離子交換與吸附樹脂行業(yè)市場容量分析預(yù)測及投資建議可行性研究預(yù)測
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1、離子交換與吸附樹脂簡介:離子交換與吸附的過程是指利用固體或液體內(nèi)部末端官能團的選擇吸附性吸附周圍其它物質(zhì)的分子或離子,并使用特定的解析劑使其從吸附劑表面脫附從而達到分離和富集的目的。離子交換與吸附樹脂通常具有高比表面積、高孔隙度的形貌和結(jié)構(gòu)特性,是現(xiàn)代工業(yè)不可缺少的產(chǎn)品,凡涉及固-液分離體系的生產(chǎn)過程,都是離子交換與吸附樹脂的潛在應(yīng)用領(lǐng)域。
離子交換與吸附樹脂按是否含有交換基團可分為離子交換樹脂與吸附樹脂。離子交換樹脂根據(jù)可交換離子為陰離子或陽離子,可分為陰離子交換樹脂和陽離子交換樹脂兩大類;根據(jù)離子交換樹脂的孔結(jié)構(gòu),可分為凝膠型樹脂和大孔型樹脂;根據(jù)所帶活性基團的性質(zhì),可分為強酸陽離子樹脂、弱酸陽離子樹脂、強堿陰離子樹脂、弱堿陰離子樹脂、螯合樹脂、兩性樹脂及氧化還原樹脂。吸附樹脂是在離子交換樹脂基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一類不含活性基團的高分子吸附劑。根據(jù)產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域,離子交換與吸附樹脂可應(yīng)用于工業(yè)水處理、食品及飲用水、核工業(yè)、電子、生物醫(yī)藥、環(huán)保、濕法冶金等下游領(lǐng)域。
中金企信國際咨詢公布的《2022-2028年中國離子交換與吸附樹脂市場動態(tài)監(jiān)測及競爭戰(zhàn)略研究報告》
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1、離子交換樹脂:離子交換樹脂是一類帶有活性基團的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的有機高分子化合物,當(dāng)離子交換樹脂與溶液接觸的時候,溶液中的可交換離子與離子交換樹脂上的抗衡離子發(fā)生交換實現(xiàn)分離和純化作用,從而達到濃縮、分離、提純、凈化等目的。離子交換樹脂主要由三部分組成:
(1)單體。單體是能聚合成高分子化合物的低分子有機物,是離子交換樹脂的主要成分,也稱之為母體。如苯乙烯、丙烯酸等。
(2)交聯(lián)劑。交聯(lián)劑是能在線性結(jié)構(gòu)分子縮聚時起架橋作用,而使其分子中的基團相互鍵合成不溶的網(wǎng)狀體物質(zhì)。離子交換樹脂常用的交聯(lián)劑是二乙烯苯。交聯(lián)劑在離子交換樹脂內(nèi)的含量百分比,稱為交聯(lián)度。
(3)功能基團(活性基團)。功能基團是連接在單體上的具有活性離子(可交換離子)的基團。它可以由離散能力的低分子(如硫酸H?SO?、有機胺N(CH?)?等)通過化學(xué)反應(yīng)引接到樹脂內(nèi);也可由帶有離解基團的單體(如甲基丙烯酸)直接聚合。
在離子交換樹脂的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中,一部分為樹脂的高分子骨架,它是由單體經(jīng)交聯(lián)聚合成不溶性的三維空間網(wǎng)狀骨架,它支撐著整個化合物,是離子交換樹脂的主要成分,網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的骨架部分化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定;另一部分為功能基團(活性基團)。它連接在高分子骨架上,由活動離子(可交換離子)和固定離子組成。離子交換樹脂的內(nèi)部機構(gòu)如下圖所示:
