東岳離子膜DF2807 的應(yīng)用

宗少杰

（山東東岳集團(tuán)含氟功能膜材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東桓臺256401）

離子膜是氯堿工業(yè)核心設(shè)備電解裝置的核心，中國氯堿工業(yè)的起步雖然晚于歐美、日本等國家，但是隨著改革開放后國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，中國氯堿工業(yè)得到快速的增長，截至2018 年底，全國燒堿企業(yè)161 家，燒堿總產(chǎn)能達(dá)到4 259 萬t，無論是氯堿產(chǎn)能還是產(chǎn)量均位居世界首位[1]。但裝置所需離子膜之前100%依賴進(jìn)口，氯堿工業(yè)安全運(yùn)行的“命門”一直卡在他國手中。東岳集團(tuán)歷經(jīng)八年科研攻關(guān)氯堿離子膜，在2010 年9 月成功下線，此舉打破了美國、日本長期對該項(xiàng)技術(shù)的壟斷，中國成為全球第三個(gè)擁有氯堿離子膜核心技術(shù)和生產(chǎn)能力的國家。截至目前， 東岳集團(tuán)已經(jīng)推出最新一代高性能氯堿膜DF2807。本文將主要從國產(chǎn)離子膜的發(fā)展歷程、性能指標(biāo)、市場應(yīng)用3 個(gè)方面對國產(chǎn)離子膜的當(dāng)前現(xiàn)狀做詳細(xì)闡述。

1 東岳離子膜的發(fā)展歷程

山東東岳集團(tuán)自2009 年實(shí)現(xiàn)離子膜工業(yè)化生產(chǎn)至今，從最初一代不帶犧牲芯材的離子膜DF988，到目前向市場上推出的最新一代高性能復(fù)合離子膜DF2807（見圖1），國產(chǎn)離子膜經(jīng)歷了多代的推陳出新。經(jīng)歷了近十年的市場化應(yīng)用，始終把質(zhì)量安全放在化工生產(chǎn)的首位。多年來通過自身應(yīng)用和第三方的客戶端應(yīng)用，積累了大量的應(yīng)用案例，收集了大量使用數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析和客戶的反饋，在研發(fā)方面持續(xù)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)和設(shè)備升級，使得國產(chǎn)離子膜能夠穩(wěn)定的推向市場，并取得了較好的應(yīng)用效果。

針對減少離子膜針孔率的出現(xiàn)，東岳在加工工藝上不斷改進(jìn)，發(fā)明了獨(dú)有的單面微轉(zhuǎn)型技術(shù)，使得離子膜在加工和后期的使用過程中大大降低了針孔發(fā)生率，保證了離子膜的使用壽命和穩(wěn)定性。在離子膜強(qiáng)度方面，通過不斷調(diào)整編制結(jié)構(gòu)，每2 條主纖維之間增加4 束犧牲纖維，大大增加了單位面積上的離子交換通道，從而達(dá)到提高電流效率，降低膜電壓的效果。在涂層方面，通過優(yōu)化溶液配方和噴涂工藝，提供更加疏松、立體、多孔的微觀結(jié)構(gòu)，形成更加高效的氣體疏散通道，更大程度降低了槽電壓[2]，樹脂加工方面，通過不斷調(diào)整磺酸層和羧酸層的熔融指數(shù)，使兩層之間的加工溫度能夠更加吻合，提高了雙層間的結(jié)合牢固度，大大減少了離子膜的起泡現(xiàn)象。

圖1 高性能離子膜DF2807結(jié)構(gòu)

2 DF2807 的性能指標(biāo)

2.1 DF2807 的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

山東東岳集團(tuán)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室圍繞氯堿離子膜DF2807 的力學(xué)性能和應(yīng)用指標(biāo)嚴(yán)格進(jìn)行檢測，以保證離子膜的出廠質(zhì)量，DF2807 某批次的力學(xué)性能指標(biāo)見表1。

表1 DF2807膜的力學(xué)性能

為了保證離子膜各批次之間電解數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性， 東岳集團(tuán)自主研發(fā)制作了小型的電解測試裝置，DF2807 某批次的實(shí)驗(yàn)室電解數(shù)據(jù)見表2。從離子膜的各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，DF2807 的各項(xiàng)性能指標(biāo)能夠達(dá)到正常氯堿工業(yè)的使用要求。

表2 DF2807膜在實(shí)驗(yàn)室電解數(shù)據(jù)

