成果簡介：
項目技術(shù)內(nèi)容：
(1)發(fā)明了面向氣體凈化的膜材料設計和制備方法，開發(fā)出膜材料微結(jié)構(gòu)調(diào)控技術(shù)，實現(xiàn)了膜厚度、孔徑以及孔隙率的可控調(diào)節(jié)。建成了年生產(chǎn)200萬m2規(guī)模的氣體凈化分離膜生產(chǎn)線，膜透氣速率較國際先進技術(shù)產(chǎn)品提高30%。
(2)發(fā)明了膜材料表面疏水疏油改性技術(shù)，結(jié)合膜表面形貌控制與在線反吹技術(shù)的開發(fā)，開發(fā)的雙疏膜材料填補了國內(nèi)外空白，運行壓差大幅降低，穩(wěn)定運行壽命較國外商品膜提高了2倍以上。
(3)開發(fā)了系列氣體凈化分離膜應用新工藝，開發(fā)出成套膜分離裝備，在化工企業(yè)燃煤鍋爐、生物質(zhì)鍋爐、廢棄物焚燒等煙氣凈化，以及催化劑、鈦白粉、染料等粉體產(chǎn)品回收中實現(xiàn)規(guī)模應用，凈化后氣體粉塵濃度小于5mg/m3，優(yōu)于國家超低排放標準10 mg/m3(環(huán)發(fā)[2015]164號)，能耗較布袋除塵降低1/3以上。
項目產(chǎn)品可廣泛用于化工、冶金、水泥等工業(yè)過程及家庭、商場、寫字樓、汽車等民用場所的氣體凈化以及口罩等個人防護用品。在高濕、含油等復雜煙氣凈化中，項目產(chǎn)品可有效防止煙氣中油性及水性氣溶膠在膜表面浸潤，避免油或水粘附在膜表面，造成膜失效，具有良好的凈化性能。
項目產(chǎn)品具有自主知識產(chǎn)權(quán)，填補了國內(nèi)外氣體凈化材料技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化的空白。高效氣體凈化技術(shù)是節(jié)能減排、潔凈能源、環(huán)境治理、個人防護等領域的共性技術(shù)之一，本項目的實施有利于推動江蘇省大氣污染治理與人民生活質(zhì)量提高，服務于煤炭氣化、垃圾焚燒、
多晶硅生產(chǎn)等新能源生產(chǎn)過程，促進鋼鐵、水泥、電力等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的升級改造，加快提升相關產(chǎn)業(yè)的自主創(chuàng)新與清潔生產(chǎn)能力。
應用案例：
科技成果先后在南京膜材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司和江蘇久朗高科技股份有限公司進行放大轉(zhuǎn)化，建成了年生產(chǎn) 200 萬 m2 規(guī)模的氣體凈化膜材料生產(chǎn)線，氣體凈化膜技術(shù)在恒逸集團、中鹽集團、中石化等下屬企業(yè)推廣應用，主要用于鍋爐尾氣凈化、垃圾焚燒煙氣處理、染料產(chǎn)品回收等領域。以杭州恒逸集團的燃煤鍋爐煙氣凈化為例：原采用布袋除塵，排放濃度超過國家最新標準 5mg/m3，而杭州等地提出燃煤鍋爐要參照燃氣鍋爐，執(zhí)行 5mg/m3 的排放標準，使恒逸公司面臨要花費大量資金把燃煤鍋爐改造成燃氣鍋爐的壓力。后采用本項目膜技術(shù)對原布袋除塵器進行改造， 建成排放量 220 萬 m3/h 膜處理裝置，凈化后粉塵濃度 3.525mg/m3，膜裝置較原布袋能耗降低 1/3 以上，每年節(jié)約風機電費等 250 萬以上，同時除塵器壓差下降促進鍋爐負荷提升了 8%，多產(chǎn)蒸汽用于己內(nèi)酰胺產(chǎn)能提升了 2 萬噸/年，經(jīng)濟效益與環(huán)保效益顯著。
圖2 部分膜法工業(yè)煙氣凈化裝置:
a.燃煤煙氣凈化裝置(220萬m3/h); b.生物質(zhì)煙氣凈化裝置;c.染料粉回收系統(tǒng);
d.陶瓷窯爐煙氣凈化系統(tǒng);
研發(fā)背景
