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七通道PVC合金中空纤维超滤膜的创新之路
刘镇江
(中水源膜技术有限公司，北京100085)
摘要：30年来，我国科技工作者及企业家研发及生产的PVC合金超滤膜已成为膜科技及膜工业领域中的一朵艳丽开放的奇葩，在水处理领域的应用中大放异彩．PVC合金超滤膜具有性能优异、价格最低廉等突出优点，可以广泛应用于市政、环保、石油化工、电力、电子、冶金、食品加工、医药等等行业，以及反渗透制水系统的预处理、自来水厂水质改善深度处理、小区分质供水处理、家用饮水机及矿泉水的净化处理、污水及废水处理、中水回用处理等领域的净化、浓缩、回收一除茵、除浊度等过程．概述了我国在PVC膜材料的研发、PVC合金超滤膜的发明、七通道PVC合金中空纤维超滤膜的产业化方面所走过的科技创新之路．
关键词：超滤膜；中空纤维；聚氯乙烯；高分子合金；创新
当前全球正面临着资源、能源、环境、健康等问题的严峻挑战，特别是淡水资源危机及水源严重污染问题已成为制约经济可持续发展的主要瓶颈，也是我国政府高度重视并在不断加大力度解决的当务之急的重大问题，在此形势下中水源膜技术有限公司也应运而生了．中水源公司是一家专门生产水处理专用膜产品的高新技术企业，本着为人民服务、为人类造福的理念，积极投身于我国的水环保事业，专门为饮用水净化、污水处理、中水资源化回用处理、工业用水处理、浓缩分离行业等应用领域生产价廉物美的膜产品，坚持不懈地走科技创新之路，独立自主地开发出新一代的超滤膜产品。中水源公司研发了具有自主知识产权的专利技术，生产的七通道PVC合金超滤膜是一种性能优异、价格低廉、应用广泛的最新一代超滤膜，也填补了国内外空白．回顾了我国从PVC膜材料的研发及PVC合金超滤膜的发明、七通道PVC合金超滤膜的研发及产业化的创新过程．
1 PVC膜材料的研发及PVC合金超滤膜的发明创新过程
1907年Bechhold首次采用了“超滤”这一术语，1963年Amicon公司最早开始生产和销售超滤膜产品．我国的超滤膜技术起步于上世纪70年代，先后研制出管式、中空纤维、卷式和板式超滤膜及其组件，目前绝大多数企业是以生产中空纤维超滤膜组件为主．国内外采用的传统超滤膜材料主要是聚砜(PSF)、聚丙烯腈(PAN)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚砜(PES)，此外还有聚四氟乙烯(PTFE)、醋酸纤维素(CA)、三醋酸纤维素(CTA)、硝化纤维素(CN)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、尼龙等．后来逐渐发现这些膜材料存在一些不同的缺点，例如价格昂贵，阻碍了超滤膜的大规模推广应用；强度低，容易断丝，也不易制成大直径膜组件；亲水性差，造成膜通量小、易被污染；耐微生物或耐溶剂性差，不宜用于污水处理．这些缺点严重阻碍了超滤膜的发展及推广应用．在此情况下，国内外许多膜科技工作者都致力于膜材料的改性及新膜材料研发工作．
尽管我国的超滤膜技术起步比国外晚了将近10年时间，但是我国的超滤膜研发及生产都发展极快，甚至在某些方面还处于国际领先地位，聚氯乙烯(PVC)合金超滤膜就是其中的一例．PVC是三大合成树脂之一，在合成高分子材料中价格最低廉，在我国产量大、来源广泛，材料的耐酸碱性、耐微生物侵蚀性都很好．但是它的成膜性、亲水性、耐热性都较差，因此当时国内外膜领域的人都一致断言PVC不适合做膜材料．但是我国的膜科技工作者创新性地将PVC通过“合金化”改性，成功地开发成为一种廉价、优良的新型膜材料，并研制成功了一系列PVC合金超滤膜，为膜工业及水处理事业的发展做出了重要贡献．