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離子交換樹脂是一種帶有交聯(lián)劑的高分子化合物,樹脂內(nèi)部是一個立體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)作為骨架,連接在離子交換樹脂骨架上的活性基團能在水溶液中離解出活動離子,這些離子在較大范圍內(nèi)可以自由移動并能擴散到溶液中。同時,溶液中的同類型離子也能擴散到整個離子交換樹脂多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)部。這兩種離子之間的濃度差推動它們互相交換,而且其濃度差越大,交換速度越快。由于離子交換樹脂上所帶的一定的功能基團對于各種離子的親和力大小各不相同,所以在人為控制的條件下,功能基團離解出來的可交換離子就可與溶液里的同類型離子發(fā)生交換。陽離子交換過程可表示為:
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(2)吸附樹脂:吸附樹脂是繼離子交換樹脂之后發(fā)展起來的一類不含活性基團的高分子吸附劑,一般以苯乙烯、丙烯酸酯等為單體,以二乙烯苯等為交聯(lián)劑,汽油、液蠟、固蠟、甲苯、二甲苯等為致孔劑聚合而成。吸附樹脂一般為大孔型樹脂,其“孔隙”是在合成時由于加入惰性的制孔劑,待網(wǎng)狀骨架固化和鏈結(jié)構(gòu)單元形成后再用溶劑萃取或水洗蒸餾將其去掉,就留下了不受外界條件影響的孔隙,即“永久孔”??讖娇蛇_到100nm甚至可達到1000nm以上,故稱之為“大孔”。吸附樹脂且具有高交聯(lián)的三維空間結(jié)構(gòu),化學(xué)穩(wěn)定性好,其吸附性是由于范德華引力或產(chǎn)生氫鍵作用的結(jié)果,吸附性能類似于活性炭,但比活性炭孔分布窄、機械強度好、易脫附再生;分子篩性是由于其本身多孔性結(jié)構(gòu)的性質(zhì)所決定的。
中金企信國際咨詢公布的《2022-2028年中國離子交換樹脂行業(yè)市場調(diào)查分析及投資策略專項研究預(yù)測報告》
2、離子交換與吸附樹脂行業(yè)發(fā)展概況:離子交換與吸附樹脂最早發(fā)現(xiàn)于1935年,英國人阿登曼斯(B.A.Adams)和霍爾曼斯(E.L.Holmes)發(fā)表了利用苯酚—甲醛縮合物合成有機離子交換樹脂的研究報告。我國從上世紀(jì)50年代初開始研究離子交換與吸附樹脂的制備,1958年后南開大學(xué)化工廠、上海樹脂廠開始生產(chǎn)離子交換與吸附樹脂。經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展,國內(nèi)常規(guī)離子交換與吸附樹脂的制造和應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)較為成熟,同時隨著人們對生活品質(zhì)要求的不斷提高,以及各種工業(yè)產(chǎn)品精度要求的提高,離子交換與吸附樹脂已經(jīng)從火電、熱電、石化等傳統(tǒng)行業(yè)的應(yīng)用拓展到食品、核工業(yè)、電子、生物醫(yī)藥、環(huán)境保護、濕法冶金等諸多領(lǐng)域,需求量持續(xù)增加。新領(lǐng)域?qū)﹄x子交換與吸附技術(shù)要求的日益提高,促使常規(guī)的離子交換與吸附樹脂生產(chǎn)和應(yīng)用技術(shù)不斷完善,同時催生了許多新型的生產(chǎn)工藝不斷涌現(xiàn),使得離子交換與吸附樹脂產(chǎn)品升級和技術(shù)進步的步伐也日益加快。
由于國內(nèi)市場的快速成長,美國陶氏化學(xué)、德國朗盛、英國漂萊特、日本三菱化學(xué)等國際大型生產(chǎn)商紛紛進軍中國,利用強大的資本實力和技術(shù)實力進行中國市場的布局,在國內(nèi)中高端市場、精細化市場占據(jù)較高的市場份額。而國內(nèi)企業(yè)在火電、石化等常規(guī)工業(yè)水處理市場占據(jù)重要的市場份額,部分中高端產(chǎn)品已經(jīng)取得突破,并逐漸開始和國際企業(yè)爭奪國際市場。隨著新產(chǎn)品、新技術(shù)的不斷開發(fā)、應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展,離子交換與吸附樹脂行業(yè)現(xiàn)已成為我國高分子功能材料及精細化工領(lǐng)域具有一定影響力的重要分支。
