Технологические тенденции использования мембранной фильтрации

Значительное количество ресурсов выделяется на исследования и разработки технологий мембранной фильтрации. Однако остается неясным, насколько тесно цели исследований совпадают с удовлетворением потребностей отрасли. Сепиде Джанка, доктор философии, профессор технических наук. исследует историю, эволюцию и тенденции исследований и разработок в этой области.

С 2001 года значительный объем ресурсов ежегодно выделяется на исследования и разработки (НИОКР) в области технологий мембранной фильтрации. Однако остается неясным, насколько тесно цели исследований совпадают с удовлетворением потребностей отрасли. В этой статье рассматривается история и эволюция применения технологий мембранной фильтрации, а также исследуются тенденции исследований и разработок в этой области на основе рецензируемой литературы. Интересно, что потребности исследований и промышленности сближаются одинаковыми темпами, хотя ведущая сторона различается в зависимости от области применения.

История мембранной фильтрации

Технология мембранной фильтрации широко используется в различных отраслях промышленности: очистка воды и сточных вод, производство продуктов питания и напитков, фармацевтика и медицина, химическая обработка и другие промышленные применения разделения или очистки. История мембранного разделения восходит к началу 1700-х годов, когда слово «осмос» впервые было использовано для описания проникновения воды через диафрагму.

Технология фильтрации эволюционировала от осмоса к электродиализу, газовой фильтрации и мембранной дистилляции, способствуя изобретению и совершенствованию бесчисленного количества промышленных продуктов, процессов и применений. Мембранная фильтрация в настоящее время широко используется для концентрирования фруктовых соков, удаления загрязнений из воды и сточных вод, а также сбора клеток для производства антибиотиков.

Технология мембранной фильтрации имеет ряд преимуществ перед традиционными технологиями разделения (т.е. коагуляция и седиментация, песчаная фильтрация, флотация растворенным воздухом и т. д.). Эти преимущества включают улучшенное качество продукции, повышенную сепарационную способность, меньший фактор риска, меньшую занимаемую площадь и, как правило, меньшее использование химикатов.

Ожидается, что мировой спрос на мембраны будет расти на 8,5% ежегодно, достигнув 26,3 млрд долларов США в 2019 году.2 Ожидается, что только рынок США будет расти на 7,9% ежегодно, достигнув 6,2 млрд долларов США в 2018 году. качество питьевой воды и сброса сточных вод, снижение стоимости производства и эксплуатации мембран, а также последние достижения в области мембранных технологий.

Основные области применения мембран

На очистку воды и сточных вод приходится более 50% промышленного использования мембран, за ними следуют процессы производства продуктов питания и напитков (21%), а также фармацевтические и медицинские применения (9%). Ожидается, что в течение следующих пяти лет фармацевтические и медицинские отрасли станут наиболее быстрорастущими рынками. Эта тенденция обусловлена ​​повышением стандартов чистоты и расширением медицинского применения этой технологии. Ожидается, что очистка воды (включая опреснение) и производство продуктов питания и напитков будут поддерживать устойчивый рост3.

Тенденции данных о НИОКР были получены на основе количества рецензируемых журнальных статей, опубликованных в период с 2001 по 2016 год и отсортированных по основным областям применения, согласно данным базы данных Engineering Village. В течение последнего десятилетия наблюдаемые тенденции в исследовательских приложениях тесно совпадали с промышленными применениями. На исследования и разработки в области водоснабжения и сточных вод приходится 40%, за ними снова следуют продукты питания и напитки — 34%.

В промышленности упор сделан на развитие процессов разделения газов и опреснения. Между тем, исследования и разработки сосредоточены на расширении границ технологий. Дополнительные ресурсы были выделены на проведение исследований по таким темам, как мембранная дистилляция, прямой осмос, первапорация, электродиализ, оксиды графена и биомиметические мембраны для воды и сточных вод.

Использование этих технологий было сосредоточено на разработке новых мембранных продуктов или процессов, а также на оптимизации существующих мембранных продуктов и процессов с точки зрения производительности и связанных с ними эксплуатационных/капитальных затрат. Есть некоторые достижения в промышленной разработке, но большинство из них все еще находится на предварительных стадиях разработки и требуют дополнительных исследований, прежде чем они преобладают на рынке.