混合基质膜(MMMs)是由基体材料与填料混合制成的新型膜材料,是分散的微粒相(填料)和连续的聚合物相(基体材料)相互作用构成,填料一般为无机物,基体材料一般为有机物,因此混合基质膜同时具有有机膜材料及无机膜材料的优点,综合性能更为优良。混合基质膜主要有混合基质反渗透膜、混合基质正渗透膜、混合基质纳滤膜等产品。
有机膜材料一般以高分子聚合物为原料,例如聚酰亚胺(PI)、聚碳酸酯(PC)、聚砜(PSF)、聚偏氟乙烯(PVDF)等,制成的膜材透过性高则选择性差,选择性好则透过率低,二者之间存在权衡关系,以聚酰亚胺为例,商业化应用的聚酰亚胺膜材料通常具有通量较小、耐氯性差、易污染等缺点。为解决这一问题,采用无机填料对有机膜材料进行性能改善得到混合基质膜成为研究热点,例如采用沸石、活性炭、二氧化硅、碳纳米管、分子筛、金属-有机框架材料等。
根据新思界产业研究中心发布的
《2021-2025年混合基质膜行业深度市场调研及投资策略建议报告》显示,在多种混合基质膜中,以金属-有机框架材料(MOFs)为填料来制造混合基质膜的技术研究较多,这是由于MOFs骨架中存在有机物质,跟其他填料相比,与高分子聚合物的相容性更高。MOFs基混合基质膜具有选择性好、渗透率高、均匀性高、加工性能优、稳定性好、厚度可调节等特点,可以应用在气体分离、气液分离、液体分离、催化剂、储能等领域。
我国研究混合基质膜的高校与机构不断增多,例如哈尔滨理工大学、南京师范大学、南京工业大学、天津大学、上海科技大学等。我国在混合基质膜技术研究领域不断取得突破,但研究成果产业化转化速度慢。2021年度“‘十四五’国家重点研发计划‘高端功能与智能材料’重点专项”中提出,研制高通量和高脱盐率的混合基质反渗透膜、一二价离子高分离率的纳滤膜和大通量低盐透正渗透膜,研发规模化的混合基质膜生产线。在此背景下,未来我国混合基质膜产业化发展速度有望加快。
新思界
行业分析人士表示,膜材料在气体分离、液体分离、储能等领域不可或缺。在我国,2020年仅水处理膜领域市场规模即达到1200亿元以上,由此可见,我国膜材料市场空间广阔。传统高分子聚合物膜材料选择性与透过率性难以平衡,其应用受到一定限制,混合基质膜可以良好的避免这一现象,若技术成熟实现规模化量产且价格合适,未来将对传统膜材料形成替代,行业发展前景广阔。