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当今世界高性能膜材料发展现状【高性能膜,尤其是氟塑料膜、氟塑料质子交换膜等的市场状况】
来源: | 作者:shjinfu | 发布时间: 2022-12-15 | 963 次浏览 | 🔊 点击朗读正文 ❚❚ ▶ | 分享到:


上海劲孚化工科技有限公司

     www.shjinfu.com.cn(上海劲孚化工科技  021-57629631)--亚太地区(氟)化工原料与特种新材料专业供应商。

     公司致力于氟树脂工业与其他特种新材料产业的前沿技术与销售,目前主要经营氟塑料(PTFE/FEP/PFA/ETFE/PVDF等)、色母、氟涂料、PEEK、芳纶、碳纤维、玻璃纤维、功能性化学品及其他特种新材料。  

 

一、关于高性能膜材料

高性能膜材料是新型高效分离技术的核心材料,具有分离性能高、稳定性高、成本低和寿命长等特征。根据膜材料应用对象的不同,主要可分为水处理膜、特种分离膜、气体分离膜、生物医用膜、电池用膜等。其中,水处理膜可分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜、反渗透膜等;特种分离膜可分为陶瓷膜、离子交换膜、渗透汽化膜等;气体分离膜可分为气气分离膜、气固分离膜、挥发性有机物回收膜等。


高性能膜材料的产业链包括制膜原材料、膜元件、膜组件、膜分离装置及工业化应用系统等, 属于材料、化工、能源、生物、环境等交叉领域,其研发水平对过程工业、环保等产业发展起到至关重要的作用。


二、世界发展现状与趋势

高性能膜材料得到各国政府的高度重视,膜材料产业年增长速度在 15% 左右。其中,水处理膜材料已实现产业化及规模化应用,进入相对成熟期,占据绝大部分的市场份额,市场增长速度有所放缓;特种分离膜材料正处于产业快速发展阶段,膜品种与应用规模不断增加,销售额进入高速增长期;气体分离膜材料目前已得到初步产业化,随着环保要求的提高,气固分离膜、挥发性有机物回收膜等发展迅速,前景广阔。


#01

气体分离膜材料


在气体分离膜材料方面,二氧化碳分离膜、氢气分离膜、有机蒸汽回收膜、气固分离膜等已实现工业化生产,并在天然气净化、氢气回收、有机蒸汽回收、气体除尘等领域得到应用,但用于纯氧分离的高温混合导体透氧膜、用于二氧化碳分离的固定载体膜、用于高温氢气分离与纯化的钯膜及合金膜等尚处于产业化初期;发展趋势主要集中在降低膜材料成本,提高膜材料选择性、渗透性及运行稳定性,含氟的气体分离膜研究等方面。


国际上,膜材料研发及具备产业化规模的生产机构,主要集中在美国、日本和欧洲等发达国家及地区。主要研发机构包括:法国国家科学研究院、新加坡国立大学、鲁汶大学、俄罗斯研究院、美国能源部、屯特大学等;主要生产企业包括东丽、日东电工、久 保 田、GE、DOW、NGK、GFT、Air Products、UOP、宇部、Pall 等公司。


#02

特种分离膜材料


在特种分离膜材料方面,陶瓷超微滤膜已实现工业化生产, 并且在过程工业领域得到广泛使用,陶瓷纳滤膜已推向市场;发展趋势主要集中在高装填密度的陶瓷膜研发、陶瓷超微滤膜的低温制备技术、提高陶瓷纳滤膜分离性能及运行稳定性,面向膜蒸馏、膜脱硫及工业废水治理等应用过程的专用高性能陶瓷膜材料开发等方面。


渗透汽化膜材料已在醇水分离中实现了大规模应用,并逐步应用于有机物间的分离;发展趋势主要集中在提高渗透汽化膜材料稳定性及耐酸性能等方面。目前,意大利已开发出陶瓷膜结晶及膜蒸馏工艺;美国正在着力推进陶瓷膜在石油天然气行业中的应用。