離子交換與吸附樹脂行業(yè)市場競爭較為激烈,大部分國內(nèi)企業(yè)系民營企業(yè)且規(guī)模較小,年產(chǎn)萬噸級以上的離子交換與吸附樹脂企業(yè)不多,部分離子交換與吸附樹脂企業(yè)因為生產(chǎn)成本上升、技術(shù)創(chuàng)新不足等因素逐漸退出市場。國際大型生廠商如美國陶氏化學(xué)、德國朗盛等憑借品牌和技術(shù)優(yōu)勢仍然具有很強的競爭力。面對國際大型離子交換與吸附樹脂企業(yè)的競爭,國內(nèi)離子交換與吸附樹脂企業(yè)需要擁有良好的技術(shù)創(chuàng)新能力和較大的生產(chǎn)規(guī)模來應(yīng)對。多年來,相關(guān)企業(yè)加大研發(fā)投入、持續(xù)推出新產(chǎn)品,不斷擴大生產(chǎn)規(guī)模,是國內(nèi)離子交換與吸附樹脂行業(yè)引領(lǐng)者之一。
中金企信國際咨詢公布的《2022-2028年中國吸附樹脂市場專項調(diào)研及投資前景可行性預(yù)測報告》
3、離子交換與吸附樹脂的市場容量及發(fā)展趨勢:目前全球吸附分離材料的市場規(guī)模約為15億美元,預(yù)計全球需求每年增速3-5%。從全球吸附分離材料產(chǎn)能分布情況來看,境內(nèi)產(chǎn)能約占全球產(chǎn)能的47%,其中爭光股份產(chǎn)能全球占比約5%,其他境內(nèi)企業(yè)如江蘇蘇青、淄博東大、藍曉科技等合計產(chǎn)能全球占比約41%,境外產(chǎn)能約占全球產(chǎn)能的53%,其中美國陶氏化學(xué)、德國朗盛、英國漂萊特、日本三菱化學(xué)、住友化學(xué)等跨國企業(yè)的產(chǎn)能合計占全球的46%。我國是世界上離子交換樹脂最大的產(chǎn)量國,根據(jù)中金企信統(tǒng)計數(shù)據(jù),2018年國內(nèi)離子交換樹脂產(chǎn)量為30.44萬噸,2009年至2018年年均復(fù)合增長率為6.47%。
4、下游應(yīng)用領(lǐng)域現(xiàn)狀:
(1)工業(yè)水處理領(lǐng)域:離子交換與吸附樹脂最早、最主要的應(yīng)用是在普通工業(yè)水處理領(lǐng)域,截至目前,離子交換與吸附樹脂在普通工業(yè)水處理的應(yīng)用領(lǐng)域仍占有約70%的比例。離子交換與吸附樹脂在普通工業(yè)水處理領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,是由于水中往往不同程度地含有Ca2+、Mg2+、K+、Na+等陽離子和Cl-、SO42-、PO43-、NO3-、SiO22-等陰離子,企業(yè)生產(chǎn)過程中,這些雜質(zhì)離子在高溫下會生成碳酸鈣、硫酸鈣、氫氧化鎂和硅酸鎂等難溶物質(zhì),沉積在鍋爐受熱面而結(jié)成水垢,使受熱面生成鼓包、孔斑,導(dǎo)致沸騰管和垂彩管破裂,不僅危害鍋爐的安全運行,并將增加鍋爐的維修成本,因此,進入鍋爐的水必須進行處理,以除去水中陽離子和陰離子。離子交換樹脂作為一種帶有特殊功能基團的高分子聚合物,特別適合于用于去除這些雜質(zhì)離子,氫型陽離子交換樹脂交換去除陽離子釋放出H+,陰離子交換樹脂交換去除陰離子釋放出OH-,H+和OH-中和反應(yīng)生成水,經(jīng)過離子交換樹脂處理的水不產(chǎn)生新的物質(zhì)。
在中高端工業(yè)水領(lǐng)域中,由于電力行業(yè)發(fā)電機組的參數(shù)和容量越來越大,對補給水質(zhì)量的要求也日益嚴(yán)格,凝結(jié)水是補給水的重要組成部分,因此凝結(jié)水處理也成為電廠水處理的一個重要環(huán)節(jié),凝結(jié)水精處理是為了去除整個水、汽系統(tǒng)在啟動、運行和停運過程中產(chǎn)生的機械雜質(zhì),如氧化鐵、銅和鎳的氧化物及膠體硅等;去除從補給水和凝汽器管帶入的溶解鹽類,從而保證給水的高純度,保護機組在凝汽器發(fā)生少量泄漏時,能滿負(fù)荷正常運行,在有較大泄漏時,能給予申請停機所需的時間。凝結(jié)水精處理一般在高流速下進行,且每個周期凝結(jié)水精處理樹脂都要進行空氣擦洗、分層、輸送等過程,因此對凝結(jié)水精處理樹脂的機械強度、交換速度提出了更高的要求。
