我國(guó)中空纖維膜技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究

肖長(zhǎng)發(fā)，何本橋，武春瑞，龔耿浩，蔣士成,

（1.天津工業(yè)大學(xué)分離膜與膜過(guò)程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300387；2.中國(guó)石化儀征化纖有限責(zé)任公司，江蘇儀征211900）

一、前言

中空纖維膜是功能纖維材料與分離膜技術(shù)交叉形成的新型膜技術(shù)產(chǎn)品，具有單位體積裝填密度高、過(guò)濾面積大、占地面積小、成本相對(duì)低等優(yōu)勢(shì)，成為分離膜領(lǐng)域中發(fā)展最快、規(guī)模最大、產(chǎn)值最高的一類新型膜技術(shù)產(chǎn)品。中空纖維膜技術(shù)已成為環(huán)境保護(hù)、資源回收、新能源產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域共性關(guān)鍵技術(shù)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的重要共性支撐（見圖1），被發(fā)達(dá)國(guó)家列入重點(diǎn)優(yōu)先發(fā)展方向，也是我國(guó)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)、科技創(chuàng)新發(fā)展規(guī)劃的關(guān)鍵組成，如高性能分離膜技術(shù)被納入《中國(guó)制造2025》重點(diǎn)工程項(xiàng)目。本文從膜材料、應(yīng)用技術(shù)等多維度研究國(guó)內(nèi)外中空纖維膜技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，分析我國(guó)中空纖維膜技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的關(guān)鍵問題、技術(shù)與政策瓶頸，明晰中空纖維膜技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)任務(wù)和措施建議。通過(guò)總結(jié)和分析我國(guó)中空纖維膜技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢(shì)，為我國(guó)相關(guān)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展提供科學(xué)建議。

二、中空纖維膜技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求分析

（一）發(fā)展中空纖維膜技術(shù)是保障我國(guó)水安全的重要舉措

水資源匱乏和水污染問題已成為制約社會(huì)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸。我國(guó)主要城市中超過(guò)2/3的城市缺水，年缺水總量超過(guò)4×1010t。同時(shí)，我國(guó)每年污水排放量超過(guò)7.5×1010t [1]，而得到有效處理與回用的不足15%，造成嚴(yán)重的水資源浪費(fèi)、水污染問題。膜分離技術(shù)被公認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)污水資源化、保障飲用水安全最有效的技術(shù)手段。隨著近年來(lái)我國(guó)生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的提高、城鎮(zhèn)污水和工業(yè)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善，自來(lái)水廠升級(jí)改造、污水/廢水處理廠提標(biāo)改造將進(jìn)入了快速發(fā)展期，為中空纖維膜技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來(lái)新機(jī)遇和新要求。

（二）中空纖維膜技術(shù)是推動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要支撐

圖1中空纖維膜及其應(yīng)用領(lǐng)域

近年來(lái)，中空纖維膜技術(shù)應(yīng)用范圍已經(jīng)從水處理迅速拓展到石油化工、醫(yī)藥、生物、食品、電子、能源、大氣污染控制以及航天、軍工等領(lǐng)域，并逐漸替代蒸餾、萃取、吸附等傳統(tǒng)分離技術(shù)，成為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級(jí)、新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要支撐，為節(jié)能減排、清潔生產(chǎn)、產(chǎn)品品質(zhì)與系統(tǒng)效率提升提供創(chuàng)新性技術(shù)支撐。因此，發(fā)展中空纖維膜技術(shù)是實(shí)現(xiàn)諸多行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的戰(zhàn)略需求。

（三）中空纖維膜高端技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展日趨緊迫

歷經(jīng)50多年的發(fā)展，我國(guó)在反滲透、超濾和微濾等膜材料、組件及裝置方面已經(jīng)建立了較為完備的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)體系，具有較強(qiáng)的國(guó)際影響力和競(jìng)爭(zhēng)力；但膜科學(xué)基礎(chǔ)及應(yīng)用研究與國(guó)際頂尖水平仍有差距，高精度、高性能、特種分離膜產(chǎn)品與國(guó)際一流產(chǎn)品相比仍有較大差距，龐大的高端膜市場(chǎng)仍被國(guó)外企業(yè)壟斷。面對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)關(guān)鍵高新技術(shù)封鎖或保護(hù)的不到局面，推動(dòng)我國(guó)中空纖維膜技術(shù)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的需求日趨緊迫。