#03

水处理膜材料


在水处理膜材料方面,用于脱盐过程的反渗透膜材料,已形成高压、中压及低压系列化产品并在市场上占据主导;发展趋势主要集中在聚酰胺反渗透膜材料性能提升、新型膜材料及膜过程研发、大型膜元件开发,以及进一步提高膜运行稳定性、提高脱盐率及产水量、降低运行能耗及生产成本等方面。


用于水质净化的膜材料,超微滤膜材料已在饮用水、海水淡化及中水回用预处理、污水处理等大型水处理工程中得到广泛应用并趋于成熟,纳滤膜材料已规模化生产,在自来水深度净化领域实现工程化应用;发展趋势主要集中在提高渗透通量、抗污染和耐氧化性能,降低膜制造成本等方面。


用于废水处理的膜生物反应器已实用化,内衬增强型膜生物反应器膜组件市场份额得到快速发展;发展趋势主要集中在提高膜材料抗污染性、机械性能,以及提高产水水质等方面。


在水处理膜材料研发上,反渗透膜取得了长足发展。美国科学家采用基于反应单体电喷雾的3D 打印技术替代传统的界面聚合技术,成功实现了聚酰胺反渗透膜材料的膜厚度及表面粗糙度的纳米级别精细调控;与商品化反渗透膜产品相比,具有更高的NaCl 截留率和纯水渗透速率,综合性能明显提升(3D打印行业因为国内纯玩资本,圈政府资金套现,国内已经吧这个行业玩坏了。从疫情的三年观察来看,真正静心下心搞3D的良心企业很难找到)。


Dow 公司通过在界面聚合反应前, 采用络合剂与酰卤官能团提前络合的方法实现界面聚合反应过程调控,从而开发出了高通量、低能耗、中度脱盐的高性能聚酰胺反渗透膜产品。


三、我国发展现状与水平

近年来,我国在水处理膜材料、特种分离膜材料、气体分离膜材料等方向上得到了一定的发展,水处理膜材料的性能得到一些提高,但仍与国际先进水平的有很大差距,特种分离膜和气体分离膜材料国内产业化在增多。国产膜产能得到一些扩展,并已在废水处理、食品、医药、化工等领域广泛应用,行业的科技创新能力和产业的市场竞争力明显提升。


#01

气体分离膜材料


在气体分离膜材料方面,用于气固分离的高性能金属膜材料已实现产业化,并应用于我国核燃料、多晶硅及有色冶金生产过程,目前正在向更高精度和多功能方向发展,技术成果获得 2017 年度国家技术发明奖二等奖;开发出了新型聚四氟乙烯膜材料并建成了规模化生产线;膜材料已成功应用于锅炉尾气净化、垃圾焚烧烟气处理、染料产品回收等领域。

用于有机溶剂回收的膜材料方面,我国已开发出了新型聚辛基甲基硅氧烷膜材料,研制出了高性能挥发性有机物回收膜,提高了复合膜的耐溶胀性和选择性, 实现了低成本、低能耗的轻烃回收工业应用;研制出了有机无机复合的挥发性有机物回收膜,并建成了全球最大的有机气体分离膜生产基地,在石油、化工、医药等行业的挥发性有机物回收中得到了较广泛的应用。


#02

特种分离膜材料


在特种分离膜材料方面,我国陶瓷膜材料在小孔径膜材料、面向水处理及溶剂分离等方面已取得重要进展。采用改进的溶胶 - 凝胶技术开发出了 TiO2、ZrO2、TiO2/ZrO2、还原氧化石墨烯等系列陶瓷纳滤膜产品;通过将 Al2O3 膜作为真空膜蒸馏技术的核心材料,成功实现了高效脱盐过程。


我国平板陶瓷膜也已产业化,成功应用于中石化油气田采出水深度处理示范项目(处理规模1440m3/d),及中煤集团煤制甲醇化工废水处理示范项目(处理规模 9000m3/d)。


