我国膜分离技术及产业发展现状
膜分离技术因其高效率、低能耗和无二次污染等特点，已广泛应用于海水淡化、污水处理以及食品、医药等众多领域，已发展成了横跨材料、环保和能源等领域的高新技术和战略性新兴产业。简要概述了膜分离技术的发展现状，梳理了膜分离产业发展相关标准和产业政策，同时介绍了膜分离产业国内外市场发展现状并对面临的机遇和挑战提出了展望。
膜分离技术是一种以分离膜为核心，利用膜的选择性透过来实现料液不同组分的分离、纯化和浓缩的一门新兴技术。与传统分离技术相比，膜分离技术具有耗能低、无二次污染、操作简单、分离效率高等特点，因此，膜分离技术广泛应用于水处理、食品、医药和石油化工等领域。膜分离技术以分离过程分有微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）、反渗透（RO）和电渗析等。我国膜分离技术虽起步较晚，但现已初步建立了较完善的膜工业体系，年产值正以每年20%左右的增长率快速发展。
本文概述了膜分离技术的现状，重点从膜分离技术相关标准的发布情况以及国家相关政策导向来分析国内膜分离市场的现状及发展潜力。
一、膜分离技术的现状
01 | 膜材料研究
膜分离技术的核心是膜材料，近年来对于膜材料的研究主要在无机膜材料、有机高分子膜材料、复合膜材料与膜材料的改性等方面，其中复合膜材料与膜材料的改性是当前膜材料研究的热点。多种膜材料的复合不仅克服了单一膜材料本身的缺点，还能将各自的优点结合，提高分离膜的过滤性能和抗污染能力。常见的复合膜包括有机-无机杂化复合膜、无机复合膜等。以NF膜为例，针对膜污染控制和膜选择性透过的问题，对NF膜材料的研究从单一有机材料转向有机材料与无机材料杂化。例如Song等将磷酸化壳聚糖（PCS）与氧化石墨烯（GO）结合，发现GO-PCS复合膜不仅改善了NF膜存在的问题还提高了水通量和抗氯性。膜材料的改性也是分离膜材料另一个重要的研究方向，膜材料的改性可分为膜表面改性和膜材料本身的改性。膜表面的改性通常是将活性组分负载到膜表面，膜材料本身的改性是利用化学反应使材料本身性质或结构发生改变，从而提高膜材料的性能。
例如He[等利用咪唑类离子液体改性聚酰胺复合膜，将AMIB分子固定在膜表面，制备出了高透水性、高抗菌性的纳滤膜。Tong等对氧化石墨烯进行磺化制备出新型的复合膜，磺化改性导致氧化石墨烯膜内部层状结构不均匀，增大了低电阻水通道的自由体积，提高了机械强度和传输能力。
02 | 膜分离技术应用
膜分离技术因其种类多、低能耗、效率高等特点，已广泛应用于海水淡化、污水处理以及食品、医药等众多领域。反渗透（RO）技术操作简单，脱盐率可达到99.75%，极大地提高了海水淡化的效率。截至2017年，全国产水规模达到127.2万t/d，预计2020年全国海水淡化总规模达到220万t/d以上，海水淡化产业已成为我国海洋经济的重要部分。纳滤（NF）膜分离小分子有机物和无机盐的能力高，被广泛应用在污水处理和城市用水等领域。在食品处理领域，膜分离技术广泛应用在饮料加工工艺中，反渗透、纳滤、超滤、电渗析的不同组合搭配，基本可以满足饮料行业的不同分离、浓缩和纯化需求，如An等研究了一种用于浓缩果汁的渗透膜蒸馏(FO-MD)工艺，使浓缩的果汁几乎没有营养损失。在医药方面，膜分离技术主要应用在制药、血液透析等方面，但是，医用新型膜材料我国仍靠大量进口，其相关研究与国际水平还有较大距离。石油化工生产中，膜分离技术有效应用在有机混合物的分离、燃油脱硫等工业过程，如Yang等对工PET/PTFE复合材料进行了改造，实现了油滴有效收集和溢油的无损运输。膜分离技术很大程度上决定了石化行业的节能减排与清洁生产水平，膜分离技术的发展将会助推石化产业的发展。
二、 膜分离相关产业政策
