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公众号“前沿材料”，一周一篇优质报告 高性能分离膜作为新型高效分离技术的核心材料，具有分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、过滤过程简单、易于控制及可实现分子级过滤等特征，是实现节能减排和环境保护的重要基础材料，在石油化工、医药、食品、能源、电子、环保、水资源利用和空气净化等领域具有良好的应用前景。据MarketsandMarkets的研究显示，2018年全球分离膜市场规模已经达到126.6亿美元，预计到2023年这一数字将达到173.4 亿美元，复合年均增长率约为6.5％。 从全球发展现状来看，以美日为代表的国外企业在分离膜领域优势较为明显，尤其是在海水淡化反渗透膜、耐溶剂纳滤膜、离子交换膜等领域，形成了寡头垄断的格局，且在正渗透膜、气体分离膜、新型膜材料开发等热点研究领域优势也较为明显。相比较而言，我国在分离膜领域的起步较晚，在海水淡化反渗透膜、纳滤膜、双极膜、气体分离膜等领域仍与国外企业存在着较大差距，但在无机膜、有机无机复合膜等领域已具有较强的国际竞争力。有机膜的国际市场上竞争力弱、原创性研发数量少以及产品的稳定性、耐受性不足是我国分离膜产品当下面临的最主要问题。近年来，在我国政策及资金的大力支持下，我国高性能分离膜的研究进展非常迅速，诸多原创性研究已经处于国际领先地位；在产业方面，诸如时代沃顿、北京碧水源、海南立升、津膜科技、久吾高科、九天高科等一批龙头型企业也担负起了做大做强中国分离膜产业的重任，并在超滤、微滤、低压反渗透、陶瓷膜、分子筛膜等领域的国际市场中占据了一席之地。 2018年，我国膜企业在新产品研发、工程应用等方面均取得了诸多进展，国产膜产品在国内多项大中型项目中得到应用。2018年7月2日，碧水源在国内首创的中空波纹板式膜产品成功问世；目前，该技术已成功应用到碧水源自主研发的H-MBRU膜生物反应器组器的生产与应用中；该反应器占地面积小、能耗低，加之耐污染、寿命长等优点，特别适用于对设备占地面积要求严格但污水处理工程量大的项目，展现了巨大的市场潜力。2018年4月，杭州水处理技术研究开发中心宣布，率先在国内建立世界上第一套500吨/日正渗透海水淡化示范工程，该工程是目前全球范围内规模最大的正渗透海水淡化工程，装置产水量、水回收率以及制水能耗指标均达到世界领先水平。 目前广泛应用的高分子分离膜和无机分离膜，主要是利用相转化和高温烧结的方法制备而成。由于成膜材料和成膜方法的限制，传统的分离膜具有孔径分布不均匀、选择分离层较厚等缺点，制约了分离通量和分离选择性的同步、大幅提升，这一现象也被称为“上限平衡”效应。因此,设计制备具有均一孔径尺寸及纳米级厚度的高性能膜材料，克服“上限平衡”效应，实现高精度、高通量分离，是目前分离膜领域的重要发展方向。 国外高性能分离膜的研究主要集中在美日欧、澳大利亚等国家及地区。研究的重点涉及膜材料的开发、新型膜的制备以及制膜工艺的创新等方面，技术应用的领域则包括气体和液体等分离。目前，二维材料（如石墨烯、碳纳米管、MoS2、MXene、金属有机骨架、共价有机框架等）及人工水通道等新型纳米材料在构筑高性能分离膜方面的优势已愈加凸显，尤其在纳滤、反渗透、气体分离、渗透汽化等具有限域传质效应的分离膜领域，极大推动了分离膜领域发展；绿色制膜工艺、材料等开发促进膜技术绿色化发展；另外，新型制膜工艺亦为膜材料制备提供了新途径。 目前，我国从事分离膜研究的院所、大学超过120家，其中大约有30个研究团队活跃在国际学术前沿，在几乎所有的分离膜领域都开展了相关的研究工作。2018 年，国内高性能分离膜领域的研究非常活跃，围绕国际分离膜领域热点研究方向，取得了非常多的成绩。 目前，我国分离膜市场处于高速且平稳的发展态势。但同时，我国膜产业也存在应用层次偏低，应用领域偏窄；膜产业配套能力不足；膜产业自主创新能力不强等问题。针对存在的问题，国家新材料产业发展战略咨询委员会对于未来我国在高性能分离膜领域的发展提出以下几点建议：结合我国环境与资源现状，研发适合我国国情的新产品、新技术，从而带动膜产业的创新意识与创新能力；加大对相关领域的研发投入，从技术源头入手，提升产业的竞争力；注重膜产业配套能力的发展，自主开发与引进吸收并举，快速提升产业链中的薄弱环节；加强高校研究院所与企业间的合作交流，开辟新的应用领域，发挥各自资源优势等。 本文作者：材料委天津院 本文责编：王宁宁 |
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