1.6　现状与展望

1.6.1　现状

半个世纪以来，膜分离完成了从实验室到大规模工业应用的演进，成为一项高效节能的新型分离技术。从20世纪80年代开始，我国膜技术跨入应用阶段，同时也是新膜过程的开发阶段。在这一时期，膜技术在苦咸水和海水淡化，纯水、超纯水和饮用水制备，食品加工，药品制造，工业废水处理，合成氨和石油化工过程尾气回收氢等领域已有了较大规模的应用。在这一时期，一批新膜和新膜过程（渗透汽化、气体分离、膜反应、膜蒸馏、膜萃取、膜分相、控制释放、液膜、LB膜、双极膜、无机膜等）分别进入不同的研究阶段和中试应用阶段。

21世纪以来，中国膜技术的研发取得了长足的进步。面向水资源、能源、传统工业技术改造等方面的重大需求，紧密围绕“膜的功能与膜及膜材料微结构的关系、膜及膜材料的微结构形成机理与控制方法、应用过程中的膜及膜材料微结构的演变规律”三个膜领域的关键科学问题展开，通过对膜及膜材料微结构与膜功能性质和制备过程关系的研究，初步建立了面向应用过程的膜材料设计与制备理论框架，形成了一系列具有自主知识产权、性能达到国际先进水平的膜材料与膜过程，在水处理膜、渗透汽化膜、气体分离膜、离子交换膜、无机膜、膜反应器、新型膜的理论和应用研究方面取得了重要的创新进展，为我国的节能减排与传统产业改造做出了突出贡献。反渗透膜、PVC膜、PVDF膜等水处理膜缩短了与国际先进水平的差距；在分子筛膜、有机-无机复合膜、致密膜反应器等方面赶超了国际先进水平；金属合金膜、智能膜等新型膜引领了国际膜材料的发展。通过解决高性能膜材料的微结构控制与过程应用的关键技术问题，突破了产业化的技术瓶颈，在水资源、能源、环境、传统产业改造若干重大领域实现了工业应用［12］。

目前，中国有超过120个高校与科研院所从事膜科学技术研究，其中大约30个研究团队活跃在国际学术前沿。我国在膜领域发表的SCI论文数量呈现快速增长趋势，近5年在膜领域核心期刊Journal of Membrane Science上发表的文章数量超越美国位居全球第一，论文的他引次数也接近美国。每年我国都会召开若干次与膜技术和膜过程有关的国内、国际学术会议，其中2014年7月20～25日首次在中国举办的“国际膜与膜过程会议”（ICOM 2014），吸引了来自40个国家与地区的1300多名膜科技工作者，这标志着中国膜科学技术的发展得到了国际社会的高度认可。近年来通过对膜科学技术的研究提升了我国膜领域的原始创新能力、膜材料的产业竞争力、膜研究的国际影响力［12］。

