雙極膜電滲析技術
概述：
預計2019年全球膜需求將以每年8.5％的速度增長至392億美元。包括食品，飲料和藥品在內的行業(yè)需求增加，將膜技術用于滿足日益嚴格的相關產品純度要求，成為推動膜需求的增長的主要動力。離子交換膜因其對離子的選擇透過性，可以進行離子的分離分級，這在清潔生產、環(huán)境保護、能量轉化和組成等方面發(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，成為實現(xiàn)經濟可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。雙極膜細分市場在整個膜市場中所占比重較小，但其應用領域專一，且具有難以替代性，在目前受到廣泛關注的零排放和資源回收領域具有極大優(yōu)勢。目前，我國具有雙極膜核心技術的企業(yè)較少，全球范圍擁有雙極膜技術成熟產品的企業(yè)多集中在歐洲和日本，本文旨在分析該細分技術在我國的潛在應用市場，并對相關優(yōu)質海外企業(yè)進行推介。
技術原理：
雙極膜是一種新型的離子交換復合膜，它通常由陽離子交換層(N 型膜)、中間界面親水層(催化層) 和陰離子交換層(P 型膜) 復合而成，是真正意義上的反應膜。中間界面層的厚度為納米級，在直流電場作用下，中間界面層的水發(fā)生解離，在膜兩側分別得到氫離子和氫氧根離子。利用這一特點 , 將雙極膜與其他陰陽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化為對應的酸和堿，這種方法稱為雙極膜電滲析法。雙極膜技術改變了傳統(tǒng)工業(yè)分離和制備過程，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，在資源回收、化工生產和污染控制等方面均有廣泛應用。
雙極膜工藝中國市場機會：
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，后來由于反滲透技術的飛速發(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)。但是近年來雙極膜重回人們視野，迅速發(fā)展，其可低成本實現(xiàn)酸堿分離，在高鹽廢水資源回收、酸堿分離、有機酸回收等眾多細分領域有極好的應用前景，并且被認為是零排放關鍵技術。
高鹽廢水處理
高鹽廢水的處理問題，越來越成為必須解決的環(huán)境難題，嚴重制約著石油化工、生物制藥、食品發(fā)酵、催化劑合成、碳纖維生產等工業(yè)生產。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，當前尚缺乏經濟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、地下水污染嚴重。雙極膜電滲析技術可以實現(xiàn)鹽水的直接分解成酸堿實現(xiàn)資源化回用，投資成本僅僅為熱法的30%，運行成本僅為熱法的10%，是一種經濟可行，易于操作維護，安全可靠的濃鹽處理技術，對真正實現(xiàn)零排放有著重要意義。
有機酸回收與制備
傳統(tǒng)有機酸生產方法是用發(fā)酵法, 由于有機酸發(fā)酵過程中產生的有機酸使得發(fā)酵液pH 值降低，阻礙了發(fā)酵過程的進行。因此往往會加入堿(石灰)中和沉淀，然后經硫酸酸化制得有機酸。這一生產工藝包括酸解、沉淀、過濾等過程，不僅需要消耗大量酸堿，而且過程復雜，勞動強度大, 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 的供應源，可直接從發(fā)酵液中生產有機酸，既節(jié)省了原料，又大大簡化了工藝，避免了環(huán)境污染，已廣泛應用于葡萄糖酸及氨基酸的生產和回收領域。
食品產業(yè)
雙極膜電滲析由于具有能耗低 , 模式化設計和操 作簡便高效等特點 , 很多食品和醫(yī)療行業(yè)的產品 , 例如熱敏性的物質 , 越來越傾向于采用這種技術。在電滲析裝置的膜堆中 , 利用雙極膜上 pH值的變化 , 可用來處理食品工業(yè)生產中酶化、化學和微生物穩(wěn)定性對 pH 值變化依賴性比較強的產品。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物質時過程可以精確控制 , 具有特殊優(yōu)勢。雙極膜電滲析技術在降低果汁酸度 , 提純蛋白質 , 回收氨基酸等方面都有了一定程度的應用。
煙氣脫硫
燃煤、燃油過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，脫硫后的副產品又無法利用，造成二次污染，而雙極膜電滲析技術不僅無需投入堿性物質，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，但運營后的回收物硫酸能夠在市場上出售或用于電廠內的離子交換樹脂的再生，實現(xiàn)副產品“零排放”。雙極膜法煙氣脫硫是一個較新的領域，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到零排放，遠遠優(yōu)于國家排放標準。但目前該工藝仍處于中試階段，是雙極膜技術的潛在應用領域。
我國雙極膜電滲析設備供應商家不少，但大多沒有雙極膜制備能力。目前僅有少數(shù)幾家企業(yè)及研究機構掌握了雙極膜制備的核心技術，且產能較小，因此大部分雙極膜電滲析工藝設備仍然依靠海外技術。
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