高性能反渗透复合膜及其膜元件的开发

     

    项目名称

    高性能反渗透复合膜及其膜元件的开发

    承担部门

    研发部

    项目负责人

    武少禹

    主要参与人员

    李军、金彪、张伯友、谢秀风、王娜娜

    项目时间

    2019.08-2021.07

    关键词

    水联天下海水淡化研究院,海水淡化,反渗透膜

    简介

    聚酰胺类反渗透复合膜因对无机盐离子的分离性能, 成为海水淡化的首 选技术,并在纯水制备、饮用净水生产、污水处理及特种分离等过程中得到广泛的应用。长期以来,反渗透复合膜研发、制造被美国陶氏化学等少数公司垄断,并且被美国政府列入对华禁运技术,所以,反渗透膜材料的开发被列入《新材料产业“十二五” 发展规划》重大工程(五)高性能膜材料第 一项。国办发〔201213 号《国务院办公厅关于加快发展海水淡化产业的意见》 把反渗透海水淡化膜开发列入重点工作。《“十三五” 节能环保产业发展规划》水污染防治中要求加快反渗透膜的推广和应用。反渗透膜作为应用领域广泛的共性关键材料品种,其创新成果的产业化和应用,具有国 家战略意义。

    反渗透复合膜虽然具有的分离性能,但在氧化性成分存在的条件下,膜性能会急剧下降;同时,原水中很多潜在污染物容易造成膜的污堵,使膜性能迅速衰减。国内外研究机构进行了大量的工作以改善膜的耐氧化和耐污染性能, 但迄今尚没有既保持原有膜分离性能, 又具有高耐氧化、耐污染性能的产品出现。因此,耐氧化、耐污染复合膜的开发成为业界首要关注课题。本项目耐氧化耐污染反渗透复合膜的研发与产业化,可将目前国际通用复合膜的耐氧化性提高 5 倍以上,耐污染性能提高 2 倍以上,达到国际先 进水平。反渗透复合膜耐氧化、耐污染性能的提升,可有效减少水处理设备的预处理环节, 延长膜的使用寿命, 降低能耗及膜的使用成本,提升水处理行业技术水平和企业的核心竞争力, 填 补国内空白。

    拟筹建的研究院将依托中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国 家重点实验室,由国内行业知名专家领衔,南京经济技术开发区政府平台与南京水杯子净水科技有限公司合作成立的独立法人机构。

    南京水联天下海水淡化技术研究院将在中科院广州地化所前期获得国 家自然科学二等奖和国 家科技进步二等奖等水处理领域重要成果基础上,在行业知名专家带领下,组织高水平研发队伍,承担水处理领域战略性、前瞻性科学研究任务。强调为国 家和社会服务的要求,围绕国 家水资源安全保障发展需求,开展水处理领域关键共性技术研究、支柱水处理产业化核心技术开发,解决水处理产业发展中的技术瓶颈。

    研究院将吸引高端人才到院进行创新创业,培养和造就高水平科技领军人才和创新创业人才。以技术成果为纽带,联合产业基金和社会资本,搭建公共服务材料、水质检测实验室,孵化引育对应产业方向的各式科技项目,成为水处理领域从科研成果转化为市场应用的加工厂。构建高端水处理领域行业联盟,搭建专业化技术转移平台,开展科技成果向市场应用的转化,创新成果转化体制机制,积极开展技术服务,加快推动水处理领域科技成果向市场转化。

    海水淡化技术属高端水处理领域,涉及海洋、化工、材料、环境、生物等多个学科,是大量高新技术的集成。研究院将针对水处理领域共性技术、产业化关键技术和发展战略,承担水处理领域战略性、前瞻性科学研究任务,强调为国 家和社会服务的要求,围绕国 家水资源安全保障发展需求,结合研究院现实能力,设置研究领域为:环境地球化学过程污染物示踪、海水淡化技术、污水处理技术、纯水制备、水净化与再利用技术、膜科学与技术、净水工程和物联网大数据技术研究等 7 个重点研究方向和 22 个子课题。

    研究院将发挥科技引领、创新示范、产业集聚、开放合作的作用,初步形成科研开发、检测评价、孵化转化、交流培训、信息集成等功能。

    研发内容

    研发内容:

    1)    优化含活性基团如过氧基、硅氧基等有机添加剂结构及组成,并研究其对耐氧化性能的影响,研究界面键合密度与耐氧化性能的关系;研究纳米颗粒组成、形貌、表面结构、颗粒尺寸及分布、在不同成膜阶段的添加对膜性能的影响;研究纳米颗粒的添加对复合膜的表界面结构、纳米通道的构筑及对水透过性能及耐氧化性能的影响。

    2)    优化化学修饰工艺技术,研究聚酰胺功能层表面粗糙度、厚度、密度、电性及表面亲水性等与复合膜耐污染性的关系;研究成膜体系中磁性纳米颗粒添加剂及外加磁场对原水中不同污染物极性、吸附性能及污染能力的影响,明确其耐污染机理。研究水合肼在线还原制造纳米颗粒及对成膜体系中分散能力及膜性能的影响。

    3)    采用 HRTEMAFMXPS 等技术手段对上述复合膜表面、界面及本体结构进行表征,明确结构、工艺与性能之间的关系。

    技术指标:

    在脱盐率和水通量的情况下,与业界通用反渗透复合膜比较,将反渗透复合膜的耐氧化性能提高至 1000020000 ppmh;耐污染性能提高 2 倍以上

    项目开发

    预期效益

    1)    反渗透复合膜耐氧化、耐污染性能的提升,有效减少水处理设备的预处理环节,延长膜的使用寿命,为用户提供优质饮用水的同时,降低能耗及膜的使用成本,节约资源;

    2)    形成高性能反渗透复合膜方面的技术成果,借助研究院的成果转化功能,三年内预计形成技术服务收入 200 万元;

    3)    项目预计申请发明专利 2 项,新增 6 人就业。

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