三、國(guó)內(nèi)外中空纖維膜技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析

在產(chǎn)能和市場(chǎng)規(guī)模方面，我國(guó)已經(jīng)成為中空纖維膜的生產(chǎn)和應(yīng)用大國(guó)。2018年全球中空纖維膜市場(chǎng)規(guī)模達(dá)1100億元，并以11%的年復(fù)合增長(zhǎng)率持續(xù)高速發(fā)展 [1]，2025年將達(dá)到2451億元。從市場(chǎng)區(qū)域分布來(lái)看，全球中空纖維膜市場(chǎng)集中在亞洲、北美、歐洲等地區(qū)。國(guó)外主要中空纖維膜生產(chǎn)廠商有蘇伊士環(huán)境集團(tuán)、科氏工業(yè)集團(tuán)、杜邦公司、旭化成集團(tuán)、三菱麗陽(yáng)株式會(huì)社、東洋紡株式會(huì)社、西門子股份公司等。這些知名企業(yè)以其品牌和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，占據(jù)了全球高端膜分離市場(chǎng)95%以上的份額。我國(guó)中空纖維膜市場(chǎng)規(guī)模穩(wěn)步增長(zhǎng)，2015年約為110億元，2020年達(dá)到300億元（占全球市場(chǎng)的20.7%、亞洲市場(chǎng)的50.1%） [1]，預(yù)計(jì)2025年達(dá)到600億元。2020年，我國(guó)從事中空纖維膜研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的企業(yè)有近200家，總產(chǎn)能超過(guò)1×108m2/a，但年產(chǎn)值億元以上的企業(yè)僅有十余家，產(chǎn)值及技術(shù)實(shí)力與國(guó)外企業(yè)相比仍有顯著差距。下面從中空纖維膜材料、膜應(yīng)用等細(xì)分方向?qū)χ锌绽w維膜的發(fā)展現(xiàn)狀和后續(xù)研發(fā)重點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步分析。

（一）中空纖維膜材料發(fā)展剖析

1. 中空纖維超/微濾膜

中空纖維超/微濾膜是我國(guó)產(chǎn)量最大、發(fā)展最為成熟、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力最強(qiáng)的膜品種。2018 年全球中空纖維超/微濾膜市場(chǎng)規(guī)模約為935億元，2020 年到1232億元；2018年我國(guó)中空纖維超/微濾膜市場(chǎng)規(guī)模約為196億元，2020 年達(dá)到267.9億元[1]。國(guó)際中空纖維超/微濾膜行業(yè)生產(chǎn)技術(shù)已基本成熟，形成了需求穩(wěn)定、產(chǎn)業(yè)充分競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)格局；美國(guó)、日本、歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)在高性能中空纖維超/微濾膜產(chǎn)品和技術(shù)創(chuàng)新能力上處于領(lǐng)先地位 [2]。國(guó)內(nèi)中空纖維超/微濾膜優(yōu)勢(shì)企業(yè)有北京碧水源科技股份有限公司、天津膜天膜科技股份有限公司、海南立昇凈水科技實(shí)業(yè)有限公司、鹽城海普潤(rùn)科技股份有限公司、北京賽諾膜技術(shù)有限公司、山東招金膜天股份有限公司等；通過(guò)原始創(chuàng)新與技術(shù)集成，推出了各具特色的新技術(shù)、新工藝、新產(chǎn)品，大量應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外大型水處理工程。未來(lái)，我國(guó)應(yīng)繼續(xù)強(qiáng)化在中空纖維超/微濾膜領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，重點(diǎn)加強(qiáng)中空纖維超/微濾膜綠色制備技術(shù)與特種分離膜新材料研究、高性能中空纖維超/微濾膜組件及其集成技術(shù)研究，推動(dòng)中空纖維超/微濾膜產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

2. 中空纖維納濾膜

由于中空纖維納濾膜制備技術(shù)的復(fù)雜性，高性能中空纖維納濾膜還未能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。國(guó)外長(zhǎng)期從事中空纖維納濾膜開發(fā)的膜企業(yè)有美國(guó)科氏工業(yè)集團(tuán)、德國(guó)贏創(chuàng)工業(yè)集團(tuán)、新加坡藍(lán)海機(jī)械有限公司等。我國(guó)中空纖維納濾膜的研發(fā)主體以高等院校、科研院所為主，如天津工業(yè)大學(xué)與天津膜天膜科技股份有限公司等合作開展了中空纖維納濾膜產(chǎn)業(yè)化探索，建成了年產(chǎn)能為4×105m2的實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了界面聚合法中空纖維納濾膜的連續(xù)穩(wěn)定制備。未來(lái)，我國(guó)應(yīng)繼續(xù)加快中空纖維納濾膜的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，重點(diǎn)開展中空纖維納濾膜高精度一體化連續(xù)制備技術(shù)與裝備的開發(fā)研究，力爭(zhēng)在世界率先實(shí)現(xiàn)中空纖維納濾膜的規(guī)模化生產(chǎn)。

