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創新:民族膜產業發展之魂
時間: 2018/12/14 10:20:31 作者: 來源:
創新:民族膜產業發展之魂
——訪北京坎普爾公司董事長孟廣禎博士
記者 劉燕
編者按:言及“創新”,國人心中不免產生好多豪邁之情,60年來共和國的每一個進步都飽含了多少人的敢為天下先的創新志氣。但是這種豪邁的背后卻是突破重圍、舉步維艱的歷練。今天中國的民族工業依然面對著種種的技術和貿易壁壘,謀生存、求發展,都要從創新中找到出路。復合熱致相制膜技術的發明者坎普爾公司的創新之路同樣充滿了沖破壁壘的艱辛和超越優秀的傳奇。當創新的旅途被智慧照亮,企業的未來正如雨后的陽光。
技術創新“沖破壁壘”
長久以來,復合熱致相分離法生產聚偏氟乙稀中空纖維膜受制于國外壟斷,而在今年4月份,北京坎普爾宣布實現產業化,您能談談這項技術實現產業化的歷程和感想嗎?
孟廣禎:眾所周知,水資源的匱乏已經影響到中國可持續發展,尤其對于北京這樣一個擁有近2000萬人口的中心城市而言,形勢更為嚴峻。在污水處理和再生水等方面,膜技術具有廣泛的應用空間。高性能的膜產品制造技術將對中國經濟長期的可持續性發展起到深遠的作用。為此北京市科委于2006年啟動了一個重大科技攻關項目“熱致相分離法制備聚偏氟乙烯毛細管膜”,希望產學研合力占據水處理膜制造方法的制高點。我們公司有幸參加了這一重大科技攻關。

  這一科技攻關初期出現的最大困難就是日本政府以涉及國家安全為由限制熱致相分離制膜法核心設備的出口?;A研究的核心設備進口受阻使公司研發團隊對這一科技攻關項目的前途充滿疑慮。經過將近一年的痛苦掙扎和思考,我們研發團隊最終統一了思想,明確了我們科技攻關的目標是突破外國的壟斷而不是在依賴進口設備的前提下尋找被動的出路。目標明確后,在北京市科委領導的關懷下、在清華大學王曉琳教授和其他膜專家的支持下,在著名膜專家祝振鑫老師和公司黃立洲研發總工程師的領導下,我們義無反顧地開始了從基礎理論、實施方法直至設備制造的全面創新,開創了一種全新的熱致相分離制膜方法,并將之命名為“復合熱致相分離法”。自2008 年初開始,我們發揮公司研發優勢,打破條條框框,調動了包括高分子化學、化工、紡絲工藝、自動控制、污水處理、設備制造、設備安裝、設備調試、質量檢驗等多方面的技術力量和工種參與研發,總共用了十五個月完成了從基礎理論、小試、中試一直到產業化的歷程。風雨過后見彩虹。如今這一研究成果得到了有關專家的普遍贊譽。復合熱致相分離法生產的聚偏氟乙烯中空纖維膜也已經在多個工程應用中獲得了成功。這一歷程可以說是在政府支持下民族工業依靠自身創造力實現技術超越的真實寫照。
產品創新“超越優秀”
        TIPS法制備的PVDF膜具備哪些特點和優勢?坎普爾公司還有那些其它的膜產品,這些產品是否已有成功的應用案例,效果如何?
        孟廣禎:聚偏氟乙烯膜已經逐漸成為國際膜市場的主流產品。聚偏氟乙烯材料本身的優勢有兩個,一個是柔韌性特別好,不易折斷;二個是抗氧化性好,可以用強氧化劑清洗。

   目前,聚偏氟乙烯(PVDF)制造中空纖維膜有三種方法,一種方法是溶劑交換相轉移法(又稱相轉移法、浸沒沉淀法、NIPS,、DIPS等)。用溶劑交換相轉移法制成的聚偏氟乙烯膜的致命缺點是過于柔軟,拉斷強度(拉斷力/截面積)一般在3MPa以下,但是該方法制得膜的過濾精度較高。第二種方法,就是在纖維襯網上通過溶劑交換相轉移法涂敷聚偏氟乙烯膜。由于纖維襯網和聚偏氟乙烯膜特性的差異,二者剝離的傾向影響了膜的壽命。另外這種方法生產成本較高。第三種方法是熱致相分離法(TIPS)。傳統熱致相分離法在240 oC以上的高溫使聚偏氟乙烯與稀釋劑形成均相溶液,再將這一溶液擠壓成型,通過降溫使聚偏氟乙烯與稀釋劑發生相分離,然后再經過有機溶劑萃取獲得多孔膜。這一方法制得膜的強度高于浸沒沉淀法(拉斷強度約5 MPa),但過濾精度較低(一般只能制成微濾膜)。熱致相分離法制備聚偏氟乙烯膜需要特制設備,技術被日本公司所壟斷。