为促进膜分离产业的发展，我国陆续出台了许多相关政策：2006年“十一五”规划关于新材料产业中涉及分离膜的相关内容有功能陶瓷膜、电池隔膜、医用血液透析、海水淡化的反渗透膜与组件等；2010年出台的《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，其中新材料与节能环保两大新兴产业都涉及到膜分离技术；2012年《新材料产业“十二五”发展规划》明确将膜材料列为规划内容，并提出三大目标：一是分离膜领域形成完备的、规模化的膜与膜组器的生产技术与能力；二是大力推进膜技术的应用推广；三是加快建立膜产品的标准评价体系和评价中心从而规范膜市场；2016年“十三五”规划中，发展重点是水处理用高通量纳滤膜、高性能反渗透膜以及污水治理和海水淡化用特种膜；2019年《重点新材料首批次应用示范指导目录》与《产业结构调整指导目录（2019年）》的发布为分离膜市场带来更多的发展契机。从“十一五”规划到“十三五”规划中，国家陆续出台了较多与膜分离相关的政策，极大地促进了膜分离技术在材料、能源和环保等领域的应用与发展。
在“十三五”期间，国家陆续推出23个涉及分离膜的政策专项文件，包括17个政策文件和6个专项文件，具体内容见表1、表2所列。涉及的领域包括科技创新、水处理、生态环境与节能减排4个领域，其中水处理的相关政策文件占比高达52%，可见我国膜分离技术的应用重点在海水淡化和污水处理上。
表1 “十三五”计划中膜分离产业相关政策
表2 “十三五”计划膜分离产业相关专项
三、 膜分离相关标准化政策
01 | 我国膜分离产业标准政策
随着我国膜分离产业的发展，膜分离行业的标准化工作得到了国家有关部门的重视，技术标准制定已经成为国家发展的战略性资源和增强国际竞争力的途径之一。2008年全国分离膜标准化技术委员会（SAC/TC382）成立，标志着膜分离产业进入法制化、标准化和国际化快速发展的轨道；2012年科技部和国家发改委发布的《海水淡化科技发展“十二五”专项规划》中明确指出要发展海水淡化标准战略，提高产业发展的整体性和科学性；2013年，国家标准委联合九部门发布《战略性新兴产业标准化发展规划》，为战略性新兴产业发展营造良好的环境；接着国家标准委员会在《2014年战略性新兴产业标准综合体指导目录（征求意见稿）》中明确提出高性能膜材料、组件和装置的标准化问题。
02 | 我国膜分离产业标准现状
我国膜分离行业出台的国家标准和行业标准较少，在2015年王学军统计的基础上，我国行业标准新增7项，国家标准则陆续出台了23项，详见表3、表4。截至目前与膜分离产业相关的标准一共98项，国标有40项，行标58项。从行业标准来看，海洋(HY)行业标准有36项，化工(HG)行业标准9项，环境保护(HJ)行业标准4项，城市建设(CJ)行业标准3项，电力(DL)行业标准1项，船舶(CB)行业标准2项，商业(SB)行业标准1项，煤炭(MT)行业标准1项，其中海洋行业标准占比高达64%。从表3和表4可以看出，新增的国家标准数量大于新增的行业标准，逐渐打破膜分离技术以行标为主的状态，膜产业标准将会更加规范统一。
表3 膜分离领域2015年以后新增国家标准
四、我国膜分离行业发展
我国膜分离技术已有60年的发展历史，改革开放之后尤其是进入新世纪以来，水处理需求的爆发式增长使得膜分离产业应运而生并迅速崛起，成为我国经济舞台的重要新生力量。
01 | 膜分离产业年产值发展情况
1999年，全球膜分离产业总产值达到200亿美元，中国膜分离产业的总产值约为28亿元人民币，仅占全球总产值的1.7%。到2012年，全球膜分离产业总产值达到450亿美元左右，同年我国膜分离市场总产值515亿元人民币，占全球总产值的10%以上，总产值占比大幅增加。根据前瞻产业研究院发布的《中国膜产业市场前瞻与投资战略规划分析报告》统计数据，得出2009—2018年我国膜分离产业总产值变化趋势，如图1所示。从图1可以看出中国膜分离产业总产值由2009年的227亿元，增长至2018年的2348亿元。预计到2025年，膜分离产业总产值预计将达到3853亿元。