3. 中空纖維反滲透膜

我國(guó)中空纖維反滲透膜無(wú)論是在研究深度還是應(yīng)用廣度方面都落后于國(guó)外同類產(chǎn)品。反滲透膜分離技術(shù)已成為海水和苦咸水淡化、純水和超純水制備的主流技術(shù)，在全球海水與苦咸水淡化市場(chǎng)的比重超過(guò)70% [3]。2019年，全球反滲透膜產(chǎn)值已超過(guò)60億美元。我國(guó)是全球最大的反滲透膜消費(fèi)國(guó)，占全球總消費(fèi)量的26% [4]。日本東洋紡公司是當(dāng)前國(guó)際上唯一的中空纖維反滲透膜（醋酸纖維素膜）供應(yīng)商；天津膜天膜科技股份有限公司開發(fā)了年產(chǎn)能為4×105m2的中空纖維反滲透膜實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)線，但產(chǎn)品分離性能仍待提升。未來(lái)，我國(guó)應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)中空纖維反滲透膜專用聚合物材料合成與結(jié)構(gòu)控制等基礎(chǔ)研究，開展高性能中空纖維反滲透膜連續(xù)化制備關(guān)鍵技術(shù)、高效率組件填充工藝?yán)碚摰妊芯俊?/p>

4. 中空纖維疏水膜

疏水膜技術(shù)已經(jīng)成為資源、環(huán)境、新能源及傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)物料分離純化的重要手段，在生物醫(yī)藥領(lǐng)域展現(xiàn)出強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭，相應(yīng)應(yīng)用市場(chǎng)規(guī)模達(dá)100 億美元[5]。國(guó)外在中空纖維疏水膜產(chǎn)業(yè)方面具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，疏水膜生產(chǎn)企業(yè)主要有日本住友電氣工業(yè)株式會(huì)社、三菱麗陽(yáng)株式會(huì)社，美國(guó)明尼蘇達(dá)礦業(yè)及機(jī)器制造公司（3M）、默克密理博公司、戈?duì)柟镜?。?guó)外膜科技與產(chǎn)業(yè)界逐步形成了以疏水膜微結(jié)構(gòu)調(diào)控與超疏水膜制備、新型膜接觸器設(shè)計(jì)與過(guò)程強(qiáng)化方法、面向新應(yīng)用領(lǐng)域的疏水膜過(guò)程工藝開發(fā)等為主的研發(fā)布局[6]。我國(guó)中空纖維疏水膜產(chǎn)業(yè)起步雖晚，但已初具規(guī)模，逐步建立了從疏水膜研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化到工程應(yīng)用的技術(shù)與產(chǎn)業(yè)鏈，并在超疏水膜技術(shù)方向初步形成領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。未來(lái)，我國(guó)應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)高性能中空纖維疏水膜材料制備關(guān)鍵技術(shù)、中空纖維疏水膜組件、膜過(guò)程與強(qiáng)化方法、裝備-集成系統(tǒng)和應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)等研究，特別是開展中空纖維疏水膜在人工肺等生物醫(yī)藥領(lǐng)域的專項(xiàng)研發(fā)。

5. 無(wú)機(jī)中空纖維膜

國(guó)外無(wú)機(jī)中空纖維微濾、超濾、納濾膜已經(jīng)實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。2016年全球中空纖維陶瓷膜市場(chǎng)規(guī)模為9900萬(wàn)美元，預(yù)計(jì)2025年達(dá)到2億美元[7,8]。國(guó)外已產(chǎn)業(yè)化的無(wú)機(jī)中空纖維膜主要是Al2O3陶瓷和不銹鋼中空纖維膜，生產(chǎn)和研發(fā)企業(yè)集中在美國(guó)、日本、歐洲。目前，我國(guó)無(wú)機(jī)膜以管式膜為主，無(wú)機(jī)中空纖維膜的核心制備技術(shù)及生產(chǎn)設(shè)備仍未能自主掌握。國(guó)內(nèi)無(wú)機(jī)中空纖維膜還未見商業(yè)化產(chǎn)品，高性能無(wú)機(jī)中空纖維膜產(chǎn)業(yè)缺口巨大。未來(lái)，我國(guó)應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)無(wú)機(jī)中空纖維膜制備技術(shù)與裝備、高性能無(wú)機(jī)中空纖維膜新產(chǎn)品及高端應(yīng)用研究以及無(wú)機(jī)中空纖維膜工程應(yīng)用技術(shù)、裝備系統(tǒng)開發(fā)等。

