雙極膜電滲析技術(shù)

 
概述：
預(yù)計(jì)2019年全球膜需求將以每年8.5％的速度增長(zhǎng)至392億美元。包括食品，飲料和藥品在內(nèi)的行業(yè)需求增加，將膜技術(shù)用于滿(mǎn)足日益嚴(yán)格的相關(guān)產(chǎn)品純度要求，成為推動(dòng)膜需求的增長(zhǎng)的主要?jiǎng)恿Αｋx子交換膜因其對(duì)離子的選擇透過(guò)性，可以進(jìn)行離子的分離分級(jí)，這在清潔生產(chǎn)、環(huán)境保護(hù)、能量轉(zhuǎn)化和組成等方面發(fā)揮重要作用，特別適合于現(xiàn)代工業(yè)對(duì)節(jié)能、低品位原材料再利用和消除環(huán)境污染的需要，成為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。雙極膜細(xì)分市場(chǎng)在整個(gè)膜市場(chǎng)中所占比重較小，但其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Ｒ唬揖哂须y以替代性，在目前受到廣泛關(guān)注的零排放和資源回收領(lǐng)域具有極大優(yōu)勢(shì)。目前，我國(guó)具有雙極膜核心技術(shù)的企業(yè)較少，全球范圍擁有雙極膜技術(shù)成熟產(chǎn)品的企業(yè)多集中在歐洲和日本，本文旨在分析該細(xì)分技術(shù)在我國(guó)的潛在應(yīng)用市場(chǎng)，并對(duì)相關(guān)優(yōu)質(zhì)海外企業(yè)進(jìn)行推介。
 
 
技術(shù)原理：
雙極膜是一種新型的離子交換復(fù)合膜，它通常由陽(yáng)離子交換層(N 型膜)、中間界面親水層(催化層) 和陰離子交換層(P 型膜) 復(fù)合而成，是真正意義上的反應(yīng)膜。中間界面層的厚度為納米級(jí)，在直流電場(chǎng)作用下，中間界面層的水發(fā)生解離，在膜兩側(cè)分別得到氫離子和氫氧根離子。利用這一特點(diǎn) , 將雙極膜與其他陰陽(yáng)離子交換膜組合成的雙極膜電滲析系統(tǒng)，能夠在不引入新組分的情況下將水溶液中的鹽轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的酸和堿，這種方法稱(chēng)為雙極膜電滲析法。雙極膜技術(shù)改變了傳統(tǒng)工業(yè)分離和制備過(guò)程，雙極膜電滲析法不僅用于制備酸和堿，若將其與單極膜巧妙地組合起來(lái)，在資源回收、化工生產(chǎn)和污染控制等方面均有廣泛應(yīng)用。
 
 
雙極膜工藝中國(guó)市場(chǎng)機(jī)會(huì)：
雙極膜的商業(yè)化發(fā)展已有近30年歷程，早期用于電滲析脫鹽工藝，后來(lái)由于反滲透技術(shù)的飛速發(fā)展，成本和能耗的大幅下降，雙極膜的發(fā)展陷于緩慢狀態(tài)。但是近年來(lái)雙極膜重回人們視野，迅速發(fā)展，其可低成本實(shí)現(xiàn)酸堿分離，在高鹽廢水資源回收、酸堿分離、有機(jī)酸回收等眾多細(xì)分領(lǐng)域有極好的應(yīng)用前景，并且被認(rèn)為是零排放關(guān)鍵技術(shù)。

