吸附分离材料行业分析报告Word下载.docx
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1、湿法冶金应用领域10
(1)镓提取11
(2)锂提取14
2、制药应用领域17
(1)抗生素提取17
(2)酶载体技术19
(3)植物提取21
3、食品加工应用领域21
4、环保应用领域22
5、化工应用领域23
四、行业竞争状况25
1、国内传统工业水领域竞争激烈,新应用领域不断拓展25
2、国内出口替代实现突破,国际竞争全球化26
一、吸附分离材料的类型
吸附分离材料起源于20世纪30年代的离子交换树脂,随着应用领域的需求不断升级,在离子交换树脂基础上,逐步出现了大孔吸附树脂、螯合树脂和酶载体等树脂。
随着吸附分离材料合成技术和应用技术的不断提升,下游应用领域不断拓展,吸附分离材料已应用到大部分工业领域。
目前,广泛使用的吸附分离材料包括以下几类:
1、离子交换树脂
离子交换树脂是最早出现的吸附分离材料,由此开创了吸附分离材料行业。
离子交换树脂是指具有离子交换基团的高分子化合物,当离子交换剂与溶液接触的时候,溶液中的可交换离子与交换剂上的抗衡离子发生交换实现分离和纯化作用,从而达到浓缩、分离、提纯、净化等目的。
阳离子交换树脂对于钙、镁离子具有突出的处理能力,主要用于去除工业锅炉用水中的钙、镁离子,从而达到脱盐的目的,是工业锅炉用水软化工艺中最重要的吸附分离树脂。
2、吸附树脂
吸附树脂是在离子交换树脂的基础上发展起来的。
吸附树脂内部拥有许多孔道,提供扩散通道和吸附场所。
它主要利用分子间作用力对不同物质进行选择性吸附,尤其适用于含酚类有机化合物的处理。
吸附树脂具有吸附快、解吸率高、吸附容量大、洗脱率高、树脂再生简便、安全性高等优点。
同时,由于结构上的多样性,吸附树脂可以根据实际用途进行选择或设计,因此发展了许多有针对性用途的特殊品种,这是离子交换树脂等吸附剂所无法比拟的,为吸附分离材料拓展了广阔的新兴应用领域。
3、螯合树脂
螯合树脂是一类特殊的吸附分离材料,是指吸附分离材料上的官能团能够与特定金属离子结合形成结构非常稳定的螯合物,从而将金属离子分离或提取出来。
螯合树脂具有对金属离子键合强度大、选择性高等优点。
不同种类的官能团对不同种类的金属离子螯合效果不同,决定了螯合树脂对金属离子的吸附选择性。
与离子交换树脂相比,螯合树脂与金属离子的结合能力更强,选择性也更高,被广泛应用于各种需要对金属离子进行准确分离、提取和富集等领域,如湿法冶金、废水处理、离子膜烧碱等行业。
4、酶载体树脂
酶载体是指将生物活性酶加载在树脂上,形成固定化酶。
在生物催化领域,随着酶法工艺逐渐替代化学法工艺,固定化酶技术蓬勃发展。
在固定化酶技术中,载体材料的结构和性能对酶的活性保持和应用至关重要,因此对载体材料的种类和性能要求十分苛刻,要求材料带有能与酶发生反应的官能团,具有大的比表面积和多孔结构,不溶于水,强度好,无毒,无污染等。
具有大孔结构的吸附分离树脂可以满足上述条件,成为性能优良的酶固定化载体材料。
载体外观为具有一定粒度的球形,内部结构包括适当大小的孔和适合的功能基团,可以通过合成设计调整孔径的大小以适合酶蛋白进入其孔内,并依靠物理或化学作用力结合,用于溶液中的酶催化反应。
反应完成后通过简单过滤即可与反应体系分离,并可以多次重复利用,降低生产成本。
酶载体技术已大量用于制药等行业,如头孢菌素C制备7-ACA、青霉素制备6-APA的工业化生产。
酶载体技术突破了分离技术原有的分离、纯化的使用范畴,利用吸附功能拓展了新的应用领域。
除上述材料外,近年来还出现了热再生树脂、两性树脂、惰性树脂、氧化还原树脂、聚合物固载催化剂、均孔树脂等特殊材料。
各类吸附分离材料以不同的工作原理来实现不同应用环境和应用要求的吸附和分离功能,适用于多种特殊状态下的吸附分离需求,从而推动了吸附分离材料在多个领域的应用。
