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分离膜材料行业定义及分类

分离膜材料行业是指专门研发、生产和应用于分离过程的薄膜材料的产业。这些薄膜通常是由聚合物、陶瓷或金属等材料制成，具有特定的分离性能和分离机制。分离膜广泛应用于多个领域，包括水处理、气体分离、液体分离、膜生物反应器、电池和电化学工艺等。膜的分离性能可以通过不同的机制实现，如压力驱动、渗透、选择性吸附和离子交换等。

分离膜材料行业的发展取决于不断增长的市场需求和技术创新。随着环境保护和资源回收的重要性日益凸显，分离膜在解决水和空气净化、废弃物处理和能源生产等方面发挥着重要的作用。因此，分离膜材料行业在提高分离效率、降低能耗、改善产品性能等方面面临着持续的技术创新和发展机遇。

图表：分离膜材料行业

资料来源：智研瞻产业研究院整理

分离膜材料行业产业链分析

分离膜材料行业上游包括对膜材料的原材料选择、合成和改性等工艺过程。在上游环节中，研发机构、化学品生产商和膜材料制造商起着关键的角色。分离膜材料行业下游包括将膜应用于水处理、气体分离、液体分离、生物分离、电池和燃料电池等领域。

图表：分离膜材料行业产业链结构

资料来源：智研瞻产业研究院整理

分离膜材料行业市场规模

统计数据显示，2018年中国分离膜材料行业市场规模18.9亿元，2023年H1中国分离膜材料行业市场规22.75模亿元。2018-2023年H1中国分离膜材料行业市场规模如下：

图表：2018-2023年H1中国分离膜材料行业市场规模

资料来源：智研瞻产业研究院整理

关于高分子分离膜材料及其相关研究的动态

高分子聚合物在诸多膜分离工艺中被广为采用。原则上来讲，只要具备形成薄膜能力的高分子材科都可以转化为高效的分离膜。这些用于拟制分离膜的高分子材料通常具备特殊的传递物质功能，且具有卓越的化学稳定性，极佳的亲水特性、强大的抗压缩强度和优秀的耐热稳态，同时还应具备可溶解性，这对我们控制膜材料的品质尤其重要。最终识别的膜材料性能会直接影响到膜分离工艺的效能水平，例如分离的效率和速度等主要技术指标。

1.天然高分子材料类

所谓天然高分子材料，主要涵盖了改性纤维素及其衍生物类型和壳聚糖范畴，再者就是海藻酸钠这类也属于天然的分离膜原材料。

纤维素

纤维素主要取源于植物细胞材料，是一类资源丰富的天然高分子化合物，为可再生资源。纤维素高纤维素作为源自植物细胞材料的全天然高分子化合物，其资源极为丰富，可谓是可持续利用的绿色资源珍品。与此同时，基于其独特的“椅式环状”葡萄糖单元结构内含三个羟基基团，这些羟基间的分子间氢键使纤维素链的线性排列井然有序，使得其具有极高的晶体强度和结构稳定性，并表现出极强的亲水性却不溶于普通水中。值得一提的是，纤维素及其衍生产品在银镜性能上均表现出色，成膜后展现出优良的选择透过力，高crisparity及大透水量，因此在微流体过滤和超滤技术中得到了广泛运用，同时还被运用于反渗透，气体脱除以及透析领域。

在众多纤维素材料中，醋酸纤维素凭借其良好的应用性能脱颖而出：通过纤维素分子中的羟基被乙酰基取代，从而得到醋酸纤维素。这种改性的方式降低了分子间氢键的相互作用，导致分子间的距离增加。相应地，醋酸纤维素成型技术操作简便，制成的薄膜拥有很高的选择性，大透水量和耐氯性，常被用来制作中空纤维膜，并广泛应用于气体分离，血细胞过滤等多重场合。然而需要注意的是，醋酸纤维素分子链中的-COOR在酸性或碱性环境中非常易于发生水解反应，因此在化学、热稳定性和压缩程度方面仍有待提高。另一方面，由于其易分解的特性，醋酸纤维素面临着一些挑战。为了解决这一问题，人们已经开始对纤维素及其衍生物材料开展深入的改性研究。以羟丙基醋酸纤维素（HPA）举例来说，尽管其聚集态结构和溶解性能与醋酸纤维素相近，但经制得的反渗透膜具有优越的耐热性能，显示出较好的应用潜力。另外，三醋酸纤维素相对于二醋酸纤维素而言，在耐热性和耐酸性能上都有着显著提升。为了进一步优化分离效果和塑料模具的使用寿命，科研人员通常会选择利用不同取代度的醋酸纤维素混合物来制造分离膜，以期获得更好的热稳定性及抗生物降解性。同样的方法也适用于硝酸纤维素、酸纤维素的混合物，以此改善分离膜对蛋白质的非特异性吸附能力。另外，在纤维素类材料中引入单个或多个脂肪族基团，可以明显改变纤维素及其衍生物的亲水性和官能团数量，从而影响它们的黏度。除此之外，醋酸丙酸纤维素(CPA)、醋酸丁酸纤维素 (CBCA)也都属于优秀的膜材料之列。

