分离膜行业深度研究报告进口替代空间大,工

（报告出品方/作者：长城证券，王志杰）

1.下游应用场景丰富，国家政策为行业发展后盾

1.1膜产品应用场景广泛，行业规模稳定扩张

分离膜的概念自18世纪就被提出，我国膜分离技术始于20世纪80年代。分离膜是一种特殊的、具有选择性透过功能的薄层物质，在一定浓度及压力下进行物质分离的膜，起到浓缩和分离纯化的作用。按材料性质，可以分为高分子膜、金属膜、无机膜。常用的膜分离方法主要有微滤(micro－filtration，MF)、纳滤(nano－filtration，NF)、超滤(ultra－filtration，UF)、反渗透(reverse－osmosis，RO)。膜分离过程以选择性透过膜为分离介质。当膜两侧存在某种推动力(如压力差、浓度差、电位差等)时，原料侧组分选择性地透过膜，从而达到分离、提纯、浓缩等目的。

分离膜具有以下分离机制：1）过筛分离机制：膜的孔径比物理过筛小得多，微滤膜和超滤膜的分离过程是由过筛机制起主导作用，分离膜和被分离物质的亲水性、相容性、电负性等性质也起着相当重要的作用。2）溶解扩散机制：膜材料对待分离物质有一定溶解能力，在外力驱动下，该物质在膜材料内先溶解、后扩散（从膜的一侧扩散到另一侧）、再分离。3）选择性吸附机制：当膜材料对混合物中的部分物质有选择性吸附时，吸附性高的成分将在表面富集，该成分通过膜的几率将加大。相反，不容易被吸附的成分将不易透过该分离膜。对膜分离起作用的吸附作用主要包括范德华力吸附和静电吸附。在反渗透膜用于水的纯化和脱盐过程中选择性吸附起重要作用。

膜分离技术下游应用市场主要包括市政污水处理、钢铁行业及石油化工行业的中水回用、自来水净化、海水淡化、家用水净化等领域。随着新能源市场的发展，锂矿是国民经济和国防建设的重要战略资源，盐湖提锂的工程中也逐渐运用到各种分离膜技术。

目前我国膜产品销售中，反渗透膜和纳滤膜占50%，超滤膜、微滤膜及电渗析膜各占10%，剩下20%被气体分离膜、无机陶瓷膜、透气膜及其他类型所占据。据中国膜工业协会数据显示，“十三五”以来，我国膜工业总产值的年均增长率保持在15%左右，年末，膜工业总产值比“十二五”末增长了一倍，达到亿元。根据膜行业的年均增长率，我们预测未来膜行业产值将持续稳定增长，到年，我国膜工业总产值或将达到亿元。

根据年中国膜行业协会最新披露的数据，我国膜产值主要由6个方面构成。其中，各项设备（含净水器）产值为亿元，占26.51%；工程与应用产值亿元，占26.61%；膜相关配套产品产值亿元，占15.87%；膜与膜材料产值亿元，占15.36%；贸易与服务产值亿元，占11.97%；其他领域产值亿元，占3.68%。

我国膜技术应用场景广泛，据《中国膜产业发展状况与展望》披露，工业用水处理应用排在首位，占35%；其次是能源行业，占21%；工业废水处理应用占比20%；医用行业/市政污水处理/城镇饮用水处理/海水苦咸水淡化/其他应用场景分别占比9%/8%/5%/1%/1%。按占比情况看，主要的应用场景为工业用水处理、工业废水处理以及能源行业。随着我国经济不断发展，城市化进程加快，工业化程度持续提升，水资源需求略有不足，给膜市场带来广阔的发展空间，城镇饮用水处理、市政污水处理、海水淡化、医用行业等应用范围都具有较好的发展前景。

我国反渗透膜市场目前还处于被海外品牌大部分占据的环境下。目前，中国市场反渗透膜产品的销售总额约为全球销售额的30%-35%，市场规模跃居世界首位。但国外反渗透膜产品仍占据市场主导地位，美国陶氏化学、日东电工、日本东丽、苏伊士（原GE）占据的市场份额相对较高。据华经产业研究院数据显示，我国反渗透膜市场份额30%来自于美国陶氏集团、26%来自美国海德能公司，KOCH/GE/东丽分布占据我国反渗透膜市场的9%/8%/7%。综上所述，海外品牌在我国膜行业处于垄断性优势状态下。国内反渗透膜生产厂家正迎头赶上，产品性能与稳定性与国外头部企业的差距正逐渐缩小。市场环境刺激本土膜产品生产公司快速发展，国产替代成为分离膜行业首要的努力目标。