除凝結(jié)水精處理外,大中型發(fā)電機組設(shè)備普遍采用水-氫冷卻方式,發(fā)電機內(nèi)冷水的水質(zhì)對保證發(fā)電機組設(shè)備的安全經(jīng)濟運行是非常重要的。近年來隨著大容量、亞臨界、超臨界發(fā)電機組的投入運行,為了確保發(fā)電機組設(shè)備的安全運行,對發(fā)電機內(nèi)冷水品質(zhì)的要求越來越高。由于內(nèi)冷水的pH值低,使水中含銅量及電導(dǎo)率均在高限,腐蝕產(chǎn)物還可能在線棒的通流部分沉積,引起局部過熱,甚至造成局部堵死,影響發(fā)電機組的安全運行。運行過程中水冷器的泄漏以及水冷器投運前未經(jīng)沖洗或沖洗不徹底等都會使生水中的雜質(zhì)進入內(nèi)冷水系統(tǒng),造成系統(tǒng)腐蝕和堵塞,因此讓內(nèi)冷水通過裝有陰、陽離子交換樹脂的混合離子交換器,以除去雜質(zhì)離子,降低電導(dǎo)率和Cu2+含量。這種適用于發(fā)電機內(nèi)冷水處理用的高強度離子交換樹脂是經(jīng)水力分選、過篩、酸堿鹽和有機溶劑反復(fù)處理后,大幅度降低樹脂中的低聚合物含量而成的樹脂,該系列樹脂機械強度高、顆粒均勻。
世界領(lǐng)先的樹脂生產(chǎn)商美國陶氏化學(xué)、日本三菱化學(xué)等跨國公司在工業(yè)水處理領(lǐng)域的研究及產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)非常成熟,并長期壟斷了高端工業(yè)水處理樹脂的合成技術(shù),如運用于火電廠、化工廠凝結(jié)水精處理及電廠發(fā)電機組內(nèi)冷水處理等領(lǐng)域的離子交換樹脂生產(chǎn)技術(shù)。而我國雖然已經(jīng)能掌握普通工業(yè)水處理樹脂的生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù),但在高端領(lǐng)域仍顯不足,目前國內(nèi)大多樹脂材料制造商仍集中在普通工業(yè)水處理這個“紅海市場”,產(chǎn)品主要為低端的離子交換樹脂,綜合實力較弱,規(guī)模較小。近年來,以相關(guān)企業(yè)為代表的國內(nèi)離子交換與吸附樹脂憑借多年的技術(shù)積累及成本優(yōu)勢,在高端工業(yè)水處理領(lǐng)域開發(fā)并生產(chǎn)出一系列具有國際競爭力的離子交換與吸附樹脂,其中“火電超臨界發(fā)電機組中壓系統(tǒng)凝結(jié)水精處理用混床樹脂”被科技部認(rèn)定為國家級火炬計劃項目,加速了進口替代的進程。
近年來,我國工業(yè)用水總量保持在每年1,200億立方米以上。在工業(yè)水處理領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的電力行業(yè),快速增長的發(fā)電裝機容量是推動離子交換與吸附樹脂的市場容量不斷擴大的重要因素。離子交換與吸附樹脂技術(shù)是電廠所需補給水處理和凝結(jié)水精處理的關(guān)鍵技術(shù)之一。近年來我國電力行業(yè)發(fā)展快速,2018年發(fā)電裝機容量升至190,012.00萬千瓦,較2009年發(fā)電裝機容量87,409.72萬千瓦增長117.38%。來自下游電力行業(yè)工業(yè)水處理的需求增加,將擴大上游離子交換與吸附樹脂市場的規(guī)模。
中金企信國際咨詢專業(yè)編制《離子交換與吸附樹脂項目商業(yè)計劃書》為企業(yè)投融資、項目立項、銀行貸款申請、批地申請等提供專業(yè)化優(yōu)質(zhì)服務(wù)。
(2)食品及飲用水領(lǐng)域:在食品及飲用水領(lǐng)域,離子交換與吸附樹脂可用于飲用水、糖、酒、乳品、油脂、果汁飲料的除鹽、脫色、分離、提純、去味、催化等方面等。近年來,針對國內(nèi)外食品行業(yè)對于食品衛(wèi)生和安全要求的不斷提高,離子交換與吸附樹脂作為食品工業(yè)應(yīng)用中非?;钴S及極具創(chuàng)造力的技術(shù)之一,對食品工業(yè)的發(fā)展起了推動作用。
①食糖行業(yè):全球食糖年產(chǎn)量呈現(xiàn)波動式上升趨勢,糖作為人體所需的重要營養(yǎng)物質(zhì),是調(diào)節(jié)生理機能不可缺少的物質(zhì)。以糖類中淀粉糖為例,淀粉糖化液經(jīng)離子交換與吸附樹脂精制后,能除去幾乎全部的灰分和有機酸及色素等雜質(zhì),進一步提高純度。由離子交換與吸附樹脂精制過的糖化液生產(chǎn)糖漿、結(jié)晶葡萄糖或果葡糖漿,產(chǎn)品質(zhì)量都將有大幅提高而生產(chǎn)果葡糖漿,由于灰分等雜質(zhì)對異構(gòu)酶穩(wěn)定性有不利影響,也需要離子交換與吸附樹脂精制糖化液。
