宗少杰

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

離子膜是氯堿工業(yè)核心設(shè)備電解裝置的核心，中國(guó)氯堿工業(yè)的起步雖然晚于歐美、日本等國(guó)家，但是隨著改革開(kāi)放后國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，中國(guó)氯堿工業(yè)得到快速的增長(zhǎng)，截至2018 年底，全國(guó)燒堿企業(yè)161 家，燒堿總產(chǎn)能達(dá)到4 259 萬(wàn)t，無(wú)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(lài)進(jìn)口，氯堿工業(yè)安全運(yùn)行的“命門(mén)”一直卡在他國(guó)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(guó)、日本長(zhǎng)期對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的壟斷，中國(guó)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(guó)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(guó)產(chǎn)離子膜的發(fā)展歷程、性能指標(biāo)、市場(chǎng)應(yīng)用3 個(gè)方面對(duì)國(guó)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(chǎng)上推出的最新一代高性能復(fù)合離子膜DF2807（見(jiàn)圖1），國(guó)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(chǎng)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(lái)通過(guò)自身應(yīng)用和第三方的客戶(hù)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(guò)大數(shù)據(jù)分析和客戶(hù)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(jí)，使得國(guó)產(chǎn)離子膜能夠穩(wěn)定的推向市場(chǎng)，并取得了較好的應(yīng)用效果。

針對(duì)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(guò)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(guò)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(guò)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(shù)脂加工方面，通過(guò)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(guó)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(cè)，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(jiàn)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(cè)試裝置，DF2807 某批次的實(shí)驗(yàn)室電解數(shù)據(jù)見(jiàn)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(guó)產(chǎn)離子膜在市場(chǎng)推廣中往往要拿來(lái)與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品進(jìn)行比較，以便真實(shí)了解國(guó)產(chǎn)離子膜的性能水平和產(chǎn)品定位，使應(yīng)用客戶(hù)更加直觀的了解到國(guó)產(chǎn)膜應(yīng)用情況。在整個(gè)氯堿生產(chǎn)中，槽電壓是評(píng)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(guò)程中的電耗和離子膜性能。

下面是不同條件下DF2807 和國(guó)外同類(lèi)離子膜的電壓對(duì)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(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品水平。

(1) DF2807 同槽電壓數(shù)據(jù)對(duì)比

相對(duì)非同槽的對(duì)比，同槽對(duì)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(duì)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(duì)比離子膜為國(guó)外某型號(hào)離子膜，相同電流密度下，數(shù)據(jù)顯示DF2807 比該型號(hào)離子膜平均電壓低大約30 mV。

(2) DF2807 非同槽電壓數(shù)據(jù)對(duì)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(cè)到槽電壓的偏差值和偏差范圍，反映出國(guó)產(chǎn)離子膜的運(yùn)行穩(wěn)定情況。圖3 是國(guó)產(chǎn)離子膜DF2807 在上海某氯堿廠的運(yùn)行情況，對(duì)比膜為國(guó)外某品牌最新型號(hào)離子膜。從圖3 中可以看出，DF2807 在同等電流密度下與國(guó)外最新型號(hào)離子膜在整體電壓方面基本保持平行，電壓也相對(duì)比較均勻穩(wěn)定。

(3) DF2807 電壓老化數(shù)據(jù)對(duì)比

離子膜隨運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，離子膜會(huì)產(chǎn)生老化，性能會(huì)有所下降，槽電壓會(huì)有相應(yīng)的增長(zhǎng)。當(dāng)然槽電壓增長(zhǎng)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(zhǎng)情況，數(shù)據(jù)顯示槽電壓增長(zhǎng)約40 mV。

圖2 東岳DF2807同槽電壓對(duì)比

圖3 東岳DF2807非同槽電壓對(duì)比

圖4 東岳DF2807電壓老化趨勢(shì)簡(jiǎn)圖

圖5 國(guó)外某型號(hào)離子膜電壓老化趨勢(shì)簡(jiǎn)圖

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

3 結(jié)語(yǔ)

中國(guó)從上世紀(jì)60 年代就針對(duì)氯堿用離子膜技術(shù)展開(kāi)攻關(guān)，幾十年來(lái)業(yè)內(nèi)的專(zhuān)家前赴后繼、苦心研發(fā)，歷經(jīng)7 個(gè)五年計(jì)劃始終沒(méi)有放棄，離子膜才能夠克服種種困難，打破壟斷實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，這是幾代中國(guó)氯堿人的夢(mèng)想。夢(mèng)想雖然得以實(shí)現(xiàn)，但由于多年來(lái)國(guó)外對(duì)離子膜市場(chǎng)壟斷，氯堿企業(yè)形成的固有用膜習(xí)慣等原因，國(guó)產(chǎn)離子膜的市場(chǎng)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(guó)產(chǎn)膜的市場(chǎng)應(yīng)用數(shù)據(jù)還不是很完善，但通過(guò)多年來(lái)國(guó)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(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品水平。