单片型双极膜应用驶入快车道

工业废水资源化利用 改造提升传统工艺

  单片型双极膜应用驶入快车道

  ——记北京廷润膜技术开发有限公司


  廷润均相膜应用于氯化铵废水浓缩。 (刘芬 摄)

廷润双极膜应用于中石化某催化剂公司。 (刘芬 摄)
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  在分离膜产业中,双极膜是个独树一帜的分支。我国在全球首创了单片型双极膜,打破了国际垄断,让贵族产品走向平民化。完成这一创举的正是北京廷润膜技术开发有限公司。正因如此,在中国膜工业协会20周年表彰企业中,廷润被评为“新锐企业”。

  “今年以来,廷润双极膜的大规模应用一下子形成了‘开闸’效应,很多项目纷纷前来寻求合作,希望用双极膜和均相阴、阳离子膜实现传统工艺改造升级和工业废水的资源化回收利用。中国人自己的双极膜应用驶入了快车道。” 北京廷润膜技术开发有限公司总经理黄泉森备感欣慰地说。

  世界首创单片型双极膜? 引发电渗析技术革命

  双极膜以能将水解离成氢离子和氢氧根离子的特性,将双极膜和阴阳离子交换膜结合使用,能将盐转化成酸和碱,展现了巨大的应用潜力。它于上世纪50年代一经被发现,就受到各国膜研究机构的重视,先后出现了各种双极膜制造技术及其产品。但全球双极膜产品主要被德国、日本等公司垄断,价格一直居高不下。

  廷润公司以膜领域专家葛道才为首的研发团队另辟蹊径,采用含浸法自主研发出单片型双极性膜。含浸法是用制膜基材含浸聚合物的单体制成基膜,再在基膜两侧通过化学反应使之带上相反电荷基团制成双极膜,该法制得的双极膜是单片型的,不存在空间上的两层,从而解决了国际上双极膜在使用过程中阴、阳两层容易脱离的难题。

  这种独到的双极膜制造技术及其产品获得了国家发明专利,拥有自主知识产权,现今已形成了产业化规模。产品经过中科院、杭州水处理中心等科研院校测试对比,可与国外的同类产品性能媲美,而且在价格上更具优势,彻底打破了长期以来国外企业对双极膜技术和市场的垄断。

  廷润公司产品工艺和技术先进,产品精度高,测量简单、稳定性好,并且已经形成一套完善的生产工艺流程。该产品技术国内领先,填补了国内双极膜产品制备市场空白,且价格仅为国外产品的1/2,关键技术已达国际先进水平。

  由双极膜组装的电渗析装置可以直接用盐制备酸和碱,并对原有存在环境污染的生产有机酸的工艺进行技术改造,不仅能提高生产效率,还能有效地消除环境污染。所以,双极膜的出现是电渗析技术的一场革命。

  2012年,廷润公司获得了国家高新技术企业认定。目前,廷润主营业务范围包括单片型双极膜、均相阴阳离子交换膜及双极膜电渗析装置的研发与制造,还与中科院过程所合作成立了“中科院过程所—廷润荷电膜技术开发与应用实验室”,结合中科院过程所在膜材料和膜工程应用上的优势,进一步优化膜应用过程,在水资源开发、节能环保、传统工艺改造升级等方面发挥了更大作用,打开了市场局面。

  高盐废水资源化利用 改造提升传统工艺

  随着国家对环境保护要求的日益严格,双极膜在相关领域应用的环保优势更加明显,需求呈逐年递增的趋势。廷润电渗析设备主要应用范围包括化工酸碱生产、酸性气体生产、有机酸和有机碱制备,如用有机酸盐和无机酸盐直接生产酸和碱、含盐废水的处理、废酸和废碱的回收、用氯化钠直接生产盐酸和氢氧化钠、用葡萄糖酸钠直接生产葡萄糖酸等。

  双极膜独特的用武之地,其一是为高盐废水处理提供出路。通用的水处理技术只能将水浓缩和淡化,高浓度盐水外排。而以双极膜为核心的双极膜电渗析能将这种高盐度废水转化成相应的酸和碱,实现废盐的回收和循环利用,实现真正意义上的零排放。其二是改造化工工艺,提升产品竞争力,进一步提高环境保护效率。现有有机酸生产工艺中从有机酸盐到有机酸这一步普遍采用先沉淀后酸化法或者连续离子交换法,这些工艺需要使用大量的无机酸、碱,并且产生大量的废水和固体废弃物,对生产安全和环境保护工作带来严重影响。以双极膜为核心的双极膜电渗析应用在这些领域能直接得到有机酸和碱,不产生废水和固体废弃物,大大简化了工艺,降低了原料成本和环境治理成本的投入,有利于提升产品竞争力。

  相关专家认为,双极膜应用范围广,市场潜力大。廷润公司主打的产品阴阳膜组装起来的电渗析装置广泛应用于化工领域旧工艺的改造,不但能简化生产工艺,消除环境污染,而且能达到节能减排的要求。

