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高从堦院士:“十四五”,膜技术应重点解决三大问题
中国化工信息周刊 / 时间:2021-01-12 22:32:55

前沿材料公众号1月12日讯:高性能膜材料是支撑水资源、能源、传统工业升级改造、环境污染治理等领域发展的战略性高技术产业。目前,我国已成为全球反渗透膜最重要的生产国家之一,产量占比达18.98%,仅次于美国。我国膜产业已形成2000亿规模、万亿发展远景。但膜产品在水处理领域的大规模应用仍与发达国家存在一定距离,还有较大提升空间。日前,中国工程院院士、浙江工业大学膜分离与水科学技术研究院创始人高从堦接受了本刊的独家专访。

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中国工程院院士、浙江工业大学膜分离与水科学技术研究院创始人 高从堦

“十四五”,多种膜技术应用水平将整体提升

CCN:在中国工程院推进的“新材料强国 2035 战略研究”重大咨询项目中,高性能分离膜材料被列为国家关键战略材料领域发展重点及主要方向,其中包括:水处理膜材料、特种分离膜材料和气体分离膜材料。就这三个领域而言,我国的技术水平在国际上处于怎样的地位?有哪些关键技术尚未突破?

高从堦:我国在水处理膜材料、特种分离膜材料和气体分离膜材料这三个领域都取得了很大的进步,技术水平总体上能和国际接轨,解决国内各种工业的需求。但在一些高端应用方面,比如大规模的海水淡化和难度比较大的水处理,一般还依赖国外技术。在一些基础原材料方面,国内技术仍不能满足产业化要求,不同批次产品性能指标有波动,在大规模制备应用方面尚有限制。

CCN:1997年,您主导建成了国内第一条反渗透复合膜生产线,使进口膜价格大大降低。国产反渗透膜和进口反渗透膜存在差距是什么?目前我国反渗透膜主要的应用领域有哪些?“十四五”期间,您最看好哪个领域的发展机遇?

高从堦:与国外的反渗透膜相比,我国的差距表现在大规模批量生产的质量上会有所差异,不如国外性能稳定。国外的反渗透膜脱盐率可以达到99.7%~99.8%,而我国自主研制的反渗透膜脱盐率仅为99.3%左右。

在国外公司强大的竞争优势面前,国内企业的应对之策是要掌握核心膜技术,加快研发和创新反渗透膜。未来,国内应侧重于生产技术自主可控的海水淡化膜、能量回收装置和高压泵,并占领部分市场。同时,应进一步优化设备结构,更好利用低品位热能,进行海水综合利用,进一步降低成本。在海水循环冷却方面,主要的问题是降低成本和改进结构,以及防腐剂的研究等。海洋化工方面,还应该增加新品种的研究。

当前,反渗透分离膜主要有以下应用:

一是固-液分离,如催化剂的生产、洗涤过滤、回收等,油浆净化,渣油净化等;

二是液-液分离,如原油脱水、脱盐等过程;

三是气-固分离,如高温/低温烟气净化等过程;

四是强化过程,如重油乳化、加氢反应等。

从“十四五”来看,以上几个领域都会随着工业的发展取得一个整体的提升,也包括能源、新材料、互联网和智能制造等领域。

站在高起点看待海水淡化技术

CCN:海水淡化作为我国海洋新兴产业之一,近年来发展迅猛。我国海水淡化产业发展现状如何?有何待突破的技术瓶颈?未来应怎样发展?

高从堦:我国的海水淡化研究始于1958年,当时海军和中科院化学所合作进行电渗析技术研究。1967—1969年开展的全国海水淡化大会战,为反渗透法、电渗析法和蒸馏法等海水淡化技术的应用研究打下了基础;1982年,我国建成了第一座海水淡化站——西沙永兴岛海水淡化站;1997年,在浙江省嵊山建成我国第一座自主设计制造的500t/d反渗透海水淡化项目;2000年,我国第一座1000t/d海水淡化设备研制成功并投入使用;此后不久,海水淡化进入了大发展时期,2000年开始走向规模化应用。

尽管膜技术在海水淡化处理工艺发挥了积极作用,但目前我国海水淡化中大规模使用的膜基本还依赖进口,需要加快我国海水利用技术产业化发展。

未来,我国海水利用技术应以自主创新技术为主,消化吸收为辅;注重能力建设,使技术不断地向工艺简便、高效节能和清洁生产的方向迈进;强化产业化技术支撑体系,产业化和示范工程可采用政府投入与社会资金相结合的模式;政府管理方面,应构筑政策、法规体系和技术标准体系,鼓励企业的介入,促进海水利用产业发展,并参与国际竞争。

CCN:目前,我国海水淡化工程的大规模应用情况和发展趋势如何?

高从堦:海水淡化大规模应用的主要技术分为热法(蒸馏法)和膜法(反渗透)两类。热法是20世纪40年代开始发展的,原理是把海水加热形成水蒸汽,通过将其冷却得到淡水;膜法是20世纪60年代才开始发展的,原理是把经过预处理的海水通过一种高分子材料膜,在施加高压下滤出淡水。从技术上看,这两种技术各有利弊:热法的成本高、投资大,但工艺成熟、得到的淡化水水质好;反渗透膜法则以投资小、能耗低、成本低、建造周期短等优势逐步占据国际市场的上风。

尽管经过多年研发后,我国海水淡化利用技术在相关领域取得了长足进步,但至今已建成并能真正投产的大型海水淡化装置仍屈指可数。因此,要想让人们了解海水淡化,首先要有一定数量的示范项目,并进行适当的宣传。尤其是城市的管理者要从整体布局来考虑,站在高起点、高层次来看待海水淡化这个问题。

膜技术在助力石化绿色发展中存在三大问题

CCN:目前,膜技术在助力石化行业绿色发展中还存在哪些问题?您有何建议?

高从堦:当前,膜技术在助力石化行业绿色发展中主要存在以下三个问题:

一是石化行业工艺过程极其复杂,对膜性能和品种要求极高。石化行业工艺流程长、物料体系复杂多变,对膜性能和品种需求具有多样性,因此对膜技术的全流程适用性要求极高。

二是膜工艺技术开发力度不够,嵌入石化行业主流程难度大。膜技术工艺开发仍以实验研究为主导,难以满足石化行业主流程工艺要求,严重迟滞了膜技术在石化行业绿色发展中的推广应用。

三是膜技术在石化行业的应用受到相关行业制约严重。膜行业尚缺乏针对面向石化行业应用的膜材料产品生产、质量检测等标准,造成膜材料产品质量参差不齐,膜产品应用过程中出现诸多问题,严重阻碍膜技术在石化行业中的健康发展。

CCN:针对膜技术存在的以上问题,您有何建议?

高从堦:首先,从政策层面:鼓励已有膜技术的推广应用、如分子筛绿色工艺,膜反应器技术、中水回用技术、油气回收技术、氢分离技术等;编制膜技术中长期战略规划,结合石化行业绿色发展,有序推进膜技术的实验室研发、工程放大和产业推广;有效整合政产学研用资源,建立膜技术研发单位和石化企业的高效合作平台,强化产业集群效应;建立膜材料和膜过程原始创新研究体系,着力开发颠覆性膜技术促进石化行业绿色发展.

其次,从技术层面:优化设计膜结构,提升膜通量和抗污染能力,推进石化行业分离过程的绿色发展;加强特种膜原位过程技术开发,促进石化行业高温、反应等苛刻工业过程的绿色发展;重视原始技术创新,力争形成石化行业的颠覆性技术。