高性能分離膜發展趨勢

概述

分離膜是一種具有一定物理和 / 或化學特性的物質，其可在一種或兩種相鄰流體相之間

構成不連續區間并影響流體中各組分的透過速度。分離膜具有選擇透過性，其可以是均相或

非均相，對稱或非對稱，中性或荷電，固態或液態。高性能膜材料具有高分離性能、高穩定性、

低成本和長壽命等特征，是可以滿足工程化應用需求的分離膜。根據分離原理和推動力的不

同，主要可以分為微濾膜、超濾膜、納濾膜、反滲透膜、電滲析膜、滲透汽化膜、膜生物反

應器用膜、氣體分離膜等；根據分離膜應用對象的不同，主要可分為水處理膜、特種分離膜、

氣體分離膜、電池用膜、生物醫用膜等。根據材料的不同，可以分為無機膜、有機膜、有機

無機復合膜等。

高性能分離膜發展趨勢

國外高性能分離膜的研究進展

高性能分離膜的主要應用領域包括石油化工、醫藥、食品、電子、水處理與凈化、海水淡化、

空氣凈化等。由于目前面臨的水資源不足和污染嚴重問題制約了社會經濟發展，水處理

與凈化已經成為世界各國在政策、經濟、科學、技術方面都十分重視的領域。

2015 年中國技術開發公司的水處理膜材料相關調研顯示：在布局的水處理

膜材料申請中，有超過 1/3 的申請來自于日本，有接近 1/3 的申請來自于美國，

來自于中國的申請占總量的 11%，位列第三，之后是德國和韓國，申請數量分

別占總量的6%和5%。此次統計主要研究對象是以壓力差為分離驅動力的過濾式膜材料，

包括微濾（MF）、超濾（UF）、納濾（NF）以及反滲透（RO）等膜片材料。數據來自

于歐洲檢索系統（EPO-QUE）。

可以看出，日本和美國企業幾乎壟斷了水處理膜材料的市場。申請人排名

*位的全部為企業，其中 7 家來自日本，3 家來自美國。

日本生產高性能分離膜產品的公司中，產品覆蓋面zui廣的是日本東麗株式會社（TORAY）

和日東電工株式會社（Nitto Denko），膜產品包含了微濾膜（MF）、超濾膜（UF）、納濾膜（NF）

和反滲透膜（RO）。

其中，東麗的 RO 膜“ROMEMBRA ™”被廣泛地應用于海水和微堿水淡化、純凈水生產、廢

水處理及二次使用、貴重材料回收及食品濃縮等領域；UF、NF 組件 TORAYFIL ™被用于工業水

生產、污水及廢水處理，以及各種水凈化及除菌領域。

日東電工自 1976 年開始生產高分子分離膜，后又于 1987 年收購了美國分離膜領域的重

要企業——海德能公司（Hydranautics）。海德能是目前世界上分離膜制造業中zui、產

品規格zui多、生產規模zui大、取得zui多的反滲透和納濾膜生產廠商之一，也是美國zui早

通過 ISO9001 認證的反滲透膜生產商。日東電工的分離膜產品材料主要使用芳香族聚酰

胺復合材料，主要產品為 SWC 系列和目前面向中國市場的 YQS 系列。

另外，高性能分離膜中的氣體分離膜代表性企業為日本宇部興產株式會社（Ube Indus-

tries, Ltd.）。宇部興產生產的“UBE 氫氣分離膜”可從石油精煉所和化學工業的廢氣中高

效分離氫氣和氦氣；“UBE N 2 分離膜”組件可從壓縮空氣中得到zui高純度 99.9％的氮氣。

美國在高性能分離膜領域處于地位，主要企業包括美國陶氏（Dow）化學公司、

美國杜邦公司（DuPont）以及美國科氏膜系統公司（KOCH）等。

高性能分離膜發展趨勢

美國

除上述三家企業外，日本涉及分離膜領域的主要企業還包括東洋紡（TOYOBO）、

旭 化 成（AsahiKASEI）、 三 菱 麗 陽（MITSUBISHI LAYON）、 日 本 礙 子（NGK Insula-

tors, Ltd.）、旭硝子（AGC）、日立造船（Hitachi Zosen）、達纖膜系統（DAICEN MEM-

BRANE-SYSTEMS Ltd.）等。

美國陶氏（Dow）化學公司可以提供種類齊全的離子交換樹脂（IER）、反滲透膜（RO）、

超濾膜（UF）、精密顆粒過濾器，以及電除鹽（EDI）等產品。該公司旗下的反滲透膜

品牌是 DOW FILMTEC™，其中的 Seawater 系列專門用于處理海水脫鹽。

美國杜邦公司（DuPont）在反滲透膜應用方面有著輝煌的歷史。杜邦公司用于生產高純

水的產品 “Permasep”，被廣泛應用于工業與醫學領域。其中，杜邦的典型產品是用聚酰胺中

空纖維制備的 Permasep B-10TWIN 反滲透組件。

2015年，陶氏和杜邦公司達成平等合作協議，合并后命名為陶氏杜邦公司（DowDuPont），

分拆成立三家獨立上市公司，雙方的膜材料業務將統一并入材料科學公司。未來雙方將會通

過資源整合和協同效應，優化產業和資本結構，提高創新能力，將會對競爭對手產生深

遠影響。

美國科氏膜系統公司（KOCH），被*為世jie級創新濾膜過濾系統的。科氏依

托其先進的膜技術，為客戶提供一系列的反滲透淡化系統，典型產品為 FLUID SYSTEMS®

TFC® RO 系列。

國內高性能分離膜的研究進展

我國 “ 高性能膜材料科技發展十二五專項規劃 ” 等文件發布后，極大推動了我國高性能