  “廷润公司自主开发的单片型双极膜系列产品,可改造存在环境污染问题的传统化工工艺,实现废盐、废酸、废碱等回收再利用,以及工业无污染排放,必将为我国电渗析技术的进一步发展创造新的增长点。”黄泉森总经理说。

  大规模应用形成 开闸效应

  在新《环保法》、“水十条”、“气十条”等一系列严格环保法规实施的背景下,相关环保和资源化利用解决方案可大显身手。

  凭借双极膜与生俱来的优良基因和产品过硬的品质,廷润公司的单片型双极膜以及均相膜已经在国内相关领域获得广泛应用,并获得用户的高度认可。

  2013年4月,廷润公司与中石化达成合作协议,成为中石化在国内唯一一家双极膜产品的供应商,加入了中石化全球物资采购电子商务平台。这得益于廷润在含盐废水的处理与回收方面的独特优势。中石化某催化剂公司采用双极膜技术开发了分子筛催化剂清洁生产工艺,与原工艺相比,采用双极膜法工艺可以达到分子筛中Na2O含量低于0.1%的工业要求,并能够回收氢氧化钠和正丁胺模板剂,设备的生产能力为氢氧化钠200吨/天,回用的淡水含盐量小于0.005%;该过程无COD排放,无氨、钠的排放,无废水排放,更加节能,成本更低。另外,该过程也开发了膜的原位再生技术,装置可实现长周期运转。该项目已列入国家“863”计划,计划建成双极膜电渗析用于1500吨/天ZHP分子筛脱钠的工业示范装置。

  ——双极膜电渗析法废酸回收。湖南长沙某环保工程公司采用双极膜法处理湿法冶金过程产生的污酸废水,用来回收污酸中的氢离子,并尽量不让其他金属离子及非金属离子进入回收液中。利用TRPB8040型装有100组、400mm×800mm、处理量1立方米/小时的中试设备。污酸中氢离子初始浓度为0.1mol/L,经过双极膜电渗析设备处理后,回收液中氢离子浓度达到2mol/L以上,其中重金属离子和其他阴离子的迁移率低于10%以下,电流效率达到90%以上。

  ——双极膜电渗析法生产葡萄糖酸钠。2011年,廷润公司与某水处理中心合作,采用双极膜电渗析技术,利用TRPB8040型装有100组、有效膜面积25m2的中试设备,采用二隔室组合,质量分数为35%葡萄酸钠料液2吨、碱室料液为2吨、电流密度为500安/m2稳流的条件进行试验与生产成本计算。转化所用的时间为8.4小时,直流恒流总电压为170伏。葡萄酸钠的转化率在98.5%以上,电流效率在88%以上。产酸能耗为310千瓦时/吨,远低于旧工艺的600千瓦时/吨。产酸综合成本为500元/吨,如果计算回收的氢氧化钠,其产酸综合成本低于200元/吨,远低于传统法的600~900元/吨的成本。

  2013~2015年,宜宾的丝丽雅集团投资建立1万吨/年的双极膜法制备葡萄糖酸内脂生产线,项目总投资3500万元,主要生产葡萄糖酸-δ-内酯产品,项目达产后预计可实现年销售收入1亿元以上,利税超过2000万元。

  ——双极膜电渗析法制备吗啉乙磺酸。湖北黄冈某药业采用双极膜电渗析技术生产吗啉乙磺酸,经过双极膜电渗析小试实验后,双极膜法产生的吗啉乙磺酸浓度和纯度都能够达到该公司的标准,电流效率75%、能耗1.04千瓦时/千克。2015年1月,利用廷润TRPB8040型装有100组、400mm×800mm、处理量730千克/天(按吗啉乙磺酸计算)的中试设备,电流密度300安/m2、电流密度75%左右。目前,设备运行稳定,生产的吗啉乙磺酸能达到客户要求。

  ——均相膜法高盐废水浓缩。廷润公司与江苏某环保工程公司合作,采用均相膜电渗析技术浓缩含盐废水,利用电渗析设备把40吨/小时、1.1%的氯化钠含盐废水浓缩到15%,淡液浓度为0.1%~0.5%,吨水耗电量为2~3千瓦时电,处理成本仅为2.34元/吨废水。这样的低成本优势获得客户高度认可。

  ——均相膜电渗析法稀土废水近零排放处理。廷润公司与杭州水处理中心合作,采用均相膜电渗析+反渗透+MVR蒸发组合工艺对甘肃某稀土企业的氯化铵废水进行近零排放处理。利用电渗析设备将水量为200吨/小时、含盐量0.6%的稀土氯化铵废水浓缩到15%以上后进MVR蒸发,淡水经反渗透后达到回用水要求,综合处理成本为2.05元/吨废水。

  国产的单片型双极膜和均相阴阳离子交换膜正以独特的性能和价格优势,获得诸多领域用户的青睐,步入大规模应用的快车道。

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