膜分離是一種新型高效分離技術(shù)，具有分離效率高、能耗低等優(yōu)點，已成為世界各國競相發(fā)展的高新技術(shù)，用于大氣污染物治理的氣體凈化膜發(fā)展緩慢，主要問題有兩個方面：1)膜材料透氣量低，難以滿足工業(yè)煙氣處理量大、推動力小(<2 kPa)的應用需求;2)膜表面污染嚴重，工業(yè)煙氣成分復雜，油性氣溶膠與超細粒子在膜表面吸附污染嚴重，導致過程運行不穩(wěn)定。隨著大氣污染物排放指標的日趨嚴格，迫切需要開發(fā)以膜材料為核心的新型大氣污染治理技術(shù)。
作用原理 與傳統(tǒng)過濾材料相比，本項目膜材料將過濾模式由“深層過濾”轉(zhuǎn)變?yōu)椤氨砻孢^濾”，顛覆了傳統(tǒng)凈化模式，不僅維持較高的過濾效率，同時能夠有效地防止過濾孔道堵塞造成運行阻力增加，有效地延長了使用壽命(>3年)。
市場分析 當前中國大氣環(huán)境形勢十分嚴峻，華北、華中、東北和西南等地區(qū)頻繁發(fā)生灰霾重污染事件，許多地區(qū)主要污染物如氮氧化物、硫氧化物、VOCs和可吸入顆粒物的排放已經(jīng)超過了環(huán)境容量。據(jù)統(tǒng)計，2018年我國大氣污染防治行業(yè)市場規(guī)模達到2340億元，而隨著污染排放控制趨嚴，將持續(xù)推動大氣污染防治行業(yè)持續(xù)發(fā)展，預計在2025年市場規(guī)模將超過5000億元(數(shù)據(jù)來源：中研普華產(chǎn)業(yè)研究院)。其中以可吸入顆粒物PM 10和PM 2.5為特征污染物的粉塵主要來源是燃煤鍋爐為主的的電力行業(yè)和以鋼鐵、水泥、冶金、廢物焚燒為主的非電重點行業(yè)。我國與本項目技術(shù)市場范圍相近的袋式除塵技術(shù)市場應用率統(tǒng)計情況如圖3所示，基本與可吸入顆粒污染物來源相符。2018年我國與本項目技術(shù)市場范圍相近的袋式除塵行業(yè)市場規(guī)模達到180億元，同比增長12.50%，如圖4所示。
圖3 中國袋式除塵器市場應用率統(tǒng)計情況(單位：億元，%)
圖4 2010-2018年中國袋式除塵行業(yè)市場規(guī)模及增長(單位：億元，%)
本項目產(chǎn)品因技術(shù)優(yōu)勢在目標市場有著較強的競爭力，與傳統(tǒng)氣體凈化技術(shù)工藝路線相比，雖然一次性投資增加了20~50%，但是運行壽命提高2倍以上，同時具有更高的分離效率，能夠滿足最新的環(huán)保要求。用于高附加值粉體產(chǎn)品回收時，環(huán)保效益與經(jīng)濟效益顯著，具有較強的市場競爭力。與國外同類分離膜產(chǎn)品相比，本項目膜產(chǎn)品價格約為進口膜材料的50~60%，由于更均一的結(jié)構(gòu)和表面疏水疏油特性，具有更好的透氣性和運行壽命。本項目產(chǎn)品與進口膜相比，運行壽命和回收產(chǎn)品新增產(chǎn)值均提高 25%以上，與傳統(tǒng)布袋工藝相比，各方面優(yōu)勢更加顯著。
聲明：
“氣體凈化膜可控制備及應用關鍵技術(shù)” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學習研究，如用于商業(yè)用途，請聯(lián)系該技術(shù)所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
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編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)
來源：南京工業(yè)大學、南京膜材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司、江蘇久朗高科技股份有限公司
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