壳聚糖

壳聚糖，一种天然分离膜材料，主要通过甲壳素脱乙酰化工艺制作而成。在其分子结构中，存有大量的碱性氨基基团，经过质子化处理后，这类氨基会逐渐失去与其他物质形成氢键的能力，继而表现为对酸性溶液的高度兼容性。值得注意的是，由于壳聚糖自身的分子内包含着众多的羟基和氨基等具备反应活性的成分，因此可以轻易地接受化学修饰（比如酰基化、硫酸酯化、羟乙基化以及羧甲基化等)，从而使得所制备的膜具有卓越的亲水性能和高透光率特性，尤其适合于水系统物性的有效分离。时至今日，壳聚糖及其各类衍生品已广泛运用于反渗透膜、渗透汽化膜、纳滤膜以及超滤膜等各种薄膜的生产过程，并且在实际应用领域取得了令人瞩目的成效。

2.聚烯烃类材料

聚合物类别的聚烯烃涵盖了诸如聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚丙烯酰胺等等种类繁多的材料。这些材料皆为大型工业制造领域所需，不仅获取便利，而且在加工处理过程中易掌控;除却为数不多的几种特殊情况外，堪称普遍性的特征就是高疏水性和低热稳定性，因此被广泛应用于制备各种过滤器元件如微滤膜、超滤膜以及密度膜等等。值得指出的是，聚乙烯醇作为一种兼具水溶性的聚合物质，其独特之处在于含有丰富的羟基官能团，使其拥有优异的亲水性、抗酸性，进而在薄膜生成之后呈现出出色的耐油脂、抗蛋白质污染两大性能，从而广泛地运用于超滤膜和反渗透膜的制备环节。然而，我们也需要认识到，聚乙烯醇类薄膜材料存在明显的优点与局限性，例如易于溶胀、强度偏低、耐压性不佳以及易发生蠕变现象。为了提升薄膜的耐水性、机械性能及选择性，通常会采用如聚苯胺、醋酸纤维素等材料对其进行改性处理。

聚丙烯腈分子的基团中含有强烈极性的氰基，这种特性使得它具有极大的内聚能，同时展现了良好的耐有机溶剂、耐霉菌、耐水解以及抗氧化特性。特别在聚丙烯腈成膜后，其表现出的光滑柔软性使之成为制备超滤膜的首选材料。尽管如此，聚丙烯腈仍是一种具有线性结构的热塑性材料，热稳定性相对较弱，此外在分离膜表面的亲水性方面略显不足，这往往容易导致膜材受到污染。

3.聚酰胺类材料

聚酰胺类高分子是一种广泛应用于各领域的高分子材料，其富含酰胺骨架中的氨基（-CONH-）部分，具备优异的机械强度和化学稳定性，尤其在高温环境下表现更为出色，使得这类材料成为理想的制造用于需要高机械强度场合的精密分离膜之选。然而，聚酰胺类薄膜对于多种蛋白质溶质有着强烈的吸附作用，导致由此产生的膜污染问题频繁发生，从而影响到膜的通货重建与膜质量的维持。为此，改善膜材料的表面亲水性以及粗糙度就成为了防止这类污染的重要策略，比如采用表面涂覆、表面聚合、嵌段共聚等方法加以改进。

4.聚砜类材料

聚砜类有机高分子是另一种在各种领域得到广泛应用的新兴材料，它具有卓越的耐氯、耐酸碱的化学性能，且具有极高的化学稳定性、机械强度，以及出色的耐热性，在高达120℃的温度下仍能保持稳定运行。由聚砜制成的各类膜具有膜厚度适中、内部孔隙率高且微孔规整等显著优势，非常适用于制造超滤膜、微滤膜和气体分离膜等不同类型的膜，同时还可拿来制作复合膜的底层，为人们带来极大便利。尽管如此，我们应当注意到，由聚砜制备的膜在亲水性和抗污染性能方面还有待提升，在实际操作过程中易遭受污染，这无疑会大幅度缩短膜的使用寿命。为此，我们通常会采取共聚、共混、表面接枝等各种手段对其进行改性处理，以期改善膜材料的表面亲水性、机械强度、穿透性能以及抗污染能力。

5.含氟高分子材料

含氟高分子材料，例如聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、Nafion等，也是一类备受关注的新型材料。它们具有优异的耐腐蚀性能，适用于电解、高频高温场合等对膜材耐腐蚀要求严格的场合。值得强调的是，聚偏氟乙烯是偏氟乙烯的均聚物，其独特的-C-F-键具有很高的键能，这使得聚偏氟乙烯具有出色的化学稳定性、机械强度以及耐温、耐蚀、耐溶剂等特质，因此被广泛用作超滤膜的制备用材料。但是，聚偏氟乙烯所制备的分离膜因其表面自由能较小、亲液性较弱，易于吸收水中的蛋白质、胶体颗粒等疏水性物质，进而引发膜污染问题。为避免这类问题，我们常常考虑对膜材质的基础结构进行改性处理，例如采用共聚、嵌段共聚等技术在膜中引入亲水性官能团，或者采取接枝、辐射等方法提升膜的亲水特性。

图表：高分子分离膜材料

资料来源：智研瞻产业研究院整理