我国在分离膜领域取得的巨大进步离不开政府的大力支持。国家的“973”计划、“863”计划、自然科学基金等对于膜分离技术研究的资助，国家科技部多个“五年规划”对膜分离技术的重视和关注，极大地提升了我国膜科学技术的基础研究水平。在2010年《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》中，膜技术产业由于同时占据了节能环保、新材料两大战略性新兴产业而广受关注。“十二五”期间，我国膜工业发展确立了三大主攻目标：一是在分离膜全领域形成规模化的、完备的膜与膜组件生产能力，膜性能达到国际先进水平；二是加快建立膜产品与工程的标准体系和评价中心，规范我国膜市场；三是大力推进膜技术在国民经济各领域的推广应用。《新材料产业“十二五”发展规划》中把功能性膜材料列入高性能膜材料专项工程；《“十二五”节能环保产业发展规划》则明确提出要重点示范膜生物反应器（MBR），重点研发和产业化示范膜材料；2012年9月，国家科技部《高性能膜材料科技发展“十二五”专项规划》提出膜产值到2020年要达到1000亿元（已提前4年实现）；2013年5月，国务院印发《“十二五”国家自主创新能力建设规划》，明确了“分离膜材料”作为战略性新兴产业创新能力建设重点的地位；2014年10 月，国家发改委、工信部、科技部、财政部和环保部等五部委发布了《重大环保技术装备与产品产业化工程实施方案》，明确了“高性能分离膜材料”作为关键战略材料的发展重点，具体又把“膜法重金属脱除设备”和“膜萃取分离技术”作为国家重大环保技术装备与产品应用示范领域和方向，把“低成本陶瓷膜及成套设备”和“管式膜及组件”作为重大环保技术装备与产品产业化应用方向；2015年5月国务院印发“中国制造2025”，把脱盐率大于99.8%的海水淡化反渗透膜产品，低成本、装填密度超过300m2/m3的陶瓷膜产品，性能提高20%、氯碱工业应用超过1000万吨规模的离子交换膜产品，以及渗透通量提高20%、膜面积达到10万平方米的渗透汽化膜产品作为关键材料的发展重点之一。“十三五”期间，中国膜工业协会提出的目标是，年平均增长率达到或超过20%，到“十三五”末产值规模再翻番，达到2500亿～3000亿元，膜产品出口额每年要超过100亿元；另外膜技术创新应有新突破，反渗透膜国产率要达到40%～60%，国产纳滤膜、超滤膜和微滤膜（含MBR）的国内市场占有率要达到60%～80%。

1.6.2　展望

膜技术是材料、化学、化工、纺织、环境等学科交叉融合形成的高效、环保的新型分离技术，已经成为解决水资源、能源、环境等领域重大问题的共性技术之一，在促进我国国民经济发展、产业技术进步与增强国际竞争力等方面发挥着重要作用。虽然膜科学与技术已经获得巨大的进展，但它毕竟还是一门发展中的综合性学科，膜分离技术还处于发展上升阶段，无论是理论上还是应用上都有很多工作要做。未来的膜科学与技术，将进一步改进、完善已有的膜过程，不断探索和开发新的过程与材料，在各个应用领域发挥更大的作用。

对膜技术的展望如下：

①传质理论　上面提到的一批新的膜过程，其中大多数将在解决了理论和技术问题之后，相继在工业上推广应用。需要加强膜传质理论研究，实验与计算机模拟相结合，尤其是涉及具有限域传质效应的膜过程［13］。

②过程集成　膜过程将会与其他常规分离方法更有效地结合使用，从而扩大其应用领域，提高经济效益。

③有机膜　高分子聚合物仍将是用于各种膜过程的主要膜材料。开发新型聚合物膜材料，加强“超薄”和“活化”技术的研究，对膜材料进行分子设计与模拟，实现膜材料的高通量合成与评价，是今后聚合物膜发展的方向。

④无机膜　近二十年来，无机膜的研究愈来愈受到重视，销售额约占膜市场的20%，并且不断增加。今后，无机膜的研究主要将围绕以下两个方面：a.研究新材料；b.开发新工艺。

⑤新型膜　近年来，有机-无机复合膜、混合基质膜、金属有机骨架化合物（MOF）膜、共价有机骨架化合物（COF）膜、石墨烯二维材料膜等具有新型纳米结构的膜材料对水分子、有机小分子、气体分子展现出优异的快速选择性透过性能，正受到学术界和工业界的广泛关注。这些新型膜材料的制备方法、微结构形成机理和演变规律、分离传质机理有待深入研究。

总的来说，我国膜科学与技术的发展要遵循从基础研究到应用研究再到产业化的贯通式研究策略，以企业为创新主体，坚持产学研相结合的原则，面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求，从膜材料、膜组件、膜设备到膜工程，形成原创性基础研究—颠覆性技术—重大工程应用的完整创新链。如图1-18所示，研究膜材料高通量选择与合成方法、膜的制备和成膜机理、膜结构和性能的调控、膜的分离和传递机理、膜组件和关键设备的设计和制造及浓差极化和膜污染控制，针对各种膜过程形成标准的检测方法，实现成功的应用示范，形成完备的膜技术产业链，提升我国膜领域的科技创新能力和产业的国际竞争力。

图1-18　我国膜科学与技术的贯通式研究发展思路