我国环保装备关键新材料的发展研究

　　环境保护已经成为全社会普遍关注的焦点，环境监测、垃圾焚烧、污染治理等都离不开一系列的环保专用材料、设备和仪器等的支撑。本文通过对比研究的方法，分析国内外环保装备涉及的关键新材料的优劣，归纳出我国环保装备关键新材料的发展现面临缺少核心技术，材料稳定性差，企业自主创新体系亟待建设和完善，设计规范与标准落后等问题，并结合环保装备的发展趋势，提出了推动我国环保装备关键新材料发展的相关建议。

　　1 环保装备产业的发展背景

　　1.1 发展现状

　　环保装备产业起源于美国和欧洲工业国，经过50多年的创新发展，已经成为发达国家的主要支柱产业之一。预计到2020年末，世界环保装备产业的总产值超过10 000亿美元，成为重点产业之一。北美地区以美国为主约占全球环保装备市场的40%;欧洲地区以德国为代表占30%，以中国、日本和韩国为代表的亚洲国家占25%左右。2019年，我国环境污染防治专用设备产量78.78万台套(表1)，其中大气污染防治设备、水质污染防治设备、固体废弃物表处理设备都具备较大产能，如表1所示。但环保装备产业低端化、同质化竞争严重，先进技术装备替代推广困难，造成我国与国际绿色发展强国仍有较大差距。

　　1.2 主要国家和地区环保装备产业发展推进计划

　　美国、德国、日本等国家部署较为超前，我国奋勇直追，近年来的政策支持力度增大。从20世纪70年代以来，美国、德国、日本先后建立了较为完善、健全的环境管理法律法规体系(表2)。我国的环保装备产业发展推进计划具有很强的针对性，先后印发《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》和《关于加快推进环保装备制造业发展的指导意见》，明确加快发展先进环保产业，促进环保装备产业发展。

　　2 环保装备涉及的关键新材料

　　2.1 先进有色材料

　　2.1.1 主要材料

　　有色金属材料在环保设备的使用比例中仅次于钢铁材料，主要用于各种泵体、壳体、活塞阀门等关键部位，基本涵盖铜合金、铝合金、鈦合金、镍合金和铅合金等全部有色金属材料。不同的金属材料具备不同的特性，装备环保设备的不同的关键部位，如表3所示。

　　2.1.2 发展现状

　　2018年，我国有色金属行业在质量不断提高的前提下，产量稳步上升，铝、铜、镍、铅等10种主要有色金属产量达到5687.9万t，同比增长6%，产销率为99.8%。随着淘汰落后产能政策的深化与转型升级政策的出台，有色金属行业逐步走向可持续发展之路，如表4所示。通过技术积累与产业创新，我国有色金属在氧化铝产业、铝电解技术、有色金属冶炼产业、有色金属二次资源回收及有色金属加工等产业领域取得了长足进步。但是我国有色金属行业高端选矿、冶炼与压延加工设备核心技术缺乏，受制于德国、日本等国的先进企业。

　　2.1.3 发展趋势

　　一是我国有色金属行业产能过剩问题严重。从2012年开始，经过严厉整顿我国有色行业应淘汰的落后产能已不多，产能过剩问题得到明显好转。二是行业仍需绿色转型升级。在技术创新上，基本形成产业创新体系，基本满足高端装备的需求，但在重金属污染防控和能耗方面仍需进一步降低。三是“两化融合”发展不足。选冶、冶炼、加工环节的关键工艺数控化率为80%左右，智能制造工厂战略仍需加快推进。

　　2.2 高性能膜材料

　　2.2.1 主要材料

　　高性能膜材料是指具有稳定性高、分离性能高、成本低和寿命长等特征，可满足工程化应用需求的膜材料，是新型高效分离技术的核心材料，在解决水资源、能源和环境问题方面发挥着战略性作用。根据膜材料应用对象的不同，主要可分为水处理膜、特种分离膜、气体分离膜等。水处理膜主要是指用于地表水和污水净化处理的膜，是全球膜市场份额最大的一类膜材料。特种分离膜主要是指能够在溶剂、高温和化学反应等苛刻环境下，实现物质分离的薄膜材料，主要包括陶瓷膜、渗透汽化膜和离子交换膜。气体分离膜主要用于气体与气体分离、气体中杂质组分的脱除等，按材料性质可分为有机膜材料和无机膜材料，如表5所示。

　　2.2.2 发展现状

　　近年来，国内膜材料产业年增长速度为15%左右。其中，水处理膜材料已实现产业化及规模化应用，进入相对成熟期，占据绝大部分的市场份额，市场增长速度有所放缓;特种分离膜材料正处于产业快速发展阶段，膜品种与应用规模不断增加，销售额进入高速增长期;气体分离膜材料得到初步产业化，随着环保要求的提高，气固分离膜、挥发性有机物回收膜等发展迅速。据中国膜工业协会统计，到2023年我国膜产业总产值接近 4 000亿元，膜产品制造业的年增长率将超过20%。尽管我国高性能膜材料领域已取得了长足进步，但仍面临一定困难及挑战。一是膜产业原始创新能力不足;二是膜产品系列化、高端化应用程度不够;三是膜产业标准化程度不高、市场竞争生态差。

　　2.2.3 发展趋势

　　一是膜材料基础理论及前沿技术创新不断加强，打破Trade—off现象对膜材料性能限制、开发颠覆性膜材料产品成为研究热点;二是膜技术应用领域不断扩大，膜与其他技术的集成应用越来越广泛，制约膜技术应用的技术关键不断被攻破，以膜技术为核心的重大工程不断出现;三是产业呈现多方合作、兼并、重组等多元模式发展态势，膜产业链上下游科研机构及企业呈现一体化、国际化发展，膜市场逐渐形成良性竞争。

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