離子交換與吸附樹脂在玉米淀粉糖的生產(chǎn)過程的功能及作用如下:
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②飲用水行業(yè):世界水資源分布廣泛,不同地區(qū)的水質(zhì)其存在的物質(zhì)成分及濃度是不同的,有些物質(zhì)可能對人的健康有害,而攜帶合適功能基團的離子交換與吸附樹脂可根據(jù)不同水質(zhì)去除目標(biāo)物質(zhì),達到凈化水的目的。在飲用水行業(yè),專一的功能性樹脂使用廣泛,如除鐵樹脂、除氟樹脂、除硝酸根樹脂、除砷樹脂、除硼樹脂、除磷樹脂、除高氯酸根樹脂等,在其他多種物質(zhì)存在的情況下,這些樹脂依然可以選擇性去除目標(biāo)物質(zhì)而不改變其他物質(zhì)的存在形式和濃度。
隨著社會工業(yè)化水平越來越高,水污染日益嚴(yán)重,如何保證飲用水安全成了中國百姓關(guān)注的問題之一,凈水器以其使用方便、價格實惠、現(xiàn)制現(xiàn)用、水質(zhì)新鮮、無二次污染等優(yōu)點,成為了飲用水深度凈化中應(yīng)用廣泛的處理方式。我國凈水器的市場普及率仍然較低,與歐美及日本發(fā)達國家相比存在較大差距,隨著消費升級趨勢顯現(xiàn),人們飲用水安全意識逐漸增強,我國凈水器市場前景廣闊,市場潛力巨大。專營于飲用水凈化設(shè)備的德國BRITA及瑞士AQUIS系相關(guān)企業(yè)的主要客戶。全國凈水器產(chǎn)量呈現(xiàn)逐年上升的發(fā)展態(tài)勢。
(3)核工業(yè)領(lǐng)域:核級樹脂主要用于反應(yīng)堆一回路和二回路的給水和水處理系統(tǒng)。向蒸汽發(fā)生器二回路提供質(zhì)量可靠的超純水是保證其穩(wěn)定運行以及提供品質(zhì)合格蒸汽的關(guān)鍵技術(shù),核級超純水可以降低二回路側(cè)的污垢沉積,降低一回路向二回路傳熱的熱阻,提高蒸汽產(chǎn)量,同時超純水可以減少污垢在發(fā)電機透平葉片上的沉積。另外,應(yīng)用于核電站一回路水處理系統(tǒng)的核級樹脂必須具備很高的再生轉(zhuǎn)型率、很低的雜質(zhì)含量、良好的抗輻照分解能力,并要求樹脂能夠在較高運行流速和較高溫度下工作,使用過程中系統(tǒng)釋放出的有機或無機雜質(zhì)應(yīng)在允許范圍內(nèi)。
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目前,核級樹脂市場大部分被美國陶氏化學(xué)等國際巨頭壟斷,尤其是一回路采用的核級樹脂,具有該技術(shù)的公司主要集中在美國陶氏化學(xué)、英國漂萊特等少數(shù)幾家公司,國內(nèi)企業(yè)大多不具備該樹脂的生產(chǎn)能力。隨著包括相關(guān)企業(yè)在內(nèi)的國內(nèi)離子交換與吸附樹脂優(yōu)勢企業(yè)在核級樹脂研發(fā)及生產(chǎn)上的突破,我國自行設(shè)計和建造的第一座核電站秦山核電站使用了相關(guān)企業(yè)研發(fā)的核級離子交換樹脂。相關(guān)企業(yè)研發(fā)的核級離子交換樹脂先后獲得科技部頒發(fā)的《國家級火炬計劃項目證書》、浙江省科學(xué)技術(shù)廳頒發(fā)的《高新技術(shù)產(chǎn)品》、中國電機工程學(xué)會頒發(fā)的《中國電力科學(xué)技術(shù)獎》。隨著我國核電事業(yè)的發(fā)展,可以預(yù)見核電廠對高品質(zhì)的離子交換與吸附樹脂的需求將會越來越大。
與火電、水電、風(fēng)電等能源品種相比,核電具有環(huán)保、穩(wěn)定、自主可控性高等優(yōu)勢。2018年核電發(fā)電設(shè)備利用小時數(shù)為7,184小時,是目前我國產(chǎn)能利用率更高的能源品種。但我國核電廠建設(shè)起步較晚,核電利用水平低于世界均值。截至2018年,全球核電裝機/發(fā)電量在總裝機/發(fā)電量中占比為7%/10%,而我國僅為2%和4%。2019年我國核電發(fā)電量已達3,487億千瓦時,較2008年692.19億千瓦時發(fā)電量增加了2,794.81億千瓦時,復(fù)合增長率高達15.83%。
中金企信國際咨詢專業(yè)編制《離子交換與吸附樹脂項目可行性研究報告》為企業(yè)投融資、項目立項、銀行貸款申請、批地申請等提供專業(yè)化優(yōu)質(zhì)服務(wù)。