在离子交换膜材料方面,上海交通大学与山东东岳集团共同合作,实现了第三代氯碱离子膜DF2807 的成功下线,但产品性能与国际先进水平仍然存在较大差距;另外,中国科技大学研发团队开发出了绿色可规模化的均相离子交换膜制备路线,即通过选取具有特定结构的聚合物,以溴化过程代替氯甲醚的氯甲基化。利用此技术制作的成本低廉、性能稳定的离子交换膜也已实现了产业化。


#03

水处理膜材料

在水处理膜材料方面,我国在反渗透膜材料、水处理膜材料、水质净化膜材料研制开发及应用方面发展迅速。据了解:贵阳时代沃顿公司反渗透膜、津膜科技公司的聚偏氟乙烯中空纤维膜、碧水源公司的纳滤膜等都有一定的产业化和产能。


产业规模快速发展的同时,基础研究也取得了突破性进展:南京工业大学、中北大学等高校合作研究,制备出石墨烯新型膜材料,通过在石墨烯层间引入具有最小水合直径的钾离子,可同时实现盐溶液中所有离子的有效截留及水分子的快速透过,有望用于海水淡化过程 中;浙江大学通过在水相中添加聚乙烯醇的方法提高界面聚合反应中活性剂与抑制剂扩散系数差异,从而形成图灵结构,大幅提高了聚酰胺反渗透膜的水通量及选择性; 开发出膜层完整无缺陷且膜孔结构疏松的新型聚酰胺反渗透膜产品,其具有脱盐率高、通量高等特点。


总体来看,我国具有较强科研实力或产业化规模的研发及生产机构主要包括:中国科学院、清华大学、浙江大学、南京工业大学、中北大学、中国科技大学、天津大学、西北有色金属研究院等高校院所, 以及碧水源、贵阳时代沃顿、海南立升、杭州水处理中心、津膜科技、北京赛诺、宁波沁园、江苏久吾、山东天维、南京九思、江苏九天等公司。希望中国的创新能力进一步得到加强。


尽管我国高性能膜材料已取得了长足进步,但仍面临一定困难及挑战。


一、原始创新能力仍然需要加强。


二、成果转化率还有待提高。


三、在大型工程或高端领域应用程度不够。

为进一步有效推进我国高性能膜材料技术及产业发展,建议:


一、加强原创性基础研究。


二、开发高性能膜材料产品。


三、加强国产膜材料应用示范。



四、国际上膜行业先进企业(氟塑料膜是重点)


下面上海劲孚化工小编针对领先生产交换膜企业做了整理,以供大家参考,共同探讨,促进行业发展与进步。


1、戈尔Gore


戈尔公司由Wilbert L. (Bill)和 Genevieve (Vieve) Gore于1958年在美国特拉华州纽瓦克市创立。凭借在多功能聚合物——聚四氟乙烯(PTFE)领域的多项专利技术,戈尔生产出应用于医疗植入、纺织品层压面料等领域的众多产品,以及用于多种行业的电缆、过滤、密封、薄膜、透气和纤维技术。

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GORE-SELECT® 质子交换膜

GORE-SELECT®质子交换膜凭借戈尔在ePTFE(膨体聚四氟乙烯)增强型复合膜技术方面的专业知识,具有超薄、耐用、高功率密度的特性,可实现高功率输出且能源损失非常小,广泛应用于全球领先燃料电池车型上,如丰田MIRAI、现代NEXO和本田CLARITY等,被认为是满足汽车应用挑战的行业标准。 

网址:https://www.gore.com.cn

2、科慕Chemours


科慕公司(以下简称“科慕”),于2015年7月完成与杜邦公司的拆分工作,成为一家运营的上市公司,其前身是杜邦公司高性能化学品事业部。

科慕在钛白科技、氟产品和特殊化学品等三个业务领域是全球领先,为遍及130多个国家/地区、5000多家客户提供的产品、应用技术和以化学为基础的创新解决方案。

Nafion™ 全氟磺酸 (PFSA) 膜基于 PFSA/聚四氟乙烯 (PTFE) 共聚物,广泛应用于电化学电池中,起到阳离子传导固体电解质的作用。Nafion™ 膜具有多种等级和不同特性,可满足设计师和工程师的特定应用需求。