（二）中空纖維膜應(yīng)用發(fā)展剖析

1. 水處理應(yīng)用

我國(guó)具有世界最大的中空纖維膜水處理應(yīng)用市場(chǎng)。世界水處理市場(chǎng)規(guī)模已超過(guò)1萬(wàn)億美元 [9]，我國(guó)“十三五”時(shí)期的污水處理市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到1.39 萬(wàn)億元。膜法水處理市場(chǎng)份額快速增長(zhǎng)，以中空纖維膜為代表的膜分離技術(shù)在世界膜法水處理市場(chǎng)占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)地位且呈快速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。隨著膜材料成本的持續(xù)下降、工藝穩(wěn)定性的不斷提高，加拿大、新加坡、英國(guó)、澳大利亞、以色列等國(guó)家先后建成了不同規(guī)模的超濾水廠；以內(nèi)襯超濾膜為核心的膜生物反應(yīng)器（MBR）技術(shù)憑借出水水質(zhì)好、占地面積小、運(yùn)行控制方便等優(yōu)勢(shì)，已在市政污水和工業(yè)廢水深度處理與回用方向得到廣泛應(yīng)用。未來(lái)，為適應(yīng)環(huán)境和資源高質(zhì)量發(fā)展要求，我國(guó)應(yīng)加強(qiáng)基于界面過(guò)程的膜污染理論與控制策略研究，開發(fā)面向污水資源化與能源化的水處理新技術(shù)以及面向健康飲水的關(guān)鍵技術(shù)，研制高效模塊化的膜裝備，構(gòu)建“智慧水務(wù)”系統(tǒng)。

2.石油化工應(yīng)用

國(guó)際上，中空纖維膜在石油化工領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，在石油煉化、油田采出水和石化廢水處理、石化制品及衍生品生產(chǎn)、滲透汽化分離、高純氣體制備等方向擁有廣闊的市場(chǎng)。在我國(guó)石化行業(yè)，中空纖維膜應(yīng)用集中在油田采出水和石化廢水處理、有機(jī)溶劑純化回收處理、氣體分離中揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）回收處理等方向。國(guó)內(nèi)涉及石化領(lǐng)域應(yīng)用的中空纖維氣體分離膜企業(yè)主要有大連天邦膜技術(shù)國(guó)家工程研究中心有限責(zé)任公司、大連歐科膜技術(shù)工程有限公司等，但年產(chǎn)值規(guī)模較小。未來(lái)，我國(guó)應(yīng)加強(qiáng)在石化廢水深度處理、氣體分離方向的中空纖維特種膜材料、膜工藝及過(guò)程強(qiáng)化研究，開展分離膜組件、裝備和產(chǎn)品開發(fā)，實(shí)現(xiàn)石化廢水資源化利用、氣體分離、有機(jī)氣液物質(zhì)的分離純化等。

3.生物醫(yī)藥應(yīng)用

中空纖維膜在人工腎（血液透析）、人工肺（氧合膜）、血液成分分離、中西藥藥劑分離純化等生物醫(yī)藥領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[10]。2019年全球血液透析市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到800億美元，預(yù)計(jì)2025年達(dá)到1015億美元。2018年中國(guó)血液透析市場(chǎng)規(guī)模為335億元，預(yù)計(jì)到2025年達(dá)1125億元[11]。國(guó)際知名的中空纖維血液透析膜供應(yīng)商有德國(guó)費(fèi)森尤斯集團(tuán)、美國(guó)百特國(guó)際有限公司、美國(guó)達(dá)維塔保健合作公司、日本旭化成株式會(huì)社、德國(guó)MEMBRANA公司等。我國(guó)從事中空纖維血液透析膜生產(chǎn)的企業(yè)有山東威高集團(tuán)、廣州貝恩醫(yī)療設(shè)備有限公司、廣東寶萊特醫(yī)用科技股份有限公司等；國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品約占我國(guó)血液透析膜市場(chǎng)份額的40%，但核心技術(shù)及原材料仍源于國(guó)外。新型冠狀病毒肺炎疫情期間廣為人知的心肺系統(tǒng)重癥治療設(shè)備——體外膜肺氧合（ECMO，即人工肺），全球僅有德國(guó)邁維柯公司、美國(guó)美敦力公司、英國(guó)索林公司等10余家廠商具有研發(fā)生產(chǎn)能力，而我國(guó)在相關(guān)領(lǐng)域仍存在技術(shù)空白，亟待突破。未來(lái)，我國(guó)應(yīng)加強(qiáng)血液相容性中空纖維血液透析膜制膜原料及膜表面處理技術(shù)研究，支持中空纖維氧合膜技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的科技創(chuàng)新、藥物分離純化和精密分離用中空纖維膜技術(shù)創(chuàng)新。