“十三五”以來,我國核電利好政策頻頻登臺,2018年我國新投產(chǎn)7臺電機組,產(chǎn)能逐漸釋放,三代核電技術(shù)的成形將迎來核電產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。隨著我國核電行業(yè)的快速發(fā)展,核電站對高品質(zhì)的離子交換與吸附樹脂的需求將會越來越大,也將推動離子交換與吸附樹脂行業(yè)的不斷發(fā)展。另外,核電行業(yè)的發(fā)展對一個國家的綜合實力有著重要的影響。因此,加強對核級樹脂的研究與開發(fā),生產(chǎn)出高質(zhì)量的核級樹脂除了具有可觀的經(jīng)濟效益,還具有重大的國家戰(zhàn)略意義。
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(4)電子領(lǐng)域:在電子元器件的生產(chǎn)過程中無論是清洗用水,還是溶液、漿料,都需要使用超純水。超純水是除了水分子外,幾乎沒有其他雜質(zhì)、沒有病毒、細菌以及有機物質(zhì),電阻率為18(MΩ×cm)的水。集成電路的生產(chǎn)工藝是蝕刻和清洗反復(fù)進行,每生產(chǎn)一片集成塊需要消耗超純水3~5升,平均6英寸的晶片需消耗1.2噸的超純水。超純水的純度直接影響到電子元器件的產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)成品率,所以超純水的制備技術(shù)在半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展中是重要的一環(huán)。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展,元器件的尺寸的縮小和精細程度的提高,對超純水的水質(zhì)要求日趨嚴(yán)格。
我國電子工業(yè)部將電子級水質(zhì)技術(shù)分為I級、II級、III級、IV級、V級五大行業(yè)等級,離子交換樹脂應(yīng)用于超純水生產(chǎn)中的EDI裝置或CDI裝置中,可獲得電阻率為18MΩ/cm的I級電子級超純水。常用的超純水制備方法有:離子交換法、一次蒸餾冷凝法、電滲析法、超濾+反滲透+混床、超濾+反滲透+EDI等。隨著雙膜法的快速發(fā)展和新技術(shù)的應(yīng)用,超濾+反滲透+混床和超濾+反滲透+EDI的處理技術(shù)越來越多的在超純水制備中得到廣泛應(yīng)用。EDI是一種將電滲析與離子交換有機結(jié)合的膜分離技術(shù),工作原理如下圖所示:
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EDI高脫鹽性能得益于高質(zhì)量的混合離子交換樹脂、高品質(zhì)的陰(陽)膜和昂貴的電極板。陰、陽離子交換樹脂按不同的比例搭配而成的離子交換混床系統(tǒng)是用于制取超純水的終端工藝,也是不可替代的手段。
根據(jù)美國半導(dǎo)體協(xié)會數(shù)據(jù),2018年全球半導(dǎo)體市場銷售總額為4,688億美元,同比增長13.7%。2019年,在硅周期和中美貿(mào)易爭端等因素的影響下,各類半導(dǎo)體產(chǎn)品的市場增長率都出現(xiàn)明顯回落。2019年隨著世界集成電路產(chǎn)品出現(xiàn)供過于求及消化庫存、避開硅周期低谷期的風(fēng)險,世界半導(dǎo)體投資熱也相對出現(xiàn)新一輪回落。全球半導(dǎo)體用電子級超純水市場預(yù)計在2018~2022年間復(fù)合年增長率達8%,預(yù)計2022年將增長至41.7億美元。
在國家政策扶持以及市場應(yīng)用帶動下,國內(nèi)半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)業(yè)保持快速增長。根據(jù)中國半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)顯示,2010年我國集成電路產(chǎn)業(yè)銷售規(guī)模僅為1,424億元,2018年上升至6,352億元。從我國集成電路產(chǎn)量及變化趨勢來看,基本與行業(yè)銷售情況保持一致,2019年全國生產(chǎn)集成電路2,018.20億塊,較2009年414.40億塊增長1,603.80億塊,年復(fù)合增長率達17.15%。近年來大規(guī)模集成電路行業(yè)的發(fā)展帶動了離子交換與吸附樹脂的產(chǎn)銷量。