进入21世纪以来,随着吸附分离材料的制备工艺和应用技术越来越成熟,对下游众多应用领域的生产工艺产生了越来越大的影响,推动了湿法冶金、制药、食品加工、环保、化工和水处理等行业工艺进步,促进了技术升级。
吸附分离材料、应用工艺与集成设备与下游应用领域的生产工艺紧密结合,是客户获得高品质产品、实现工艺革新、降低生产成本必不可少的技术环节。
吸附分离技术提升了下游应用领域客户的核心竞争力,为其创造了产业价值。
二、吸附分离材料在传统工业水处理领域的应用
离子交换树脂最早被应用于工业水处理领域。
经过几十年的发展,普通工业水处理成为树脂使用量最大、应用最成熟的应用领域,世界领先的吸附材料生产商陶氏杜邦、德国朗盛和日本三菱等跨国公司在此领域的研究及产业化已经非常成熟,并长期垄断了高端工业水处理吸附材料的合成和应用技术。
中国对离子交换树脂的研究起步于上世纪五十年代。
我国吸附分离材料的创始者何炳林院士组建了南开大学高分子化学专业,仅用两年时间就成功合成出当时世界上已有的全部主要离子交换树脂品种,包括用于从贫铀矿提取原子弹原料铀的强碱性阴离子交换树脂,将之应用于我国第一颗原子弹急需的核燃料铀的提取,并将离子交换树脂生产技术普及到全国,开创并推动了我国离子交换树脂工业的发展。
在其后的产业化发展中,离子交换树脂主要应用于普通工业水处理领域,成为传统应用领域。
其中,电力行业应用比例最大,主要用在火力发电厂补给水处理和凝结水处理上。
经过长期发展,国内大多数吸附材料生产商均掌握了技术含量较低的用于普通工业水处理的离子交换树脂的生产和应用技术,实现了工业化生产。
中国已成为全球最大的离子交换树脂生产国。
而在开发特殊品种和新兴应用领域方面,部分高校和科研院所有部分基础实验室研究外,国家级的系统研究开发缓慢,工业基础薄弱,新的科研成果产业化严重不足。
行业企业整体科研投入严重不足,基础性和高新技术研究滞后。
大部分企业不注重研发与创新,仅以扩大规模、提高产量、降低价格、压缩利润为主要手段集中在普通工业水处理等传统市场进行竞争。
三、吸附分离材料在新兴应用领域的应用深度和宽度快速提升
在离子交换树脂广泛应用于传统工业水处理后,在新兴领域需求带动下,领先的吸附分离材料提供商持续加大研发投入和市场开拓,合成出大量具有交换、吸附、螯合、催化等特殊功能的新型吸附材料,在不同领域的生产工艺中实现了脱盐、分离、纯化、脱色、催化等多种应用效果,并成功应用于制药、食品加工、化工、环保、湿法冶金等领域,使吸附分离材料在普通工业水处理以外的应用领域由80年代以前占总用量的不足10%增加到目前的30%左右。
由于国外先进企业的技术垄断和国内企业研发能力不足,我国离子交换树脂以外的其他吸附分离材料的研究发展缓慢,少数新型吸附分离材料的研究多数处于实验室阶段,工业化生产较少。
进入二十一世纪以来,我国国民经济各个领域的快速发展带动了许多行业改进生产工艺、减少污染,这对分离和纯化功能的实现提出更高的要求,给吸附分离树脂材料带来极好的发展机遇。
国内少数优秀企业以市场需求为导向,立足于技术创新与革命,加强技术创新投入,推动新产品、新技术在新兴领域的应用,创造属于自己的高端蓝海市场。
在包括公司在内的少数技术领先企业的带动下,经过十余年的发展,国内吸附分离和技术得到了较快发展。
吸附树脂、螯合树脂、酶载体等大量特殊功能吸附分离材料不断创新突破,成功实现产业化,各类吸附分离材料的产量不断增加、品种不断丰富、工艺和技术不断进步,在很多领域打破了陶氏杜邦、德国朗盛、日本三菱等国际大型生产商多年来的垄断,并保持了较高的市场占有率,部分原创技术在合成和应用方面已经达到国际先进水平,实现了吸附分离材料的民族产业化。
吸附分离材料在新兴领域的拓展,是由材料自身的合成和应用技术发展以及下游应用领域的需求带动。