4.食品飲品應(yīng)用

在數(shù)十年間，中空纖維膜在食品飲品領(lǐng)域的應(yīng)用迅速發(fā)展，涉及果汁飲料、乳品、豆制品、酒類等產(chǎn)品品質(zhì)與生產(chǎn)效率提升以及食品飲品行業(yè)廢水減排與資源回收等 [12,13]。我國(guó)中空纖維膜技術(shù)在食品飲品領(lǐng)域的應(yīng)用與國(guó)外基本同步，蒙牛乳業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司、伊利股份有限公司、光明乳業(yè)股份有限公司、北京匯源食品飲料有限公司等規(guī)模較大的飲品企業(yè)皆已使用膜技術(shù)提升產(chǎn)品品質(zhì)。我國(guó)自主研發(fā)的中空纖維超/微濾膜與國(guó)外同類產(chǎn)品相比，膜孔徑分布較寬，分離精度較差，抗污染性能不強(qiáng)；附加值較高的食品飲品等高端中空纖維超/微濾膜市場(chǎng)多被國(guó)外品牌占據(jù)。未來(lái)，我國(guó)應(yīng)加強(qiáng)食品級(jí)專用中空纖維膜材料及綠色制備技術(shù)、高精度抗污染中空纖維膜產(chǎn)品、膜耦合集成與分級(jí)分離技術(shù)的研究。

（三）中空纖維膜技術(shù)整體科研態(tài)勢(shì)分析

從研究論文和專利來(lái)看，我國(guó)已是世界中空纖維膜的研究大國(guó)。2008—2019 年全球發(fā)表的中空纖維膜技術(shù)相關(guān)SCI論文共計(jì)4314 篇[14]，其中我國(guó)發(fā)文數(shù)量為1476篇，占世界總量的34.22%，明顯領(lǐng)先其他國(guó)家。但從總被引頻次來(lái)看，新加坡國(guó)立大學(xué)排名第一，新加坡南洋理工大學(xué)排名第二；中國(guó)入榜單位有浙江大學(xué)、天津工業(yè)大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院，分別位列第五、第六、第七，這說(shuō)明我國(guó)中空纖維膜技術(shù)創(chuàng)新質(zhì)量仍待提高。世界涉及中空纖維膜技術(shù)的專利申請(qǐng)共計(jì)6525項(xiàng)，排名前二十的機(jī)構(gòu)共申請(qǐng)3093項(xiàng)，占全部專利項(xiàng)數(shù)的47.4%。在中空纖維膜國(guó)際專利申請(qǐng)量機(jī)構(gòu)排名中，日本企業(yè)占據(jù)前五位，且前二十名中共有8家日本企業(yè)；我國(guó)僅有中國(guó)石油化工股份有限公司（第六）、天津工業(yè)大學(xué)（第七）進(jìn)入排名。中空纖維膜領(lǐng)域的中國(guó)專利申請(qǐng)共3150項(xiàng)，占全球?qū)＠暾?qǐng)總量的48.28%，但專利權(quán)人以國(guó)外企業(yè)為主，國(guó)內(nèi)機(jī)構(gòu)的專利占比仍處于劣勢(shì)[14,15]。

四、我國(guó)中空纖維膜技術(shù)和產(chǎn)業(yè)存在的問題

經(jīng)過(guò)50多年的發(fā)展，我國(guó)分離膜技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，建立了適合國(guó)情的膜材料設(shè)計(jì)與制備的理論框架，形成了一系列具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、性能良好的膜產(chǎn)品，開發(fā)了系列膜集成技術(shù)和裝備。但與美國(guó)、日本、歐洲等膜產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國(guó)和地區(qū)相比，我國(guó)中空纖維膜技術(shù)和產(chǎn)業(yè)當(dāng)前還存在明顯不足[15,16]，主要表現(xiàn)在以下4個(gè)方面。

