從2017年開始，雙極膜材料就一直是國(guó)家工信部公布的國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展的新材料之一。目前國(guó)內(nèi)高校中研發(fā)雙極膜的團(tuán)隊(duì)非常多，比如：清華大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)、浙江大學(xué)、南開大學(xué)、合肥工業(yè)大學(xué)等等。

工業(yè)化的雙極膜目前是電滲析離子交換膜材料中的桂冠（綜合其應(yīng)用前景、工業(yè)化難易程度等因素），快來(lái)了解一下。

1-雙極膜電滲析-歷史

20世紀(jì)60-70年代，雙極膜（ Bipolar membrane）最早由美國(guó)Aquatech（阿奎特國(guó)際集團(tuán)公司）首先研發(fā)出來(lái)。20世紀(jì)80年，雙極膜最早工業(yè)化應(yīng)用于美國(guó)華盛頓某鋼廠，應(yīng)用于硝酸鉀和氟化鉀系統(tǒng)。后來(lái)雙極膜電滲析的應(yīng)用才逐步擴(kuò)散到芬蘭、法國(guó)、德國(guó)、意大利、荷蘭等歐洲國(guó)家。

而雙極膜進(jìn)入中國(guó)預(yù)計(jì)在20世紀(jì)80-90年代。這一段時(shí)間國(guó)內(nèi)雙極膜的研究文獻(xiàn)相對(duì)較多，也比較集中；同時(shí)國(guó)內(nèi)部分大企業(yè)做了很多實(shí)驗(yàn)級(jí)別的嘗試（多以有機(jī)酸產(chǎn)品雙極膜系統(tǒng)為主）。

2013年前，國(guó)內(nèi)沒有規(guī)?；碾p極膜電滲析項(xiàng)目落地（13-14年左右國(guó)內(nèi)才開始有雙極膜電滲析工業(yè)化的應(yīng)用案例--某有機(jī)酸產(chǎn)品系統(tǒng)）。通過綜合的分析，主要有以下幾個(gè)原因：

1. 材料、設(shè)備完全進(jìn)口，投資高；

2. 設(shè)計(jì)、運(yùn)行等技術(shù)參數(shù)完全依賴于國(guó)外，國(guó)內(nèi)裝配水平偏低，缺乏核心技術(shù)；

3. 國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)于新技術(shù)抱有疑慮；

4. 政治、國(guó)情之類的話題，咱沒法談。

雙極膜僅僅是離子交換膜中的一種，可想而知， 雙極膜細(xì)分市場(chǎng)在整個(gè)膜市場(chǎng)中所占比非常小。但是由于雙極膜應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Ｒ?，一定程度上具有不可替代性，在目前受到廣泛關(guān)注的 高鹽廢水零排放系統(tǒng) 、 資源回收領(lǐng)域 、 有機(jī)產(chǎn)品清潔生產(chǎn) 新工藝中具有極大優(yōu)勢(shì)。

2-雙極膜/電滲析-原理

雙極膜一般由陰離子交換樹脂層（AL）、陽(yáng)離子交換樹脂層（CL）和中間層組成。

1. 中間層市場(chǎng)上常用別稱：過渡層、催化層、復(fù)合層、界面層等；

2. 中間層，厚度一般在10*10^-9m以內(nèi)（納米級(jí)別），且跟制膜原理、工藝有關(guān)；

（ 制膜工藝： 陰離子交換膜層+陽(yáng)離子交換膜層）

（ 雙極膜原理圖 ）

在直流電場(chǎng)的作用下，陰、陽(yáng)膜復(fù)合層間的 H2O 解離成 H+ 和 OH- ，并進(jìn)行離子定向遷移，分別通過陽(yáng)離子交換膜層和陰離子交換膜層，作為系統(tǒng) H + 和 OH - 離子供應(yīng)源。 H + 和 OH - 則主要通過過渡區(qū)水的解離而得到及時(shí)的補(bǔ)充，消耗的水又通過周圍溶液中的水向膜中間滲透而彌補(bǔ)。

