以中科院大连化物所为代表的中国膜分离技术基本与世界先进水平同步

走近膜世界

本报记者阎红 2008-01-04

来源：大连日报

一次性使用血浆单采滤膜分离器。

昨日从中科院大连化学物理研究所传来消息，由王学松研究员编著的《现代膜技术及其应用指南》获得2007年度大连市科学著作奖一等奖。“膜”这个名词，已经越来越多地在人们的科研、生产和生活中出现。如王学松研究员所说，“尽管想象起来，膜不过是一层极微的薄片，但是它的威力却惊人之大，神通无比，因此其应用领域日趋广泛”。大连化物所在上世纪80年代中期就开始研究气体膜，水膜研究则始于更早的70年代初期。近年来中国膜分离技术一直紧随美国、日本等其他发达国家的脚步，基本与世界先进水平同步。 膜好比筛子一样具有选择透过性能 这里所要介绍的膜，当然不是普通的塑料膜，而是那些具有一定特殊性能（例如半透、电学、光学、识别等特性）的膜。王学松研究员说，地球上的物质，绝大多数是与其他物质混在一起的（称为混合物），天然存在的单纯物质少之又少。生产实践证明，将地球上各种各样混合物进行分离和提纯是提高生产和改善生活水平的一种重要途径。比如，由于发明了冶炼术，把金属从矿石中分离出来，使人类从石器时代进入铜器时代；放射性铀的同位素分离成功，迎来了原子能时代；从水中去除盐和有毒物质的蒸馏、吸附、萃取等分离技术，使我们能从取之不尽的大海中提取淡水，从工农业污水中回收干净水和其他有用的东西。 膜分离是在20世纪初出现的，20世纪60年代后迅速崛起为一门分离新技术。王学松这样通俗地给膜分离下了个定义：它是利用一张特殊制造的、具有选择透过性能的薄膜，在外力推动下对混合物进行分离、提纯、浓缩的一种分离新方法。这种薄膜必须具有使有的物质通过、有的物质不能通过的特性。随着制膜技术的机械化和现代化，膜的形式由平板膜发展到管式膜及中空丝膜等。 膜的应用极其广泛，除了传统的化工分离用途外，我们生活中，膜也是无所不在。比如，患了近视的人所戴的隐形眼镜、血液净化用高分子膜、哮喘等病人在家中自备的富氧机等等。工业上大显身手膜产业迅速发展 过去，当开采了一口甲烷含量只占20％、二氧化碳却高达80％的天然气井时，唯一的办法就是把井封死。而从去年开始，这种低品位天然气在我国首次可以变废为宝，神奇的“金手指”是大连化物所研制的二氧化碳膜分离装置。日前，这套装置在中石油海南福山油田开车成功，并顺利通过验收正式投产。它的开发应用标志着我国利用膜技术分离天然气中二氧化碳技术工艺步入世界先进行列。现代膜分离技术分离的基本原理在于天然或人工合成的高分子薄膜具有选择透过性，膜仿佛筛子一样，在分离低品位天然气时，二氧化碳分子小溶解度大，穿透膜这道屏障“跑”了出来，而甲烷等分子则被挡在了膜的另一侧。由于利用地下气井自身压力作为膜分离的推动力，这项技术节能优势明显。 大连天邦膜技术国家工程研究中心有限责任公司，在国内氮氢气体膜分离领域占有80％的市场份额，在国内合成氨、炼厂气等膜分离应用领域占有绝对优势。天邦膜的氮氢气体分离膜主要用于氢气的回收再利用，在氮、氢等多种混杂气体中通过膜分离提纯氢气，氢气纯度从60％提纯到90％以上，回收后工业再利用。经过膜分离工序，不仅避免了直接空排污染环境，同时也避免了资源浪费。日前，大连天邦膜技术国家工程研究中心有限责任公司正式推出了适用于甲醇生产膜分离氢气的新膜组件。该公司负责人认为，膜分离技术的生存与迅猛发展，在于其技术能耗低、占地面积小、投资少、成本回收快，如在合成氨领域新投入一套膜分离装置，大约3 6个月就能回收投入成本。由于膜分离技术节能、减排且经济效益显著，有越来越多的企业开始认可这项技术。国家也已经积极重视膜分离技术的进步，从“863”、“973”到地方政府的科技研发投入，都在加大支持力度，扶持膜产业发展。生活中异彩纷呈膜技术改善生活 随着生活水平的提高，人们希望得到各种新鲜的果蔬、鱼、肉等食品。但是，大多数食品从收获、捕捞、屠宰，直到消费者手中，其鲜度和营养价值逐渐下降，为了保鲜食品人们采取了各种方法，涂膜保鲜就是其中之一，它以物美价廉、制造简单、效果良好等特点在国外已被广泛应用。 王学松研究员介绍说，利用高分子聚合物膜及其添加剂改进果实表皮的功能，可以阻止水分蒸发，抑制有机物的变质，使果实保持新鲜。众所周知，果蔬收获后仍具有生命力。水溶性淀粉被膜剂若用量适当，则在果蔬的表面上形成一层极薄的多孔膜，这种高聚物薄膜对水蒸气、氧气、二氧化碳具有选择性。薄膜限制水蒸气通过，允许二氧化碳自由通过，抑制氧气与果实内部的交换量是保鲜的重要原理之一。因此，膜法保鲜实际上是减缓果实的新陈代谢，使活性降低到最低限度。 近年来，膜分离技术在医药卫生领域的应用品种可谓繁多，从医药用纯水的制备和蛋白质、酶、疫苗的分离、精制及浓缩，到人工肾、人工肺等人工脏器，无不以各种高分子膜等产品作为分离过程的核心组件，为广大患者带来了生命的曙光。 王学松说，医用高分子膜除了要具有医疗功能外，还必须具有安全性，即不仅要治病，而且对人体健康无害。目前使用的人工肾血液透析器在设计上有很大突破。血液自人体动脉流出后从透析器的一端进入中空纤维膜的内腔，再从透析器的另一端流出并进入人体的静脉；灭过菌的透析液自透析器的侧管进入，在中空纤维间流过，从另一侧管流出，血液中的废物、过剩的电解质和过剩的水透过膜进入透析液，随同透析液排出体外。血液透析器的功能，主要是通过透析膜相隔的血液和透析液中各成分之间的浓度差所造成的扩散，达到清除血液中的废物和有害杂质的目的。王学松说，膜分离技术在人工肝、人工肺、人工皮肤等医学领域的探索和应用正日趋深入。