近 20 年是我國膜產業的高速增長期。近 20 年,全球膜產業(包括膜元件、膜組件、膜裝備、膜工程等)總產值穩健增長,至 2017 年底,全球膜產值已達 1050 億美元,而我國膜產業的總產值約為 2000 億人民幣,我國膜產業占全球膜產業產值比重從 99 年的 1.7%提升到了 17 年的 27%以上。從結構看,隨著海水淡化、苦咸水軟化、超純水制備以及對微量污染物去除需求的逐年增加,反滲透膜在膜市場中占比也隨之增大,全球RO 膜銷售占比從 05 年 48.4%提高到 2013 年的 55.3%,與此同時,UF\MF 膜市場占比有所下降。未來隨著膜技術在工業污水、市政污水、市政飲用水、民用凈水等領域的應用增加,膜產業仍將快速發展,而與 RO 膜相比,NF 膜性質介于超濾和反滲透之間,具有低操作壓力、低運行成本、高通量、極性小分子選擇性截留等優點,未來應用占比有望提升。
分離膜的性能由膜材料和制膜工藝條件決定。膜產品的相關性能指標主要有分離透過性能、物理性能和化學性能三大類,其中分離透過性能包括:產水量、水通量、純水透過率、截留分子質量、截留率、脫鹽率、回收率、最大孔徑、平均孔徑、孔徑分布、孔隙率、氣密性及完整性等;膜物理性能有:結構性能(外觀、膜面積、膜厚、膜絲內外徑)、機械性能(拉伸強度、爆破強度、彎曲強度、柔潤指數、斷裂伸長率)、電性能(荷電性、Zeta 電位)、親水性及耐熱性(最高操作溫度)等;膜化學性能有:化學穩定性(化學相容性)、耐氧化性(短時余氯耐受限度、過氧化氫耐受限度)、耐酸堿性(運行及清洗 pH 范圍)及耐污染性能等。膜的不同性能相互制約,在實際應用中,應當綜合考慮膜的經濟性和環境項目具體要求,選擇性能合適的分離膜。
因此膜材料的技術難點主要在于膜材料的研發與膜制備工藝的選擇與過程控制。尤其膜的制備工藝對分離膜的性能十分重要,同樣的材料,由于不同的制作工藝和控制條件,其性能會有很大差異。以非溶劑相轉化法(NIPS)制備工藝為例,膜制造流程大體可分為六個階段:1)高分子材料溶于溶劑中,加入添加劑,制成鑄膜液;2)鑄膜液通過流延或紡絲制成平板、管狀或中空纖維;3)使膜中溶劑部分蒸發;4)將膜浸在對高分子是非溶劑的液體中,液相的膜變凝膠固化;5)進行熱處理;6)膜的預壓處理。