在湿法冶金、制药、食品加工、化工和环保等领域的生产工艺流程中,迫切需要新的分离纯化等工艺,替代原有工艺,这些领域对新型吸附分离技术的需求巨大。
上述应用领域与传统水处理相比,对材料性能和应用技术的要求很高,拥有技术优势的供应商可依托其技术能力在这些领域占领市场,获得远高于传统水处理领域的利润空间,在推动下游应用领域工艺革新的同时,自身取得快速发展。
在全球范围内,湿法冶金、制药、食品加工、化工和环保等五大领域是目前吸附分离材料的新兴应用领域,表现出市场广阔、竞争者技术实力强、新技术新工艺不断涌现等特点。
1、湿法冶金应用领域
吸附分离技术作为湿法冶金技术中一种重要的工艺,主要用于从低浓度的溶液中分离纯化有用物质,与传统的重结晶、沉淀等分离方法相比,具有很高的提取效率和经济性。
吸附分离材料可应用于有色金属、稀有稀散金属、贵金属以及稀土金属、核工业用金属的分离纯化生产。
吸附分离材料湿法冶金主要工艺流程如下:
随着湿法冶金技术的发展,应用领域越来越广泛,目前可以应用于多种金属的冶炼和提取。
湿法冶金应用领域如下图所示:
(1)镓提取
随着经济的发展,对稀散金属的需求越来越大,湿法冶金在稀散金属提取过程中将发挥越来越重要的作用。
在稀散金属中,金属镓在工业领域具有广泛用途,与当前世界经济发展所倡导的低碳经济、绿色能源等经济发展有着密切的关系,其重要性日益提升。
相比于提取其他金属,金属镓提取工艺中吸附分离材料面对的是高温、高浓度强酸、强碱的苛刻环境,并要在复杂的环境中(存在大量的其他金属,铝、钠、铁等)高选择性地将微量镓(镓浓度只有约200mg/L)提取出来,所以对于镓提取材料的性能要求非常高,需要耐高温、耐强酸、强碱、高选择性。
同时,吸附分离材料提镓工艺对材料依赖性强,吸附材料用量和市场空间大。
因此,吸附分离材料提取镓已经成为湿法冶金领域的重要应用。
镓(Ga)是一种稀散金属,在工业领域有着广泛用途,原料镓可分为原生镓与再生镓两类。
原生镓是指从自然界中提取的镓。
由于镓不单独成矿,主要通过在伴生矿(以铝土矿为主)的冶炼过程中,从母液中副产提取,因此原生镓的提取一方面实现了资源的综合回收利用,另一方面也为氧化铝厂创造了可观的利润。
原生镓的提取属于资源综合利用。
再生镓是指从生产砷化镓等半导体材料过程中及废旧电器拆解过程中产生的废料中提取的镓。
由于再生镓行业随着半导体生产工艺的完善,废料会逐渐减少;
而旧电器拆解回收量也有很大的限制,增长有限。
镓的主要用途与当前世界经济发展所倡导的低碳经济、绿色能源等经济发展有着密切的关系,与现代科技的很多产业紧密关联,其重要性日益提升。
美国、日本数年前已经将其定位为“战略资源”,并开始收储。
其中,日本更是企业收储和国家收储同步进行。
欧盟委员会也发布了题为《对欧盟生死攸关的原料》的报告,将14种重要矿产原料列入“紧缺”名单,镓名列其中。
镓产业链示意图
目前90%的原生镓是由氧化铝工业副产生产。
作为氧化铝工业的伴生产品,先后出现了几种提取镓的方法:
碳酸石灰法、汞齐电解法、萃取法和树脂吸附法。
吸附提镓法提镓工艺对氧化铝的生产没有任何影响,并且使用的解吸剂属于一般的无机酸碱,易处理,不会对环境保护造成压力。
因此,吸附材料提取镓的工艺和其他工艺相比较,具有明显的优势。
吸附材料提取金属镓的简要工艺流程如下:
吸附材料提取原生镓的研究始于二十世纪八十年代,由日本住友化学最先应用于工业生产。
经过三十多年的发展,吸附材料已成为世界各国氧化铝工业中回收生产镓的首选工艺。
国内部分科研院所进行吸附材料提取镓的工艺研究也从二十世纪八十年代开始,并在小范围内应用,取得了一定的进展,但未形成产业化应用。
长期以来,国产树脂由于性能方面的原因(耐受性差,性能不稳定,吸附选择性不高)以及应用工艺不完善,未能在镓提取领域大规模产
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