（一）制膜原材料國(guó)產(chǎn)化率低，分離膜品質(zhì)仍待提升

制備微/超濾膜、反滲透、氣體分離膜等的主要傳統(tǒng)膜原料，如聚偏氟乙烯（PVDF）、聚醚砜（PES）、聚砜（PSF）、三醋酸纖維素（CTA）、聚甲基戊烯（PMP）等國(guó)產(chǎn)化率低，國(guó)產(chǎn)原料在分子量、分布指數(shù)控制等方面與國(guó)外同類產(chǎn)品還有較大差距，部分材料被國(guó)外禁運(yùn)。剖析原因，我國(guó)膜科技產(chǎn)業(yè)與上游原材料產(chǎn)業(yè)的協(xié)同創(chuàng)新不充分，專用聚合物材料的開發(fā)、科技攻關(guān)投入不足。因此，我國(guó)亟需針對(duì)膜材料需求，構(gòu)建聚合物材料開發(fā)、聚合反應(yīng)控制、分離膜成形等多學(xué)科協(xié)同創(chuàng)新機(jī)制，在重點(diǎn)分離膜原材料領(lǐng)域?qū)嵤┘夹g(shù)突破，打破國(guó)外技術(shù)與產(chǎn)品壟斷。

（二）分離膜品類較單一，關(guān)鍵膜技術(shù)產(chǎn)品存在空白

國(guó)產(chǎn)膜品種較少，僅集中在中空纖維膜超/微濾膜等單一方向，產(chǎn)品多應(yīng)用于附加值較低的中低端領(lǐng)域；與國(guó)外同類產(chǎn)品相比，存在品質(zhì)穩(wěn)定性低，膜分離精度、抗污染性能有待提升等問題。我國(guó)血液氧合、特種分離等膜技術(shù)與產(chǎn)品市場(chǎng)仍被國(guó)外企業(yè)壟斷，是當(dāng)前亟需突破的“卡脖子”環(huán)節(jié)。剖析原因，我國(guó)在醫(yī)用疏水膜、新膜技術(shù)開發(fā)等方向的投入力度不足，“產(chǎn)學(xué)研用”協(xié)同缺失，創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化滯后。因此，我國(guó)應(yīng)針對(duì)重點(diǎn)應(yīng)用和國(guó)家戰(zhàn)略需求，靈活組建“產(chǎn)學(xué)研用”技術(shù)和產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，集中力量開展科技攻關(guān)，盡快實(shí)現(xiàn)科技與產(chǎn)業(yè)突破。

（三）自主創(chuàng)新意愿不強(qiáng)、創(chuàng)新活力與能力不足、技術(shù)與產(chǎn)品迭代滯后

國(guó)內(nèi)企業(yè)跟蹤開發(fā)的產(chǎn)品較多，自主創(chuàng)新的產(chǎn)品較少，獲得專利數(shù)量偏少；知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)力度不夠，企業(yè)自主創(chuàng)新意愿不強(qiáng)，導(dǎo)致國(guó)產(chǎn)膜材料的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力較低，高端市場(chǎng)占有率極低；“產(chǎn)學(xué)研用”合作機(jī)制不健全，研發(fā)與產(chǎn)業(yè)需求脫節(jié)嚴(yán)重，成果轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化存在障礙。剖析原因，國(guó)家對(duì)企業(yè)投入科技研發(fā)、協(xié)同創(chuàng)新的引導(dǎo)與支持政策仍顯不足，對(duì)科技成果轉(zhuǎn)化的推動(dòng)與保護(hù)政策有待完善。

（四）市場(chǎng)規(guī)范管理與標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)有待完善

我國(guó)在中空纖維膜產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)方面存在明顯的短板。中空纖維膜產(chǎn)業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定相對(duì)滯后，產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行不到位，知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)和維護(hù)機(jī)制不健全。這些問題導(dǎo)致市場(chǎng)上國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品同質(zhì)化現(xiàn)象嚴(yán)重，且多集中于低科技含量產(chǎn)品方向；產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，企業(yè)創(chuàng)新投入動(dòng)力不足，嚴(yán)重影響了中空纖維膜技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展進(jìn)程。

五、中空纖維膜技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展目標(biāo)與主要任務(wù)

當(dāng)前，中空纖維膜領(lǐng)域的重點(diǎn)工作有：解決一系列“卡脖子”問題并開發(fā)前瞻性技術(shù)，支持原創(chuàng)研究與產(chǎn)品研發(fā)，推進(jìn)具有應(yīng)用潛力的新膜技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，利用膜技術(shù)促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)并拓展膜技術(shù)在新興產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用，推動(dòng)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革和高端制造戰(zhàn)略實(shí)施。

