從城市到鄉(xiāng)村，從生產(chǎn)到生活，如今的中國(guó)，在“雙碳目標(biāo)”的指引下，綠色變革正在全面展開。
在這其中，高氨氮廢水的凈化一直是世界性的難題。氨氮廢水來源甚廣且排放量大，如石油、化工、制藥、化肥、冶煉、食品、焦化、垃圾填埋場(chǎng)等均可以產(chǎn)生大量高濃度氨氮廢水。大量氨氮廢水排入水體不僅引起水體營(yíng)養(yǎng)化、造成水體黑臭，而且將增加給水處理的難度和成本，甚至對(duì)人群及生物產(chǎn)生毒害作用。因此，有效地處理高氨氮廢水是當(dāng)前環(huán)境保護(hù)和綠色高質(zhì)量發(fā)展的重要課題。
傳統(tǒng)高氨氮廢水處理工藝有：生物法、吹脫汽提法、化學(xué)沉淀法、折點(diǎn)氯化法等，在實(shí)際應(yīng)用中普遍存在氨氮處理濃度受限、運(yùn)行費(fèi)用高、能耗高、二次污染、性能不穩(wěn)定等問題。
PTFE膜脫氨工藝為吸收、膜分離相結(jié)合的一種新技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)的出現(xiàn)，很好地解決了傳統(tǒng)工藝的弱點(diǎn)。PTFE膜脫氨技術(shù)工藝原理上與吹脫類似，首先調(diào)節(jié)廢水pH使其中絕大部分氨變成游離氨，同時(shí)采用硫酸等做吸收劑吸收從廢水中游離出來的氨以實(shí)現(xiàn)脫氨。
PTFE膜脫氨氮原理圖
但與吹脫相比，PTFE膜脫氨微觀上將吹脫塔、吸收塔集于一體，故在外形上更加小型化；PTFE膜脫氨吹脫、吸收同時(shí)進(jìn)行，且PTFE脫氨膜相對(duì)更加密閉，亦無(wú)需鼓入空氣，相較吹脫無(wú)二次污染；PTFE膜脫氨在低壓下進(jìn)行，無(wú)需鼓風(fēng)機(jī)等耗電設(shè)備，較吹脫節(jié)能明顯。以吹脫塔3個(gè)37kW·h鼓風(fēng)機(jī)為例, PTFE膜脫氨氮工藝不用鼓風(fēng)機(jī)而減少的電耗可實(shí)現(xiàn)255噸CO2/年的減排。（按中國(guó)電力平均碳排放水平 0.92kg/kW·h, 裝置按年工作2500小時(shí)計(jì)算）。
圖：PTFE膜脫氨與傳統(tǒng)技術(shù)的對(duì)比
PTFE脫氨氮膜的高效能源于PTFE材料的優(yōu)異性能。PTFE被稱為“塑料王”，通常用于不粘鍋涂層材料，其表面能低，不易污染和結(jié)垢，化學(xué)穩(wěn)定性佳，耐強(qiáng)酸和強(qiáng)堿，且有很好的耐溫性和機(jī)械性能。與常用疏水膜材料如PP (聚丙烯）和PVDF（聚偏氟乙稀）等相比，疏水性最好，競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)明顯。
此外，由于PTFE材料本身強(qiáng)疏水、高強(qiáng)度、耐腐蝕、抗污染，PTFE膜因此也具有了使用壽命長(zhǎng)、抗污染性強(qiáng)、可清洗再生等特點(diǎn)。這些都使得PTFE膜成為脫氨氮領(lǐng)域一股不可忽略的新勢(shì)力。
PTFE膜凈化天然氣，成為實(shí)現(xiàn)海上平臺(tái)CCUS的關(guān)鍵技術(shù)
除了在脫氨氮領(lǐng)域成效顯著，PTFE膜還被創(chuàng)新性地應(yīng)用在凈化天然氣領(lǐng)域，并成為海上平臺(tái)CCUS的關(guān)鍵技術(shù)。
圖：PTFE膜脫氨氮和凈化天然氣的原理圖
CCUS即Carbon Capture，Utilization and
Storage（二氧化碳捕集、利用與封存），是指將二氧化碳大型排放源所排放的二氧化碳進(jìn)行捕集、壓縮后輸送并封存，或進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用（如食品加工、離岸驅(qū)油及生產(chǎn)化學(xué)產(chǎn)品）以避免其排放到大氣中的一種技術(shù)。發(fā)展應(yīng)用CCUS技術(shù)不僅有望為其實(shí)現(xiàn)碳減排目標(biāo)提供更多可能性，而且還能夠?yàn)樾袠I(yè)發(fā)展開拓更廣闊的空間。
具體而言，在深海天然氣開采領(lǐng)域，如果能在深海天然氣開采平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)天然氣脫CO2，可較方便和經(jīng)濟(jì)地將分離出來的CO2注入海底或地層用于石油驅(qū)采，在高壓狀態(tài)下，CO2以半固半液的超臨界態(tài)封存在海底或地層。但常規(guī)的天然氣脫CO2工藝使用吸收塔，塔太高太大無(wú)法安裝在海上平臺(tái)。PTFE膜凈化天然氣工藝裝置的尺寸是吸收塔尺寸的五分之一到二十分之一，同時(shí)膜組件可以橫布，裝置高度大幅降低，可實(shí)現(xiàn)海上平臺(tái)安裝與運(yùn)行。
圖：PTFE膜凈化天然氣工藝與傳統(tǒng)工藝
PTFE膜發(fā)展歷史
1938 年首次發(fā)現(xiàn) PTFE 樹脂。 PTFE 樹脂是所有氟塑料中用量最大的一種， 可作為機(jī)械工業(yè)的摩擦材料、 化學(xué)工業(yè)的防腐材料， 電氣工業(yè)絕緣材料、 醫(yī)用高分子材料等很多領(lǐng)域。>
PTFE 分離膜是近幾十年內(nèi)發(fā)展起來的新型膜材料，因?yàn)槠渚哂袃?yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性， 被認(rèn)為在環(huán)境領(lǐng)域和電子方面有廣闊的應(yīng)用前景。PTFE 材料具有很好的化學(xué)惰性，但其“不溶不熔”的特點(diǎn)給膜的制備過程帶來極大的困難。20 世紀(jì) 60 年代，美國(guó)公司率先采用單向拉伸法制備出PTFE平板微孔膜，但此法在膜孔徑、孔隙率及強(qiáng)度控制上存在一定缺陷
。中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所在2010年開始PTFE中空纖維膜的開發(fā)，目前已開發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的系列PTFE中空纖維膜產(chǎn)品，發(fā)表學(xué)術(shù)論文10余篇，申請(qǐng)發(fā)明專利近10項(xiàng)，曾榮獲中國(guó)膜工業(yè)協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、IChemE (英國(guó)化學(xué)工程師學(xué)會(huì)) Malaysia Awards for Oil and Gas Award和IChemE
Global Awards with Highly Commended Research Project Award，在國(guó)內(nèi)外受到廣泛關(guān)注和認(rèn)可。開發(fā)的PTFE脫氨氮膜技術(shù)成功應(yīng)用于中高濃度氨氮廢水脫除處理項(xiàng)目，完成國(guó)際上首套將PTFE中空纖維膜接觸器技術(shù)應(yīng)用高氨氮廢水處理領(lǐng)域的工業(yè)案例, 包括中國(guó)科學(xué)網(wǎng)，中國(guó)科技網(wǎng)，新華網(wǎng)，經(jīng)濟(jì)參考和中國(guó)化工報(bào)等40多家媒體進(jìn)行了報(bào)道。