Nafion™ 溶液铸膜由 Nafion™ 分散剂制成。这种膜通常较挤出铸膜更薄,适合对低离子传输阻力有严格要求的应用。分散剂铸膜旨在为预期应用提供理想的耐久性。
Nafion™溶液铸膜

Nafion™ 挤出铸膜通常较溶液铸膜更厚,适合对高强度或低透过率/穿透率有严格要求的应用。这种膜还可以进一步强化以实现最大强度与抗撕裂性。

Nafion™ 挤出铸膜

网址:https://www.chemours.cn,https://www.nafion.cn/

3、FuMa


FuMA Tech(FUMATECH BWT GmbH)公司位于德国,是一家主要从事燃料电池技术和膜分离技术领域的高科技公司。

fumapem®全氟磺酸/聚四氟乙烯共聚物是用于燃料电池应用的质子交换膜的标准聚合物材料。膜具有高耐化学性和机械性的特点,这也可以通过使用增强织物来提高,以确保产品的处理和使用寿命。
网址:https://www.fumatech.com

4、巴斯夫BASF

巴斯夫(自2008年1月14日起更名为巴斯夫欧洲公司,BASF SE)是一家德国的化学公司,巴斯夫集团在欧洲、亚洲、南北美洲的41个国家拥有超过160家全资子公司或合资公司,总部位于莱茵河畔的路德维希港,亚太区总部位于香港。

巴斯夫开发了一种质子传导膜,可在高达 180°C 的温度下使用,用于坚固的燃料电池系统和更有效地从气体混合物中分离氢气。

循环操作、气流中的各种杂质以及不断变化的应用条件都会对高温聚合物电解质膜 (PEM) 燃料电池和电化学氢分离系统中的材料造成压力。这就是 Celtec ®膜电极组件 (MEA) 显示其优势的地方。MEA 的核心 Celtec ®膜允许在 120 至 180°C 的温度下运行,从而实现高杂质耐受性并简化水管理。


网址:https://www.basf.com

5、艾杰旭AGC


AGC株式会社,中名艾杰旭,原名为旭硝子,创立于1907年,在玻璃及氟化学等核心技术方面拥有雄厚的技术实力,以玻璃、电子与能源及化学品事业为中心,以稳定性与成长性兼备的均衡性良好的事业组合为特征,在其各产品领域中均占有领先的市场份额。

AGC化学品集团公司成立最初是为了提供平板玻璃所需原料苏打灰,而发展至今其产品由两大部分构成:基础产品类(以盐水电解而来的苛性钠为基础)及精细产品类(以盐水电解同时产生的氯为基础,以由此发展而来的氟化学及聚氨酯化学为主体)。
FORBLUE™ i-SERIES(燃料电池用电解质聚合物分散液)是由AGC开发的将含氟电解质聚合物分散在溶剂中的溶液,用于燃料电池的电解质膜和电极。

  • 高发电量:AGC 的聚合物设计技术有助于大幅提高燃料电池的发电性能。
  • 长期稳定性:由于我们独特的高耐久性技术,即使在燃料电池恶劣的运行环境中也可以长时间稳定运行。

网址:https://www.agc.com,https://www.agcsh.com/


6、索尔维

索尔维(Solvay)是一家总部位于比利时首都布鲁塞尔的跨国性化工集团,产品领域涵盖先进配方,先进材料,功能性聚合物,高性能化学品等。

Solvay 的 Aquivion® 产品组合拥有业界最广泛的产品形式和组成,范围从离聚物膜、分散体和其他全氟产品形式,是与燃料电池、电解槽和液流电池等电力存储和转换设备结合使用的关键材料。

Aquivion®离聚物卓越的质子传导性被用于燃料电池中,以实现卡车、公共汽车和乘用车的零排放运输;具有出色的化学和热稳定性,能够以更低的碳足迹实现高效的绿色氢气生产。根据官网资料,燃料电池用推荐牌号有Aquivion® D79-25BS或D72-25BS;水电解制氢用推荐牌号有Aquivion® D79-25BS,E98-05S , E98-09S,D98-25BS。




网址:https://www.solvay.com





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