2.2 DF2807 工業(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)

離子膜的工業(yè)化應(yīng)用數(shù)據(jù)更能反映真實(shí)的使用效果，國產(chǎn)離子膜在市場推廣中往往要拿來與國外同類產(chǎn)品進(jìn)行比較，以便真實(shí)了解國產(chǎn)離子膜的性能水平和產(chǎn)品定位，使應(yīng)用客戶更加直觀的了解到國產(chǎn)膜應(yīng)用情況。在整個(gè)氯堿生產(chǎn)中，槽電壓是評價(jià)離子膜性能的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，可直接反映生產(chǎn)過程中的電耗和離子膜性能。

下面是不同條件下DF2807 和國外同類離子膜的電壓對比數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)顯示DF2807 的關(guān)鍵性能指標(biāo)能夠達(dá)到國外同類產(chǎn)品水平。

(1) DF2807 同槽電壓數(shù)據(jù)對比

相對非同槽的對比，同槽對比排除了電解槽槽況的差異、運(yùn)行條件差異、操作水平差異等影響，反映的數(shù)據(jù)更具有可對比性。 圖2 為東岳離子膜DF2807 在福建某公司的運(yùn)行數(shù)據(jù)情況，該樣本安裝的對比離子膜為國外某型號離子膜，相同電流密度下，數(shù)據(jù)顯示DF2807 比該型號離子膜平均電壓低大約30 mV。

(2) DF2807 非同槽電壓數(shù)據(jù)對比

整套運(yùn)行數(shù)據(jù)反應(yīng)了離子膜的整體運(yùn)行穩(wěn)定性，在多片離子膜樣本下能夠更好的觀測到槽電壓的偏差值和偏差范圍，反映出國產(chǎn)離子膜的運(yùn)行穩(wěn)定情況。圖3 是國產(chǎn)離子膜DF2807 在上海某氯堿廠的運(yùn)行情況，對比膜為國外某品牌最新型號離子膜。從圖3 中可以看出，DF2807 在同等電流密度下與國外最新型號離子膜在整體電壓方面基本保持平行，電壓也相對比較均勻穩(wěn)定。

(3) DF2807 電壓老化數(shù)據(jù)對比

離子膜隨運(yùn)行時(shí)間的增長，離子膜會產(chǎn)生老化，性能會有所下降，槽電壓會有相應(yīng)的增長。當(dāng)然槽電壓增長的速度與電解槽槽況、鹽水質(zhì)量、操作工藝等都有較大關(guān)系。圖4 為DF2807 在上海某氯堿廠樣本運(yùn)行約1 年槽電壓的增長情況，數(shù)據(jù)顯示槽電壓增長約40 mV。

圖2 東岳DF2807同槽電壓對比

圖3 東岳DF2807非同槽電壓對比

圖4 東岳DF2807電壓老化趨勢簡圖

圖5 國外某型號離子膜電壓老化趨勢簡圖

圖5 為國外某型號離子膜運(yùn)行約1 年時(shí)間槽電壓的增長情況，數(shù)據(jù)顯示槽電壓增長約80 mV。經(jīng)調(diào)查該樣本安裝國外某型號的電解槽工況稍差，但不妨礙反映出國產(chǎn)離子膜的電壓增長趨勢和老化指標(biāo)在可控范圍之內(nèi)。

3 結(jié)語

中國從上世紀(jì)60 年代就針對氯堿用離子膜技術(shù)展開攻關(guān)，幾十年來業(yè)內(nèi)的專家前赴后繼、苦心研發(fā)，歷經(jīng)7 個(gè)五年計(jì)劃始終沒有放棄，離子膜才能夠克服種種困難，打破壟斷實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，這是幾代中國氯堿人的夢想。夢想雖然得以實(shí)現(xiàn)，但由于多年來國外對離子膜市場壟斷，氯堿企業(yè)形成的固有用膜習(xí)慣等原因，國產(chǎn)離子膜的市場化應(yīng)用和后續(xù)研發(fā)仍然面臨很大的困難和挑戰(zhàn)。雖然目前國產(chǎn)膜的市場應(yīng)用數(shù)據(jù)還不是很完善，但通過多年來國內(nèi)一部分氯堿企業(yè)的大力支持和應(yīng)用，最新一代離子膜DF2807 的關(guān)鍵性能指標(biāo)已經(jīng)能夠達(dá)到國外同類產(chǎn)品水平。