(5)生物醫(yī)藥領(lǐng)域:在生物醫(yī)藥方面,離子交換與吸附樹脂可用于眾多生物藥物如抗生素、維生素、氨基酸、有機酸、酶、蛋白質(zhì)、核酸、重組藥物,以及中藥如生物堿、黃芪黃酮、黃芪皂苷、香豆素類、蒽醌類、內(nèi)酯等的分離純化。由于離子交換與吸附樹脂提取、分離技術(shù)設(shè)備簡單,操作方便,生產(chǎn)連續(xù)化程度高,且得到的產(chǎn)品純度較高,因此在醫(yī)藥工業(yè)中應(yīng)用廣泛。
離子交換與吸附樹脂在生物制藥工藝中越來越多地用于產(chǎn)物的分離純化。國外發(fā)現(xiàn)的新抗生素中,大都是采用離子交換與吸附樹脂作為分離活性物質(zhì)的手段??股刂苽湟话闶怯脤iT的菌種通過發(fā)酵法獲得。發(fā)酵液中由菌種產(chǎn)生的抗生素濃度很低,而培養(yǎng)基的成分復(fù)雜、數(shù)量龐大,因此從發(fā)酵液中提取抗生素,并制到很高的純度,需要非常細致、復(fù)雜的分離及吸附技術(shù)。
隨著中藥現(xiàn)代化進程的加快,離子交換與吸附樹脂在中草藥有效成分的提取中也得到越來越多的應(yīng)用。已有許多單味中草藥的成分用樹脂法提取成功,并得到工業(yè)化應(yīng)用,如黃芪皂苷、淫羊藿甙、三七總皂甙、羅漢果甙、人參總皂甙、葛根總黃酮、茶多酚、銀杏黃酮等的提取分離。另外,離子交換與吸附樹脂用于復(fù)方中藥的制備上,相比其他技術(shù)更能有效地保留小分子有效成分,減少藥物的劑量。隨著對復(fù)方藥劑各組分藥力方面和有效成分檢測難題的解決,離子交換與吸附樹脂將在中藥領(lǐng)域得到更為廣泛地應(yīng)用。以黃芪皂苷為例,其具有強心、降壓、抗腫瘤、降低糖尿病大鼠血糖和促進胰島素分泌等作用;黃芪黃酮對化學(xué)物誘導(dǎo)的DNA損傷具有保護作用,對藥物所致的肝損傷也有明顯的抵抗作用。黃芪皂苷的提取劑一般為乙醇和甲醇,由于黃芪皂苷和黃芪黃酮都是易溶于乙醇和甲醇的化合物,常規(guī)提取方法不能將兩種成分進行分離。而相關(guān)企業(yè)生產(chǎn)的DM130離子交換與吸附樹脂可以將上述兩種物質(zhì)分離提取。
根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù),我國醫(yī)藥行業(yè)整體呈現(xiàn)穩(wěn)步發(fā)展,隨著新型藥物的不斷研制,居民對身體健康的重視程度日益提升,對相關(guān)醫(yī)藥產(chǎn)品的需求逐步擴大,將持續(xù)推動醫(yī)藥行業(yè)發(fā)展。
(6)環(huán)保領(lǐng)域:在環(huán)保領(lǐng)域,離子交換與吸附樹脂主要應(yīng)用于高濃度、難降解有機物和重金屬污染的工業(yè)廢水處理。傳統(tǒng)的工業(yè)廢水處理方法有氧化法、中和沉淀法、膜處理技術(shù)、不溶性絡(luò)合物法、電解法、氣浮法和生物處理技術(shù)等。近年來,隨著離子交換與吸附技術(shù)的不斷發(fā)展,用于工業(yè)廢水處理的吸附分離樹脂因其可對廢水中物質(zhì)回收利用、使用方便、處理效率高、強度好、抗污染能力強和化學(xué)穩(wěn)定性好等特點,使得樹脂法在廢水處理領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴大,越來越顯示出優(yōu)越性樹脂法用于處理有機廢水和重金屬廢水,由于選擇性吸附,解吸液純度較高,一般都可以回收利用,可產(chǎn)生較好的經(jīng)濟效益,從而在化工、冶金等行業(yè)的污水治理中發(fā)揮了越來越重要的作用,可實現(xiàn)環(huán)境治理和資源回收并舉,實現(xiàn)節(jié)能減排并從環(huán)保中產(chǎn)生效益。
在國內(nèi),隨著2015年國務(wù)院發(fā)布《水污染防治行動計劃》,明確將工業(yè)廢水處理作為工作重心,各類排污企業(yè)將更加注重廢水處理,由于離子交換與吸附樹脂性能的不斷改進,新型應(yīng)用技術(shù)的不斷出現(xiàn),離子交換與吸附樹脂已經(jīng)成為處理水量大、濃度低的工業(yè)廢水的最佳方法之一。以含鉛廢水為例,鉛主要用于制造鉛蓄電池、電纜護套、化工產(chǎn)品等,鉛及其化合物對人體有較大毒性,并可在人體內(nèi)積累。由于弱酸性陽離子交換與吸附樹脂對Pb2+有較高的親和力,故利用弱酸性陽樹脂可以從廢水中除去Pb2+。