3-雙極膜電滲析-應(yīng)用形式/領(lǐng)域

基于雙極膜的特點(diǎn)，配備不同的陽(yáng)離子交換膜、陰離子交換膜及其他配件，可以組裝成不同形式的雙極膜電滲析( 雙極膜電滲析的形式含：二隔室、三隔室、四隔室、五隔室等，感興趣的可以自己去拓展，核心原理沒變，）。

其中常規(guī)雙極膜電滲析（BPED或EDBM）主要作用如下：

1. （無(wú)機(jī)系統(tǒng)） 無(wú)機(jī)鹽制備對(duì)應(yīng)的酸和堿 ：硫酸鈉、氯化鈉 、硫酸鋰、硝酸鈉、氯化銨等；

2. （有機(jī)系統(tǒng)） 有機(jī)酸鹽制備對(duì)應(yīng)的有機(jī)酸和堿（有機(jī)堿鹽與之類似） ：酒石酸、葡萄糖酸、檸檬酸、維生素C、四甲基氫氧化銨、四丙基氫氧化銨等；

基于雙極膜制酸、堿功能，雙極膜電滲析在很多無(wú)機(jī)系統(tǒng)、有機(jī)系統(tǒng)中常常會(huì)被用來(lái)與電解法做對(duì)比。以純氯化鈉系統(tǒng)為例，兩種工藝差異對(duì)比如下：

（ 雙極電滲析、電解法簡(jiǎn)易原理圖）

（ 雙極電滲析、電解法工藝對(duì)比分析表）

4-雙極膜電滲析-廠家

國(guó)內(nèi)環(huán)保形勢(shì)嚴(yán)峻，盡管雙極膜起步晚，但是國(guó)內(nèi)的環(huán)保市場(chǎng)形勢(shì)給雙極膜電滲析創(chuàng)造了非常多的機(jī)會(huì)。而國(guó)內(nèi)實(shí)際的雙極膜電滲析應(yīng)用案例已經(jīng)非常多，Na2SO4、NaCl、NaNO3、Li2SO4、NH4Cl等含鹽廢水具有相應(yīng)的應(yīng)用案例。

盡管目前國(guó)內(nèi)所有電滲析廠家，都宣傳有雙極膜電滲析，但是其實(shí)國(guó)內(nèi)雙極膜電滲析應(yīng)用主要以進(jìn)口雙極膜為主，當(dāng)然也有為數(shù)不多的幾家公司在研發(fā)、生產(chǎn)國(guó)產(chǎn)雙極膜。具體情況如下：

1. 日本ASTOM：（公司簡(jiǎn)介點(diǎn)這里）目前國(guó)內(nèi)雙極膜應(yīng)用案例最多，日本技術(shù)團(tuán)隊(duì)可以做全程技術(shù)支持。在雙極膜設(shè)備形式、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)穩(wěn)定性上，行業(yè)綜合評(píng)價(jià)比較高，目前應(yīng)用主要涉及高鹽廢水、有機(jī)酸、有機(jī)堿等系統(tǒng)。

2. 德國(guó)Fumatech：（公司簡(jiǎn)介點(diǎn)這里）膜材料完全可以應(yīng)用于工業(yè)化，但是因?yàn)槟せ?、配件性能、供貨時(shí)間等細(xì)節(jié)問題，目前在國(guó)內(nèi)應(yīng)用偏少，主要應(yīng)用于部分有機(jī)產(chǎn)品清潔生產(chǎn)工藝中。

3. 法國(guó) （Eurodia Industrie Sa）、 捷克 （MEGA a.s.）、 法國(guó) （Suez Environnement）等，蘇伊士電滲析這一塊主要因?yàn)槭召?gòu)了GE水處理部門。整體上述幾個(gè)品牌雙極膜電滲析在國(guó)內(nèi)基本沒有應(yīng)用，但他們常規(guī)電滲析均在國(guó)外食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域有較多應(yīng)用。

通過研究雙極膜電滲析國(guó)際專利，發(fā)現(xiàn)很多的新思路、新想法。