分離膜產業的發展。在 “ 十三五國家科技創新規劃 ” 中也將高性能膜材料定為重點研究方向

之一。我國近年來對高性能膜材料予以持續支持，使我國膜材料得到了快速發展，從事高性

能膜材料與膜過程研究的科研院所、高等院校超過 100 家，在文章、等方面已處于前列。

我國水處理膜領域總數量已達 9080 件；2001 年以前，每年的申請數量不超過

20 件，增長緩慢；2001 年之后，的申請數量開始逐漸增長，2003-2009 年呈現高速增長，

年平均增長率達 50% 以上；2010 年后，平均年增幅仍保持 30% 以上；2015 年，我國水處理

膜領域申請數量 2326 件。此次統計主要面向微濾、超濾、納濾、反滲透、電滲析、膜

生物反應器等。相關數據來自于中國*局檢索與服務系統（S 系統）。

氣體分離膜技術憑借其、低能以及環境友好等優點，在工業分離領域具有極大的

應用前景。從我國氣體分離膜領域申請數量來看，截至 2015 年底，我國氣體分離膜領

域總數量已達 9219 件；從數量申請態勢來看，2003 年以前，我國氣體分離領域每

年申請數量不足 100 件；自 2006 年以來，我國氣體分離膜領域迎來高速增長期，保持

30% 以上的年增長率，2007 年達到 44% 以上；2015 年我國氣體分離膜領域發表數量

1921 件。此次統計主要面向氫氣分離、氧氣分離、二氧化碳分離、有機蒸汽回收、高溫氣固

分離等應用領域。相關數據來自于中國*局檢索與服務系統（S 系統）。

特種分離膜以其優良的熱穩定性和化學穩定性等材料特性而成為節能、對環境友好

的分離材料，特別適用于苛刻環境下過程工業的物質分離，對于提高過程工業產品品質、綠

色化生產等具有重要意義。從我國特種分離膜領域申請數量來看，截至 2015 年底，我

國特種分離膜領域總數量達到 6584 件；2004 年前，年申請數量不足 100 件；2005-

2012 年呈現高速增長態勢，2012 年增幅達到 54%；2012 年后，保持年增幅 20% 以上；2015

年我國特種分離膜領域發表數量 1324 件。此次統計主要面向陶瓷膜、滲透汽化、膜反

應器等。相關數據來自于中國*局檢索與服務系統（S 系統）。

民生膜是一類在工業發展中得到大范圍應用后逐步向小型化、便攜式、家用型拓展的高

性能膜材料，基于現今社會從國家到個人對民生問題的關注度都在逐年攀升，為膜技術在該

領域應用的拓展提供了新型的市場。然而，區別于大型工程，民生領域有其*的應用環境

和使用要求。這為膜材料的選擇和制備提出了新的挑戰，目前，人們在家用凈化技術、醫用

膜等方面均開發出了一系列新型的膜材料，部分技術已應用于相關產品的生產和銷售，主要

包括了家用凈水器、空氣凈化器、腎透析膜、人工肺等，藥物緩釋膜材料也在快速發展中。

我國民生膜領域申請總數量達到 15361 件；自 2001 年以來，年增幅始終保持 30% 以上

高速增長；2015 年我國民生膜領域發表數量達到 2760 件。

從我國膜領域申請情況來看，我國膜領域發展重點逐漸由以水處理領域向氣體分離

膜、民用領域轉移，例如根據2015年中國技術開發公司的中國膜領域申請情況分析，

可以看出：2015 年，我國膜領域發表數量 3090 件，水處理膜、特種分離膜、氣體分離

膜及民生膜領域數量分別為 863 件、491 件、712 件、1024 件。

未來發展趨勢。

高性能分離膜作為我國高新材料的重點研究方向之一，未來發展重點將集中在膜材料理

論和原創技術研究、重大關鍵共性技術和應用示范等三方面。

在膜材料的基礎前沿理論和原創技術研究方面，構建面向應用過程膜材料的分子設計、

表面性質調變和孔道微結構控制的方法，研究分離過程中膜表面、限域效應及物質在納微孔

道的傳遞行為，在膜材料的基礎理論研究方面取得突破。研發混合基質膜、智能膜、催化膜、

膜接觸器等新型膜材料及膜過程關鍵技術，為我國具有自主知識產權的高性能膜材料開發奠

定基礎。

在高性能膜材料的規模化關鍵技術開發方面，開發高性能水處理膜、特種分離膜、氣體

分離膜、電池用膜材料等規模化關鍵技術，重點突破混合基質型反滲透膜和納濾膜、高裝填

密度的陶瓷膜和滲透汽化膜、中高溫氣體凈化膜、含氟電池用膜等規模化制備技術，形成新

型膜分離集成工藝及重大成套裝備；研發膜材料制備新技術，促進膜材料綠色低碳制造。

在膜裝備及集成應用示范方面，重點突破以特種超濾、反滲透、電滲析與 MVR 集成的

廢水*技術，以抗污染陶瓷膜為核心的油氣田開采廢水回用技術及成套裝備，以氣體分

離膜為核心的工業尾氣超低排放與 VOC 回收技術，海上天然氣以及生物沼氣膜法凈化技術，

建成應用示范裝置。開展制膜原材料的國產化和膜組器的大型化研究，增加規模化膜生產線

和工程應用示范線的建設力度，在海水淡化、煤化工、海洋工程、石油化工、冶金工業、造

紙工業、印染工業等行業中，增加我國膜產品的國產化率和*。

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