   我們所發明的復合熱致相分離法,主要是使用良溶劑和非溶劑的復合稀釋劑,聚合物在130-180 oC與復合稀釋劑即可形成均相溶液,同時又能在溫度降低時發生相分離,獲得高孔隙率和高結晶度的膜支撐層;同時,在熱致相分離為主導的前提下在膜表面誘導溶劑交換相分離,形成膜表面的致密層;進而得到致密分離層和高孔隙支撐層的復合膜結構。使用這種復合熱致相分離法制造聚偏氟乙烯膜最大特點是強度和過濾精度均明顯高于普通的熱致相分離法。我們投產的超濾膜絲拉斷強度高達10MPa。正如您剛剛看到的,復合熱致相分離法制造的內徑1.5mm的聚偏氟乙烯膜絲可以吊起9磅的保齡球。實現這一高強度的根本原因是膜的支撐結構具有很高的結晶度;而浸沒沉淀法制得的膜幾乎全部是無定形結構。這一結晶度的差別有點像金剛石與石墨的差別,雖然二者均為碳元素,但是高結晶度的金剛石的強度卻遠遠高于無定形結構的石墨。

   著名的制膜專家中科院化學所的陳觀文教授在分析坎普爾公司技術和產品時指出復合熱致相分離法對熱致相分離法有三個貢獻:一是打破了必須使用特制進口設備的技術禁錮,沖破了外國設備壟斷,從而使這一方法很容易實現大規模國產化;二是從成膜、拉伸到溶劑萃取連續完成,避免了中間環節,使得膜產品質量更有保證,市場更為廣闊;三是通過表面誘導溶劑交換相分離使得膜的過濾精度得到提高,并使以熱致相分離法為核心技術制備高強度和高過濾精度的聚偏氟乙烯超濾膜成為可能。

   事實上,坎普爾公司膜產品總共有四類,即以聚砜(PS)為主要材料的內壓超濾膜(UF),以聚偏氟乙烯為主要材料的外壓超濾膜、以聚偏氟乙烯為主要材料的膜生物反應器(MBR)和電驅動的電除鹽(EDI)膜組件。在膜組件形式上我們有內壓式、外壓式、浸沒式和板框式。這些產品包含了眾多的創新技術,其中包括超過40項專利技術。這些創新技術體現了坎普爾“超越競爭對手,更要超越自己”的研發理念。

   坎普爾公司膜產品僅在中國的成功案例就超過1000個,其中包括日產5.4萬噸的大型超濾系統和日產1.4萬噸的大型EDI系統。這些案例均獲得了很好的使用效果

        聚偏氟乙烯膜產品是今年投產的新產品,也已經在多個工程中得到應用。在北京某制藥廠污水處理案例中,進水COD 為10000mg/L,而且包含抗生素藥品產生污水,污水處理難度很大。工程中采用了我們復合熱致相法制造的聚偏氟乙烯膜和包含我們多項專利技術的外壓式MBR膜組件。在運行過程中,膜法與獨特的生化系統協同作用,使得出水水質超過1級A排放標準。在北京的航空博物館生活污水處理項目中采用生物膜反應器與浸沒式MBR膜過濾相結合,出水COD長期保持在15mg/L以下,污水得到100%再利用。許多現場參觀了這一工程的人表示若不是親眼所見,他們不會相信這樣的處理效果。
服務創新“好膜用好”
膜產品已從工業水處理領域進入市政水處理領域,如何使“好用”的膜“用好”,是給排水技術人員面臨的問題,同時也使膜法與傳統水處理工藝存在著挑戰,針對如何“用好”膜,您是否能給些建議?貴公司又是如何保障將“好用”的膜“用好”的?
孟廣禎:這個問題非常好。如今膜的應用規模越來越大,范圍越來越廣。相對而言,膜應用技術卻相對顯得稀缺,這往往成為膜應用的阻力和失敗的原因。實踐證明真正要把膜用好,需要一個專業技術團隊的支持。在膜企業特別是外國膜企業進入中國市場初期,不可能建起具有多方面專長的服務團隊,而這種團隊的缺乏反之限制了銷售規模的增加。這種情況束縛了膜技術市場的發展??财諣柟疽劳惺畮啄陙矸e累的工程經驗、工程及設計技術和人力資源,在膜產品銷售的初始階段就已經有了一個強大的隨時待命的服務隊伍,這個隊伍可以提供包括前期方案設計、施工設計、自動控制設計、系統集成、設備安裝調試以及售后全過程的服務。換言之,就是我們為用戶除了提供一個“好用”的膜硬件,同時我們也提供“用好”膜技術軟件,最終實現“只要你用我的膜,我就保證你用好”的目標。
營銷創新“物超所值”
您曾說過“環保行業是朝陽產業,而膜法水處理是朝陽中的曙光”。您認為微濾-超濾中空纖維膜的市場真的如此值得期待嗎?
孟廣禎:膜法水處理的應用領域是非常廣泛的。第一,由于排放標準的提高、政府執行這些標準的嚴肅性的提高和水資源再生市場需求的擴大,MBR膜生物反應器在污水處理領域一定有一個很好的市場。第二,在純水制造,自來水的制造,飲用水過濾等領域超濾和微濾膜產品也有非常廣闊的空間。李圭白院士早在幾年以前就已經指出膜技術是第三代凈化水工藝的核心。

