料开发奠

定基础。

在高性能膜材料的规模化关键技术开发方面，开发高性能水处理膜、特种分离膜、气体

分离膜、电池用膜材料等规模化关键技术，重点突破混合基质型反渗透膜和纳滤膜、高装填

密度的陶瓷膜和渗透汽化膜、中高温气体净化膜、含氟电池用膜等规模化制备技术，形成新

型膜分离集成工艺及重大成套装备；研发膜材料制备新技术，促进膜材料绿色低碳制造。

在膜装备及集成应用示范方面，重点突破以特种超滤、反渗透、电渗析与 MVR 集成的

废水*技术，以抗污染陶瓷膜为核心的油气田开采废水回用技术及成套装备，以气体分

离膜为核心的工业尾气超低排放与 VOC 回收技术，海上天然气以及生物沼气膜法净化技术，

建成应用示范装置。开展制膜原材料的国产化和膜组器的大型化研究，增加规模化膜生产线

和工程应用示范线的建设力度，在海水淡化、煤化工、海洋工程、石油化工、冶金工业、造

纸工业、印染工业等行业中，增加我国膜产品的国产化率和*。

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