隨著政府對環(huán)境治理的逐漸重視,出臺各項污染防治政策,國家加大基礎(chǔ)設(shè)施和環(huán)保投資力度,我國的工業(yè)廢水處理行業(yè)開始步入快速成長期,市場規(guī)模將保持在較高增速發(fā)展,在“十三五”期間,我國工業(yè)廢水處理市場規(guī)模將保持快速增長。到“十三五”末,工業(yè)廢水市場規(guī)??赏黄?,500億元,到2024年,工業(yè)廢水市場規(guī)模有望突破3,500億元。下游環(huán)保領(lǐng)域治理廢水投入增加的紅利將促使離子交換與吸附樹脂行業(yè)保持良好的發(fā)展趨勢。
(7)濕法冶金領(lǐng)域:濕法冶金是指金屬礦物原料在酸性介質(zhì)或堿性介質(zhì)的水溶液中進行化學(xué)處理、有機溶劑萃取、分離雜質(zhì)、提取金屬及其化合物的過程。上世紀(jì)八十年代,貴金屬金、銀、鉑、鈀、銠、銥、釘?shù)纳a(chǎn)與消費逐年增加,刺激了濕法冶金的快速發(fā)展,而樹脂法是濕法冶金技術(shù)中最優(yōu)越的選擇之一,離子交換與吸附樹脂能從稀溶液中分離并富集金屬離子,可以通過材料設(shè)計實現(xiàn)混合金屬離子溶液中的選擇性吸附,尤其適用于從低品位礦物浸液中提取目標(biāo)金屬,相比傳統(tǒng)的溶劑萃取濕法冶煉樹脂法具有成本低、金屬收率高、設(shè)備自動化程度高、操作簡單、污染小的特點。離子交換與吸附樹脂在濕法冶金領(lǐng)域的主要工藝流程如下:
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目前離子交換與吸附樹脂在濕法冶金領(lǐng)域的應(yīng)用主要有貴金屬的提取分離及稀有金屬和稀土金屬的提取分離。相關(guān)企業(yè)在濕法冶金方面的應(yīng)用主要集中鎢、鉬的分離和提純;錸的提?。挥坞x態(tài)汞和貴重金屬的分離、提純化等。
世界鎢資源主要集中在中國、加拿大、美國和俄羅斯,其中中國是最主要的鎢儲量國和生產(chǎn)國。據(jù)美國地質(zhì)勘探局(USGS)統(tǒng)計,2016年全球鎢儲量310萬噸,其中中國儲量為190萬噸,占世界總儲量的61%。我國鎢礦品位低且成分復(fù)雜,其中白鎢礦富礦少,品位低;黑鎢礦富礦多,品位高;黑白鎢混合礦與其他礦物共伴生,成分復(fù)雜難選難冶。經(jīng)過近些年來的持續(xù)開采,優(yōu)質(zhì)黑鎢礦已基本消耗殆盡,白鎢精礦品位也逐年下降。隨著我國優(yōu)質(zhì)鎢礦資源趨于匱乏,低品位高雜鎢礦的處理已成為鎢工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略選擇。離子交換與吸附樹脂以其優(yōu)異的分離選擇性,較高的濃縮富集能力,以及簡便的操作方式,將在鎢冶煉產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。相關(guān)企業(yè)研發(fā)生產(chǎn)的201-W強堿型陰樹脂、D314-W大孔弱堿性陰樹脂等在金屬鎢的分離提純應(yīng)用較為成熟,報告期與廈門鎢業(yè)(600549.SH)、吉安德和鎢業(yè)有限公司、江西省修水贛北鎢業(yè)有限公司等國內(nèi)多家大型鎢冶煉企業(yè)建立了合作關(guān)系,帶動了公司在國內(nèi)提鎢領(lǐng)域市場地位升。
鎢、鉬在自然界經(jīng)常共生,隨著優(yōu)質(zhì)鎢礦的逐漸減少,含鉬較高的鎢礦石將成為鎢冶金的主要原料,而在鎢的系列產(chǎn)品中,鉬是須嚴(yán)格控制的雜質(zhì)元素,如在國標(biāo)GB/T10116-2007零級APT(仲鎢酸銨)中,其鉬含量要求低于20×10-6,而鎢、鉬又同屬第VI副族元素,二者的物化性質(zhì)極其相似,因此,要實現(xiàn)二者的有效分離非常困難,在現(xiàn)行的鎢鉬分離工藝中,用離子交換與吸附樹脂分離鎢鉬占有相當(dāng)重要的地位,公司基于MoS42-同WO42-的性質(zhì)差異而開發(fā)出的大孔弱堿性陰離子樹脂分離鎢鉬工藝具有除鉬效果好、操作簡單、環(huán)境污染小等優(yōu)點,得到了廣泛的運用。