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水处理技术简史之反渗透 (中)

来源:8455新澳门路线网址 发布日期:

2020-11-11 08:13:28

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反渗透设备资讯

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如何进行水处理?

8455新澳门路线网址水处理为您介绍一项水处理专业知识——水处理技术简史之反渗透。

第三部分 成功商业化

L-S膜的诞生给反渗透技术的工业应用带来了曙光。但要实现商业化应用,显然还需要解决一个至关重要的工程问题,这就是膜组件的设计。

洛布和索里拉金1959年发明的L-S膜是平板膜片,因此早期的膜组件直接借用了工业过滤设备的板框式结构。洛布等人随后还开发了直径在1-3厘米之间的管式反渗透膜,并应用在科林加装置上。但无论是板框式还是管式,都存在装配复杂、单位体积内装填的膜面积小等缺陷,因此最终没能发展为商业反渗透膜组件的主流形式。

1965年前后,陶氏化学(Dow Chemical)和杜邦(DuPont)公司均投入力量开发中空纤维反渗透膜,这可能与它们熟悉纺织业的背景有关。

1966年,陶氏化学的马洪(H. I. Mahon)设计了第一套中空纤维膜纺丝系统,开发了基于三醋酸纤维素材料的中空纤维反渗透膜,并申请了第一件专利(US3228877)。他们采用的同心毛细孔喷丝头,外孔内径为400微米,内孔外径为200微米,内孔内径为100微米。

1971年,杜邦公司申请了基于聚酰胺材料的中空纤维反渗透膜组件专利(US3567632)。1979年,另一家具有纺织背景的公司也在开发中空纤维反渗透膜组件,这就是日本东洋纺(TOYOBO)公司。

中空纤维反渗透膜组件具有很高的装填密度,但由于丝径极细,水力学状态不可控,容易产生污堵,因此最终并未成为反渗透膜组件的主流。这也是促使陶氏化学后来转向卷式膜的原因。东洋纺则是唯一一个至今仍保留醋酸纤维素中空纤维反渗透膜生产线的厂家。

如果说1959年是反渗透在技术上取得里程碑式突破的一年,那么1963年就是反渗透在商业化上成功播下种子的一年。

1963年,位于明尼苏达州明尼阿波利斯(Minneapolis)市的北极星研究所(North Star Research Institute)也在OSW资助下开展脱盐技术研究。1967年,北极星研究所的卡多特(John E. Cadotte)发明了微孔聚砜支撑膜。随后几年,他又开发了多种非醋酸纤维素复合膜。但他对反渗透的热情并不仅限于研究。

1977年,卡多特与其他3人一起成立了FilmTec公司。1979年,卡多特申请了世界上第一个界面聚合法制备反渗透膜的专利(US4277344)。界面聚合法使得反渗透膜的支撑层和分离层在制备过程中可以分别加以优化,从而进一步提升了膜的性能,这就是所谓的薄层复合膜(TFC)。界面聚合也成为现代商业化反渗透膜的标准制备工艺。

1985年,陶氏化学在放弃中空纤维反渗透膜后,全资收购了FilmTec公司。这就是大名鼎鼎的陶氏膜的由来。时至今日,陶氏反渗透膜产品依然沿用了FilmTec商标。2017年,曾经在中空纤维反渗透膜上惺惺相惜的陶氏化学与杜邦公司实现了合并。

也是在1963年前后,41岁的二战退伍老兵布雷(Donald T. Bray)开始研究反渗透膜。他于5年前加入了通用原子(General Atomics)公司。1965年,布雷申请了世界上第一个多膜片卷式反渗透膜组件专利(US3417870),奠定了现在通用的卷式反渗透膜组件的基本结构。

通用原子公司的反渗透膜业务后来演变为流体系统(Fluid Systems)公司。1998年,流体系统公司被科氏膜系统(Koch Membrane Systems)公司收购,这就是科氏膜的由来。


但布雷的故事并未结束。1967年,他离开了通用原子公司,并创立了脱盐系统(Desalination Systems)公司。脱盐系统公司在膜片生产与膜组件卷制机器上做了大量工作,成为业内知名的反渗透膜生产商,其产品还包括具有独特多层结构的纳滤膜。

同样是1963年,达特茅斯学院(Dartmouth College)的二年级学生斯帕茨(Dean Spatz)正在忙于他的工程课项目。他们要为南达科他州居民糟糕的饮用水设计一种合适的处理方法,而他决定采用刚刚问世不久的反渗透技术,并成功制作了一台样机。

斯帕茨由此对反渗透技术产生了浓厚兴趣,将其作为自己本科及硕士学位论文的主题,并在1965年获得OSW的经费资助。据说斯帕茨在硕士研究期间,还请到了索里拉金担任顾问。

1968年,硕士毕业的斯帕茨加入一家总部位于迈阿密的公司,并被派往明尼阿波利斯发展反渗透业务。1969年,由于公司承诺的资金没有到位,斯帕茨成立了自己的公司。这就是奥斯莫尼斯(Osmonics)公司的诞生。

1996年,84岁的布雷把脱盐系统公司卖给了Osmonics公司。2002年,GE2.5亿美元的价格收购了Osmonics公司,这就是GE膜的由来。现在知道业内著名的GE纳滤膜从何而来了吧。2017年,GE反渗透膜业务随GE水处理以34亿美元的价格整体卖给了苏伊士(SUEZ)水务。

还是在1963年,日后成为反渗透膜领域的另一家大名鼎鼎的公司,海德能( Hydranautics)公司也在美国加州成立。1970年,海德能公司正式进入反渗透膜领域。公开资料显示,海德能与FilmTec公司还因卡多特的界面聚合专利结过梁子。1987年,海德能公司被日本日东电工(Nitto Denko)正式收购。

在日本,还有一家公司很早就开始关注反渗透技术,这就是东丽(Toray)公司。1968年,东丽开始研究醋酸纤维素反渗透膜。1978年,其第一款低压RO膜产品上市。1991年,其海水RO膜元件上市。2009年,蓝星东丽(TBMC)合资公司在北京成立。

除了这些源自19601970年代的老牌厂家,反渗透膜领域的后浪也陆续涌现出来。

1990年,韩国三星(Samsung)集团的一家子公司开始研究反渗透膜技术。1995年,其家用反渗透膜开始出口。1997年,这家公司更名为世韩(Saehan)集团。2001年,其高脱盐率海水淡化膜开始上市。2008年,世韩集团更名为熊津化学(Woongjin Chemical)。熊津化学的反渗透膜产品就是俗称的世韩膜。2020年初,东丽收购了熊津化学56.2%的股权。

2005年,号称以纳米技术提升反渗透膜性能的NanoH2O公司在美国加州洛杉矶成立。2014年,韩国LG化学以2亿美元全资收购了NanoH2O。该公司近年来也逐步跨入主流RO膜供应商的行列。

至此,国际上最知名的几大反渗透膜厂家都已经出场了。据全球水务情报(GWI)统计,2012-2017年间,在50000/天以上的大型反渗透系统中,76%RO膜出自东丽、陶氏、海德能、LG化学等4家供应商,分别占比28%21%17%10%


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