PVC膜材料及其合金超滤膜的研发工作始于80年代初，北京化工大学的孙本惠教授不但最早开展了这方面的研究工作，并且长期以来系统地进行了PVC膜材料的改性研究、发明了PVC合金超滤膜的制膜技术、研制成功了一系列的PVC合金超滤膜产品、研究了相关的合金膜材料筛选及改性理论、制备合金膜的热力学及动力学理论、膜材料及膜结构设计理论等，取得了一系列具有原创性的学术成果，在中国、美国、加拿大、意大利、德国、印度等国家的学术会议、学术刊物及学术专著上发表了一系列学术论文，培养了几十名博士、硕士研究生，为PVC合金超滤膜的研发做出了杰出的贡献，1989年被中国化学会授予了高分子基础研究奖——王葆仁奖(王葆仁先生生前是中科院院士，原中科院化学所所长，中国高分子科学奠基人)．其后北京工业大学的高以垣教授、厦门大学的丁马太教授等也相继开展了PVC膜的一些工艺研究．在此基础上，2003年以来奚旦立、许振良、陈良刚、孟广桢、欧阳葵会、张春芳等也先后发表了一些PVC超滤膜的改性专利．科学研究是技术发展的基础，前20年的PVC膜材料及其合金超滤膜的科学研究为后10年PVC合金膜的产业化发展奠定了坚实的基础．
2 七通道PVC合金中空纤维超滤膜的研发及产业化创新过程
单通道中空纤维具有容易制造、生产设备简单、制造成本低、无需支撑材料、膜元件的单位体积膜面积大等突出优点，因而现在生产的超滤膜绝大多数都是单通道中空纤维膜．但是单通道中空纤维膜的强度低，膜组件的制造过程及使用过程中膜丝容易断，会严重影响其分离效果．特别是用于饮用水的净化及浸没式膜生物反应器中，如果发生断丝现象后果是很严重的．当前国产膜在市场上营销能力表现一般，产品口碑美誉度不及国外产品，这也是其中的主要原因之一．针对单通道中空纤维超滤膜出现的这个问题，多通道中空纤维超滤膜就应运而生了．
七通道中空纤维超滤膜(俗称七孔膜)是由Dr．Koenhen和Nico Marsman发明的，近年来由德国的Inge公司和荷兰的IMT公司生产及销售PES七孔中空纤维超滤膜，北京EDI水处理技术公司也生产了PSF四孔中空纤维超滤膜．多通道中空纤维超滤膜的诞生，极大地提高了膜丝的强度，膜组件不会出现断丝的现象，这样就从根本上解决了中空纤维超滤膜组件的使用安全性、可靠性问题，延长了膜丝的使用寿命．但是使用PES、PSF、PVDF作为膜材料，存在膜材料价格贵、膜的亲水性差、抗污染性差、水通量小、操作压力高等缺点．
中水源膜技术有限公司是北京中关村科技园区内的一家高新技术企业，公司在山东省东营市高新技术开发区的生产基地已于2009年5月投产，年生产超滤膜1 000万m2，是国内乃至全世界最大的超滤膜生产基地．中水源膜技术公司以海归博士后王洪声为主组建的研发团队，针对各种类型超滤膜及其膜材料的优缺点，扬长避短，走了一条科技创新之路，在世界上首次自主研究开发成功了七通道PVC合金超滤膜．中水源公司用不到两年的时间完成了研发、建厂、投产、应用这一段企业最艰难的成长期，公司的发展速度之快在国内外也实属少见．目前公司拥有多项专利技术，包括七通道PVC合金超滤膜(专利申请号：200820108527．6)、一体化MBR一膜生物反应器(专利申请号：200820122630．6)、中空纤维超声波清洗装置(专利申请号：200920107390．7)、膜丝封胶装置(专利申请号：200820110052．4)等．其中七通道PVC合金超滤膜是国内首创的七通道超滤膜，也是世界首创的七通道PVC合金超滤膜，该膜具有以下突出优点：
(1)亲水性好；抗污染；
(2)韧性好，强度高；
(3)过滤精度高，产水浊度<O．2 NTU、SDIl5<2；
(4)阻力小，通量大；
(5)耐酸碱，抗氧化，使用寿命长；
(6)原材料成本最低廉．
七通道PVC合金超滤膜外观、形貌照片及组件，见图l～图3．
中水源公司生产的七通道PVC合金超滤膜可以广泛应用于应用于市政、环保、石油化工、电力、电子、冶金、食品加T，医药等行业，“及反渗透制水系统的预处理、自来水厂水质改善深度处理中区分质供水处理、家用饮水机及矿泉水的净化处理、污水及废水处理、中水回用等领域的净化、浓缩、回收、除菌、除浊等过程我公司生产的七通道PVC合金超滤膜已经成功地应用于山东东营自来水厂5万t/d项目(见图 4)，还成功地用于商务部批准的北京第五肉联厂(专供中南海肉类食品)生产用水及污水处理的中试项日．并已长期连续稳定运行。
俗话说“时势造英雄．-回顾30年来PVC合金超滤膜的发展历程，走过的是一条独立自主的、光辉的科技创新之路在党中央的科学拉晨观指引下及改革开放的大好形势下，我们的科学家、企业家发愤图强，在PVC膜材料及PVC台金超滤膜的研发、单通道PVC台金超滤膜的产业化、七通道PVC台金超滤膜的产业化道路上不断创新，取得了可喜的成绩．走在了世界的前列，为我同的膜工业及水处理工业做出了应有的贡献我们会继续坚持走科技创新之路，为祖国争光，为中华民族争气．为全人民造福!