到2025年，重點(diǎn)解決中空纖維膜領(lǐng)域的一系列“卡脖子”問題，在制膜原材料、高端分離膜制造與應(yīng)用等方面初步形成國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力；中空纖維超/微濾膜行業(yè)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，在部分新膜及生物醫(yī)用專用膜方向?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化突破；顯著提高傳統(tǒng)膜原材料的自給率，開發(fā)新型自具微孔聚合物（PIM）材料、有機(jī)框架（MOF/COF）材料、聚甲基戊烯（PMP）、分子篩膜材料，聚芳硫醚等特種分離膜原材料及相應(yīng)的制膜技術(shù)與裝備。

到2030年，重點(diǎn)開發(fā)一系列前瞻性中空纖維新膜技術(shù)，實(shí)現(xiàn)膜技術(shù)在新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用；中空纖維納濾膜、中空纖維無(wú)機(jī)膜達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，氣體分離、生物醫(yī)藥和食品飲品等領(lǐng)域?qū)Ｓ弥锌绽w維膜技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平；實(shí)現(xiàn)中空纖維膜產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，建立完善的廢膜回收與再利用技術(shù)體系。

為此，我們建議在以下4個(gè)方向重點(diǎn)開展研究工作，支持相關(guān)膜技術(shù)的開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

（一）開展高性能中空纖維超/微濾膜的綠色制造與產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型

逐步改變制膜原材料長(zhǎng)期依賴進(jìn)口的不利局面，開發(fā)制膜原材料的綠色規(guī)?；€(wěn)定合成工藝；發(fā)展中空纖維超/微濾膜的智能化生產(chǎn)工藝，實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程的自動(dòng)化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化，支持膜結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)調(diào)控。推動(dòng)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，開發(fā)萬(wàn)噸級(jí)模塊化處理系統(tǒng)、節(jié)能型中空纖維膜過(guò)濾系統(tǒng)，建立基于全過(guò)程信息感知、智能決策、自動(dòng)控制、精準(zhǔn)管理的分離膜產(chǎn)品運(yùn)營(yíng)與智能控制平臺(tái)，逐步實(shí)現(xiàn)“智慧水務(wù)”。

（二）開發(fā)高品質(zhì)中空纖維疏水膜并進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化

開發(fā)新型超疏水聚合物原材料，加強(qiáng)中空纖維疏水膜表界面與孔結(jié)構(gòu)精確調(diào)控方法研究，實(shí)現(xiàn)孔徑均一、疏水穩(wěn)定性佳、傳質(zhì)效率高的中空纖維疏水膜產(chǎn)業(yè)化，全面提升國(guó)產(chǎn)疏水膜品質(zhì)，打破ECMO膜等高端中空纖維疏水膜產(chǎn)品的國(guó)外壟斷。開展超疏水、雙疏型中空纖維膜構(gòu)建方法研究，實(shí)現(xiàn)超疏水、雙疏型中空纖維膜連續(xù)可控制備。增強(qiáng)面向工程應(yīng)用的中空纖維疏水膜組件、裝備、過(guò)程強(qiáng)化方法、集成技術(shù)體系開發(fā)，促進(jìn)中空纖維疏水膜在資源提取、新能源、生物醫(yī)藥科技等領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用。

（三）研發(fā)中空纖維新膜技術(shù)并進(jìn)行工程示范

準(zhǔn)確把握分離膜國(guó)際前沿研究方向，加快推進(jìn)中空纖維納濾、反滲透膜、無(wú)機(jī)中空纖維膜等產(chǎn)業(yè)化技術(shù)開發(fā)，加強(qiáng)正滲透、智能響應(yīng)、催化分離、親和與動(dòng)態(tài)傳輸、儲(chǔ)能及色譜膜技術(shù)等創(chuàng)新研究。探索構(gòu)建綠色高效的新膜過(guò)程、過(guò)程強(qiáng)化及多過(guò)程耦合增效方法，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵新膜產(chǎn)品的規(guī)?；苽渑c工程示范。

（四）研究廢舊膜產(chǎn)品回收與再利用技術(shù)

研究膜材料失效機(jī)理，建立膜材料成分、理化性能、微結(jié)構(gòu)演化模型與評(píng)估方法，開發(fā)膜材料延壽與再制造新工藝，最大化利用廢舊膜材料。研究再制造膜材料與應(yīng)用過(guò)程匹配技術(shù)，形成廢舊復(fù)合膜材料高效回收與高值再利用成套技術(shù)。研究膜材料標(biāo)識(shí)與識(shí)別技術(shù)，開發(fā)膜材分揀技術(shù)，建立專業(yè)技術(shù)服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)廢舊膜產(chǎn)品的資源化再利用，解決每年數(shù)千萬(wàn)平方米膜組件退役產(chǎn)生的大量固體廢物與資源浪費(fèi)問題。