现如今，我国膜分离产业,年产值以年均20%左右的速度稳定增长，已经成为世界膜技术发展最活跃的地区之一。
图1 中国膜分离产业年产值
02 |膜企业规模情况
中国膜分离产业由于基础落后、起步晚，导致发展缓慢的情况，在2001年左右得到改善。1995年国内膜企业数量仅50家左右，2001年后开始呈现快速增长趋势，“十二五”期间增加的膜分离企业数量达到了332家，至2015年膜分离相关企业进入了高位稳定时期。截至2018年，全国与膜分离研究有关的高校研究机构超过100家，膜制品生产企业和工程公司近1300家，其中年产值在500万元左右的中小企业约占膜企业总数的85%，超过亿元年产值的企业只占4%。进入“十三五”之后，随着水污染防治力度加大，膜分离产业也随着高速增长，中国已成为全球膜市场增长的主力。
03 | 膜分离产业种类及区域分布情况
我国的膜产业体系庞大，其中反渗透膜（RO)占据50%左右的市场，纳滤膜（NF）、超滤膜（UF）、微滤膜（MF）各占10%，剩下20%被电渗析膜、气体分离膜、无机陶瓷膜、透气膜及其他类型所占据，详见表5。时代沃顿科技有限公司、蓝星东丽膜科技有限公司占据国内反渗透膜70%以上的市场份额；北京碧水源科技股份有限公司每年可生产微滤膜和超滤膜1000万m2；其他公司如海南立昇净水科技有限公司、江苏久吾高科等公司在微滤超滤膜领域的年产能力也达到几百万平方米；津膜科技有限公司作为国内最大的膜法自来水厂，日处理量达50万t。我国在北京、上海、天津、杭州等地有从事膜技术研发的高校研究所，给膜企业提供了强大的技术和科研支撑，因此，在区域竞争格局方面，我国知名膜企业主要分布在北京和江浙沪地区，北京以26%占据首位，上海以21%的占比紧随其后，江苏与浙江分别有11%与9%的份额，详见表6。膜企业中，国有企业及事业单位约占50%，另外50%包括民营、外资、合资、个体等多种形式。
表5 中国分离膜种类
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表6 中国膜产业区域分布
04 | 膜分离市场占比情况
在膜分离领域，国外起步早且发展成熟，尤其是美国和日本以绝对优势领先。而从1999年仅占全球膜总产值的1.7%，到2012年10%以上的占比，中国以全球最快的发展速度占据了国际膜分离市场的一席之地。现如今我国膜分离市场已跻身于世界前列，尤其是反渗透膜，与美国、日本一并占据了超过全球57%以上的市场份额。其中我国反渗透膜的产量在全球的占比约为18.98%，仅次于美国的21%。国内最大的反渗透膜生产商也从日本东丽变为时代沃顿，并且2018年时代沃顿的对外出口额超过了1.9亿元。在国家政策的支持下，国内的超滤膜、纳滤膜和微滤膜技术研究发展迅速，其中微滤膜、纳滤膜已达国际先进水平。在市场发展方面也取得一定的成就，比如超滤膜和纳滤膜已成功用于国内许多超大型项目，并在总量上开始占据市场优势。
该领域内的龙头企业津膜科技自主研发取得数百项专利技术，不仅打破了发达国家长期对我国技术垄断的情况，其产品性能也处于国际先进水平。
中国膜分离产业发展至今，取得了一定的成果，但仍然存在一些劣势。如膜分离企业以中小型居多、技术储备与资金不足以及膜分离行业标准以行标为主等问题。因此，须时刻关注国际膜分离技术发展动态，加大研发投入，进一步制定和完善膜行业标准化体系，吸收国际先进技术和管理理念，加快我国膜分离产业的发展，不断增大我国膜分离产业在国际市场的份额。
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