     雖然膜法水處理市場潛力非常大,但目前這一技術還沒有成為水處理領域的主導技術,所以我說它是代表未來的曙光產業。這一曙光要普照大地還要突破三大瓶頸,第一是質量,第二是成本,第三是適用性。這三個瓶頸必須全部突破,膜技術才能有可持續的和更大規模的發展。

       膜產品在質量上最大的問題是膜的斷裂問題,特別是當膜為飲水提供安全屏障時,膜的斷裂更是致命的問題。另外過濾精度也是重要的質量指標。目前即使高價進口的膜產品,在機械強度和過濾精度這兩個最重要的指標上仍然有很大的提升空間。因此,可以說膜的質量是膜市場規?;牡谝粋€瓶頸。我們的復合熱致相法帶來強度的大幅提高和過濾精度的提高將有助我們首先突破了這個瓶頸。
   目前在污水處理廠、再生水廠和自來水廠雖然都已用到膜,但主要應用的是歐美和日本價格昂貴的膜產品。因此,也只有在特別發達地區,以及有政治意義的一些項目上得到應用。而在市場經濟條件下,那些以成本核算作為主要經營決策要素的企業就很少使用。我們已經看到了擴大膜應用范圍的一個大的突破口就是降低膜的生產成本。然而降低成本不能通過簡單簡化工藝和使用低質材料(俗稱偷工減料)來實現。突破質量和價格瓶頸的唯一出路就是通過技術創新來實現質優價廉。因此,復合熱致相法生產的聚偏氟乙烯膜有美好的前景——更高的質量、更合理的價格和更大的市場。

   以上我們集中討論了聚偏氟乙烯膜,其實每種膜材料、每種膜制造技術和每種組件形式均有優缺點。因此膜產品在不同的使用條件存在適用性問題。沒有最好的膜,只有最適用的膜。一些膜工程的失敗實際上源于膜產品種類選擇的失敗。因此,坎普爾提供多樣化的產品鏈,針對具體情況選擇揚長避短的膜產品。如前所述,坎普爾膜材料包括聚偏氟乙烯超濾和微濾膜、聚砜超濾膜和離子交換膜;膜組件形式上包括內壓式、爆氣外壓式、浸沒和板框式;膜應用領域包括污水處理、再生水、水凈化和超純水。另外全面的服務也是膜適用性的重要保證,也是我們產品鏈重要的一環??财諣柟玖D通過產品多樣化和服務完整化突破膜產品適用性的瓶頸,并獲得細分市場的競爭優勢。
   簡單地說我們開拓市場有三把金鑰匙,可靠的質量、合理的價格和完整化的服務。
創新集結“多維一體”
您可以談談坎普爾公司如何通過創新來提高企業的核心競爭力嗎?
       孟廣禎:企業創新的唯一目標就是提高企業的核心競爭力。在您以上的問題的引導下我們實際上已經討論了技術、產品、服務和營銷各方面創新對坎普爾公司核心競爭力的影響。第一,坎普爾通過技術創新使產品獲得更優異的性能、同樣通過技術進步和嚴格質量管理獲得的過硬的質量;第二,通過技術進步獲得了價格優勢,因而帶來了更廣泛的市場;第三,通過提供多樣化的膜產品以取得細分市場的競爭優勢;第四,坎普爾依托長期的工程實踐經驗和人力資源為用戶提供全方位的技術服務??傊?,坎普爾積聚的是包括了先進的技術、優異的產品性能、穩定的產品質量、合理的價格、全面的服務和豐富的產品種類等等多維一體的核心競爭力。當然,坎普爾人的創新之路遠沒有盡頭,我們會在全面創新的道路上走向更加輝煌的明天。
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