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高從院士:“十四五” 膜技術應重點解決三大問題

時間:2021-01-20 12:46:04 來源:中國化工信息周刊 作者:周小刊

高性能膜材料是支撐水資源、能源、傳統工業升級改造、環境污染治理等領域發展的戰略性高技術產業。目前,我國已成為全球反滲透膜最主要的生產國家之一,產量占比達18.98%,僅次于美國。

我國膜產業已形成2000億規模、萬億發展遠景。但膜產品在水處理領域的大規模應用仍與發達國家存在一定距離,還有較大提升空間。日前,中國工程院院士、浙江工業大學膜分離與水科學技術研究院創始人高從接受了本刊的獨家專訪。

中國工程院院士、浙江工業大學膜分離與水科學技術研究院創始人 高從

01“十四五”,多種膜技術應用水平將整體提升

記者:在中國工程院推進的“新材料強國 2035 戰略研究”重大咨詢項目中,高性能分離膜材料被列為國家關鍵戰略材料領域發展重點及主要方向,其中包括:水處理膜材料、特種分離膜材料和氣體分離膜材料。就這三個領域而言,我國的技術水平在國際上處于怎樣的地位?有哪些關鍵技術尚未突破?

高從:我國在水處理膜材料、特種分離膜材料和氣體分離膜材料這三個領域都取得了很大的進步,技術水平總體上能和國際接軌,解決國內各種工業的需求。但在一些高端應用方面,比如大規模的海水淡化和難度比較大的水處理,一般還依賴國外技術。在一些基礎原材料方面,國內技術仍不能滿足產業化要求,不同批次產品性能指標有波動,在大規模制備應用方面尚有限制。

記者:1997年,您主導建成了國內第一條反滲透復合膜生產線,使進口膜價格大大降低。國產反滲透膜和進口反滲透膜存在差距是什么?目前我國反滲透膜主要的應用領域有哪些?“十四五”期間,您最看好哪個領域的發展機遇?

高從:與國外的反滲透膜相比,我國的差距表現在大規模批量生產的質量上會有所差異,不如國外性能穩定。國外的反滲透膜脫鹽率可以達到99.7%~99.8%,而我國自主研制的反滲透膜脫鹽率僅為99.3%左右。

在國外公司強大的競爭優勢面前,國內企業的應對之策是要掌握核心膜技術,加快研發和創新反滲透膜。未來,國內應側重于生產技術自主可控的海水淡化膜、能量回收裝置和高壓泵,并占領部分市場。同時,應進一步優化設備結構,更好利用低品位熱能,進行海水綜合利用,進一步降低成本。在海水循環冷卻方面,主要的問題是降低成本和改進結構,以及防腐劑的研究等。海洋化工方面,還應該增加新品種的研究。

當前,反滲透分離膜主要有以下應用:

一是固-液分離,如催化劑的生產、洗滌過濾、回收等,油漿凈化,渣油凈化等;

二是液-液分離,如原油脫水、脫鹽等過程;

三是氣-固分離,如高溫/低溫煙氣凈化等過程;

四是強化過程,如重油乳化、加氫反應等。

從“十四五”來看,以上幾個領域都會隨著工業的發展取得一個整體的提升,也包括能源、新材料、互聯網和智能制造等領域。

02 站在高起點看待海水淡化技術

記者:海水淡化作為我國海洋新興產業之一,近年來發展迅猛。我國海水淡化產業發展現狀如何?有何待突破的技術瓶頸?未來應怎樣發展?

高從:我國的海水淡化研究始于1958年,當時海軍和中科院化學所合作進行電滲析技術研究。19671969年開展的全國海水淡化大會戰,為反滲透法、電滲析法和蒸餾法等海水淡化技術的應用研究打下了基礎;1982年,我國建成了第一座海水淡化站西沙永興島海水淡化站;1997年,在浙江省嵊山建成我國第一座自主設計制造的500t/d反滲透海水淡化項目;2000年,我國第一座1000t/d海水淡化設備研制成功并投入使用;此后不久,海水淡化進入了大發展時期,2000年開始走向規;瘧。

盡管膜技術在海水淡化處理工藝發揮了積極作用,但目前我國海水淡化中大規模使用的膜基本還依賴進口,需要加快我國海水利用技術產業化發展。

未來,我國海水利用技術應以自主創新技術為主,消化吸收為輔;注重能力建設,使技術不斷地向工藝簡便、高效節能和清潔生產的方向邁進;強化產業化技術支撐體系,產業化和示范工程可采用政府投入與社會資金相結合的模式;政府管理方面,應構筑政策、法規體系和技術標準體系,鼓勵企業的介入,促進海水利用產業發展,并參與國際競爭。

記者:目前,我國海水淡化工程的大規模應用情況和發展趨勢如何?

高從:海水淡化大規模應用的主要技術分為熱法(蒸餾法)和膜法(反滲透)兩類。熱法是20世紀40年代開始發展的,原理是把海水加熱形成水蒸汽,通過將其冷卻得到淡水;膜法是20世紀60年代才開始發展的,原理是把經過預處理的海水通過一種高分子材料膜,在施加高壓下濾出淡水。從技術上看,這兩種技術各有利弊:熱法的成本高、投資大,但工藝成熟、得到的淡化水水質好;反滲透膜法則以投資小、能耗低、成本低、建造周期短等優勢逐步占據國際市場的上風。

盡管經過多年研發后,我國海水淡化利用技術在相關領域取得了長足進步,但至今已建成并能真正投產的大型海水淡化裝置仍屈指可數。因此,要想讓人們了解海水淡化,首先要有一定數量的示范項目,并進行適當的宣傳。尤其是城市的管理者要從整體布局來考慮,站在高起點、高層次來看待海水淡化這個問題。

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