 
高鹽廢水處理
高鹽廢水的處理問(wèn)題，越來(lái)越成為必須解決的環(huán)境難題，嚴(yán)重制約著石油化工、生物制藥、食品發(fā)酵、催化劑合成、碳纖維生產(chǎn)等工業(yè)生產(chǎn)。高鹽廢水難以生化降解，反滲透膜法通常只能濃縮到鹽濃度5~8%，而采取熱法蒸發(fā)成本較高，因此，當(dāng)前尚缺乏經(jīng)濟(jì)可行的高鹽廢水處理辦法。大量高鹽廢水的排放可能造成沙漠、土壤、地下水污染嚴(yán)重。雙極膜電滲析技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)鹽水的直接分解成酸堿實(shí)現(xiàn)資源化回用，投資成本僅僅為熱法的30%，運(yùn)行成本僅為熱法的10%，是一種經(jīng)濟(jì)可行，易于操作維護(hù)，安全可靠的濃鹽處理技術(shù)，對(duì)真正實(shí)現(xiàn)零排放有著重要意義。
有機(jī)酸回收與制備
傳統(tǒng)有機(jī)酸生產(chǎn)方法是用發(fā)酵法, 由于有機(jī)酸發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)酸使得發(fā)酵液pH 值降低，阻礙了發(fā)酵過(guò)程的進(jìn)行。因此往往會(huì)加入堿(石灰)中和沉淀，然后經(jīng)硫酸酸化制得有機(jī)酸。這一生產(chǎn)工藝包括酸解、沉淀、過(guò)濾等過(guò)程，不僅需要消耗大量酸堿，而且過(guò)程復(fù)雜，勞動(dòng)強(qiáng)度大, 形成大量廢液、廢渣污染環(huán)境。但若用雙極膜電滲析水解離，作為H+ 和OH 的供應(yīng)源，可直接從發(fā)酵液中生產(chǎn)有機(jī)酸，既節(jié)省了原料，又大大簡(jiǎn)化了工藝，避免了環(huán)境污染，已廣泛應(yīng)用于葡萄糖酸及氨基酸的生產(chǎn)和回收領(lǐng)域。
食品產(chǎn)業(yè)
雙極膜電滲析由于具有能耗低 , 模式化設(shè)計(jì)和操 作簡(jiǎn)便高效等特點(diǎn) , 很多食品和醫(yī)療行業(yè)的產(chǎn)品 , 例如熱敏性的物質(zhì) , 越來(lái)越傾向于采用這種技術(shù)。在電滲析裝置的膜堆中 , 利用雙極膜上 pH值的變化 , 可用來(lái)處理食品工業(yè)生產(chǎn)中酶化、化學(xué)和微生物穩(wěn)定性對(duì) pH 值變化依賴(lài)性比較強(qiáng)的產(chǎn)品。所以和其他普通的分離方法相比 , 用雙極膜電滲析在處理這一類(lèi)物質(zhì)時(shí)過(guò)程可以精確控制 , 具有特殊優(yōu)勢(shì)。雙極膜電滲析技術(shù)在降低果汁酸度 , 提純蛋白質(zhì) , 回收氨基酸等方面都有了一定程度的應(yīng)用。
煙氣脫硫
燃煤、燃油過(guò)程中排放大量的二氧化硫是大氣中的主要污染物之一，傳統(tǒng)的脫硫工藝如濕式石灰石-石膏法，需消耗大量的堿，脫硫后的副產(chǎn)品又無(wú)法利用，造成二次污染，而雙極膜電滲析技術(shù)不僅無(wú)需投入堿性物質(zhì)，而且還能把二氧化硫變廢為寶，雖然前期投入與其它方式大體相當(dāng)，但運(yùn)營(yíng)后的回收物硫酸能夠在市場(chǎng)上出售或用于電廠(chǎng)內(nèi)的離子交換樹(shù)脂的再生，實(shí)現(xiàn)副產(chǎn)品“零排放”。雙極膜法煙氣脫硫是一個(gè)較新的領(lǐng)域，二氧化硫吸收效率在98%以上，排放煙氣中二氧化硫濃度甚至可以達(dá)到零排放，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。但目前該工藝仍處于中試階段，是雙極膜技術(shù)的潛在應(yīng)用領(lǐng)域。
 
我國(guó)雙極膜電滲析設(shè)備供應(yīng)商家不少，但大多沒(méi)有雙極膜制備能力。目前僅有少數(shù)幾家企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)掌握了雙極膜制備的核心技術(shù)，且產(chǎn)能較小，因此大部分雙極膜電滲析工藝設(shè)備仍然依靠海外技術(shù)。
 

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