六、對(duì)策建議

（一）創(chuàng)新人才管理模式，激發(fā)產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新動(dòng)力

中空纖維膜技術(shù)涉及紡織、材料、化工、環(huán)境、機(jī)械、控制等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，然而具有多學(xué)科交叉知識(shí)背景的專業(yè)人員極為短缺。建議探索更加靈活開放的人才培養(yǎng)機(jī)制，促進(jìn)以多學(xué)科為基礎(chǔ)的分離膜專業(yè)高端人才培育；建立以行業(yè)龍頭企業(yè)、膜相關(guān)的國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和國(guó)家工程中心為主體的高性能膜材料創(chuàng)新中心，促進(jìn)科技隊(duì)伍的多學(xué)科交流合作與創(chuàng)新，加強(qiáng)膜領(lǐng)域貫通式人才隊(duì)伍培養(yǎng)。整合制膜原材料（上游）、制膜裝備和膜制備技術(shù)（中游）、膜應(yīng)用（下游）技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的全鏈條資源，垂直建立產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，激發(fā)產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新動(dòng)力，不斷提升我國(guó)膜產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平。

（二）加大資源投入，促進(jìn)膜材料創(chuàng)新研究

綜合性運(yùn)用財(cái)政投資政策、稅收優(yōu)惠政策、融資優(yōu)惠政策、人才政策；充分運(yùn)用市場(chǎng)機(jī)制，鼓勵(lì)和引導(dǎo)社會(huì)資金進(jìn)入膜產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)；探索產(chǎn)業(yè)投資基金、風(fēng)險(xiǎn)投資基金等投資形式，通過(guò)國(guó)家投入帶動(dòng)社會(huì)投資，引導(dǎo)各類金融機(jī)構(gòu)資金支持膜產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。加大國(guó)家基礎(chǔ)領(lǐng)域研究項(xiàng)目對(duì)制膜原材料基礎(chǔ)與應(yīng)用研究的支持力度，鼓勵(lì)社會(huì)資本介入創(chuàng)新鏈并向創(chuàng)新鏈前端延伸，借助社會(huì)資本的市場(chǎng)敏感性和企業(yè)家精神，提升技術(shù)開發(fā)的有效性、時(shí)效性和轉(zhuǎn)化效率。

（三）強(qiáng)化行業(yè)規(guī)范，增強(qiáng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)和標(biāo)準(zhǔn)化工作

建議實(shí)行嚴(yán)格的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)制度，健全知識(shí)產(chǎn)權(quán)維權(quán)援助體系；研究制定降低中小企業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)及維權(quán)成本的政策措施；強(qiáng)化知識(shí)產(chǎn)權(quán)運(yùn)用，鼓勵(lì)和支持運(yùn)用知識(shí)產(chǎn)權(quán)參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，引導(dǎo)有序競(jìng)爭(zhēng)。加強(qiáng)能效標(biāo)準(zhǔn)、水效標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)以及不同應(yīng)用領(lǐng)域膜技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建設(shè)，推進(jìn)廢舊膜絲回收和再利用的規(guī)范工作；加大與主要貿(mào)易國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)互認(rèn)力度，以國(guó)外膜工程示范應(yīng)用為基礎(chǔ)，共同開展國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)研究和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定。

（四）加強(qiáng)國(guó)際合作，開拓國(guó)際市場(chǎng)

結(jié)合“一帶一路”倡議的頂層布局，以膜技術(shù)為紐帶，加強(qiáng)科技人文交流，建立國(guó)家間聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，搭建中空纖維膜產(chǎn)業(yè)國(guó)際化發(fā)展合作與服務(wù)平臺(tái)；加強(qiáng)品牌國(guó)際化建設(shè)，為中空纖維膜企業(yè)“走出去”提供技術(shù)、信息、政策需求支撐；推動(dòng)水處理等技術(shù)的跨國(guó)應(yīng)用與轉(zhuǎn)移，服務(wù)“一帶一路”沿線國(guó)家的環(huán)境保護(hù)需求。

致謝

衷心感謝項(xiàng)目組全體同志的辛勤勞動(dòng)和貢獻(xiàn)及相關(guān)單位給予的大力支持！