東岳離子膜DF2807 的應用

宗少杰

（山東東岳集團含氟功能膜材料國家重點實驗室，山東桓臺256401）

離子膜是氯堿工業(yè)核心設備電解裝置的核心，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%依賴進口，氯堿工業(yè)安全運行的“命門”一直卡在他國手中。東岳集團歷經(jīng)八年科研攻關氯堿離子膜，在2010 年9 月成功下線，此舉打破了美國、日本長期對該項技術的壟斷，中國成為全球第三個擁有氯堿離子膜核心技術和生產(chǎn)能力的國家。截至目前， 東岳集團已經(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、市場應用3 個方面對國產(chǎn)離子膜的當前現(xiàn)狀做詳細闡述。

1 東岳離子膜的發(fā)展歷程

山東東岳集團自2009 年實現(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用，始終把質量安全放在化工生產(chǎn)的首位。多年來通過自身應用和第三方的客戶端應用，積累了大量的應用案例，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)進行技術改進和設備升級，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，發(fā)明了獨有的單面微轉型技術，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。在離子膜強度方面，通過不斷調整編制結構，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、多孔的微觀結構，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結構

2 DF2807 的性能指標

2.1 DF2807 的實驗數(shù)據(jù)

山東東岳集團國家重點實驗室圍繞氯堿離子膜DF2807 的力學性能和應用指標嚴格進行檢測，以保證離子膜的出廠質量，DF2807 某批次的力學性能指標見表1。

表1 DF2807膜的力學性能

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

表2 DF2807膜在實驗室電解數(shù)據(jù)

2.2 DF2807 工業(yè)應用數(shù)據(jù)

離子膜的工業(yè)化應用數(shù)據(jù)更能反映真實的使用效果，國產(chǎn)離子膜在市場推廣中往往要拿來與國外同類產(chǎn)品進行比較，以便真實了解國產(chǎn)離子膜的性能水平和產(chǎn)品定位，使應用客戶更加直觀的了解到國產(chǎn)膜應用情況。在整個氯堿生產(chǎn)中，槽電壓是評價離子膜性能的一個關鍵指標，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 的關鍵性能指標能夠達到國外同類產(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

整套運行數(shù)據(jù)反應了離子膜的整體運行穩(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

離子膜隨運行時間的增長，離子膜會產(chǎn)生老化，性能會有所下降，槽電壓會有相應的增長。當然槽電壓增長的速度與電解槽槽況、鹽水質量、操作工藝等都有較大關系。圖4 為DF2807 在上海某氯堿廠樣本運行約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行約1 年時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在可控范圍之內。

3 結語

中國從上世紀60 年代就針對氯堿用離子膜技術展開攻關，幾十年來業(yè)內的專家前赴后繼、苦心研發(fā)，歷經(jīng)7 個五年計劃始終沒有放棄，離子膜才能夠克服種種困難，打破壟斷實現(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)形成的固有用膜習慣等原因，國產(chǎn)離子膜的市場化應用和后續(xù)研發(fā)仍然面臨很大的困難和挑戰(zhàn)。雖然目前國產(chǎn)膜的市場應用數(shù)據(jù)還不是很完善，但通過多年來國內一部分氯堿企業(yè)的大力支持和應用，最新一代離子膜DF2807 的關鍵性能指標已經(jīng)能夠達到國外同類產(chǎn)品水平。