1.2十四五政策推动膜行业持续发展，污水处理零排放被列为应用重点

近年来，我国对膜行业日益重视，各大政府部门陆续出台了一系列关于膜产品及污水处理的产业支持政策，持续引导并进一步提升膜产品重点品种的研发和生产。其中，年5月，国务院发布了《中国制造》，提出要把脱盐率大于99.8%的海水淡化反渗透膜产品，低成本的、装填密度超过万平方每立方米陶瓷膜产品、应用于膜氯碱工业的离子交换膜及突破全膜法氯碱生产新技术和成套装置的渗透通量提高20%；

膜面积达到10万平方米的渗透汽化膜产品作为关键材料的发展重点。年11月，工业和信息化部、发展改革委、科技部、财政部联合发布的《新材料产业发展指南》指出，将先进基础材料、关键战略材料和前沿新材料作为新材料产业发展的三个重点方向。其中高性能分离膜材料被列入关键性战略材料。同月，国家发改委发布的《产业结构调整指导目录》将功能性膜材料、陶瓷膜、药物生产过程中的膜分离等技术开发与应用、纳滤膜和反渗透膜纯水装备等列入鼓励类目录。

年1月，科技部发布的《国家高新区绿色发展专项行动实施方案》中指出，到年，我国的目标是：国家高新区单位工业增加值综合能耗降至0.4吨标准煤/万元以下，其中50%的国家高新区单位工业增加值综合能耗低于0.3吨标准煤/万元；单位工业增加值二氧化碳排放量年均削减率4%以上，部分高新区实现碳达峰。要尽早实现零排放，具体重点任务包括开展高新区工业废水近零排放科技创新行动，做好管网及污水处理设施建设及有毒有害污染物监测，以企业内废水处理和园区污水厂综合处理为基础，形成国家高新区污水近零排放整体方案。该政策促进针对膜对各类工业水处理场景的应用蓬勃发展，工业水处理市占率将不断提升。

国家陆续发布产业支持政策，对膜行业发展提供助力，为膜产品的研发和生产提供良好环境，对行业内相关公司的生产经营状态做出高度肯定。

2.盐湖提锂助力国家战略资源采集，工艺革新推动产业效率提升

2.1锂是国家重要战略资源，盐湖锂资源目前为提锂主要方向

金属锂及其化合物是国家重要的战略资源，常用于国民经济建设和国防建设。锂是已知元素中金属活动性最强的，还原性强于钾钠等元素，因此常被用于电极制作中，在锂电池、陶瓷工业、玻璃制造、润滑剂、原子能热核聚变反应等领域有着重要应用。

根据美国地质调查局（USGS）年统计披露，全球锂矿资源在年达到万吨，其中卤水锂资源量达70%以上。玻利维亚是全球锂矿储量最大的国家，年达到大约万吨，占全球锂矿总量的24.56%。

我国是锂资源大国，年锂矿储量为万吨，位于世界第六，排在靠前位置。我国的碳酸锂现货价格从年初大约7,美元/吨降至11月大约6,美元/吨。我国的氢氧化锂现货价格下降，从年初的每吨7,美元降至11月的每吨7,美元。我国的金属锂（99.9%的锂）现货价格从年年初的每吨83,美元开始下降，到11月约为每吨71,美元。

澳大利亚的五个矿产项目、阿根廷和智利各两个盐湖项目、以及中国的两个盐湖项目、一个矿产项目，占据全球大部分锂产量的来源。由于生产过剩和价格下降，一些成熟的锂矿企业推迟了产能扩张计划。澳大利亚和加拿大的初级采矿业完全停止了生产。

从全球锂矿总量上看，我国锂矿储量占全世界仅为5.96%，由于我国固态矿产资源开采进度缓慢，我国锂矿石主要还是依赖进口。近两年来，新冠疫情席卷全球，全球锂矿石供应链出现阻塞，致使我国锂供应量短缺。为了填补供给空缺，盐湖提锂成为首选。（报告来源：未来智库）

据美国地质调查局统计，全球锂矿资源有约71%用于电池制造。我国锂矿应用情况与全球趋势类似，根据国家统计局数据，锂离子电池的存货情况与出口量逐年持续扩张，截止到年10月，我国锂离子电池的出口交换值达.78亿元，同比增长30.38%；锂离子电池制造存货为.7亿元，同比增长65.19%。随着锂离子电池市场规模不断扩张，传统固态锂矿已经不满足于需求，卤水锂资源（即盐湖锂资源）成为国家提取锂矿的主要方向。

我国盐湖储量共计.98万吨，占世界盐湖储量的16.34%，分别分布于我国西藏自治区和青海省的扎布耶盐湖、西台吉乃尔盐湖、东台吉乃尔盐湖、一里坪湖、大柴旦湖、察尔汗湖。

可以看出，我国盐湖卤水锂资源储量丰富，通过盐湖卤水锂资源提取锂矿有广阔空间；据央视网披露，盐湖提锂技术日渐成熟，目前行业的平均成本逐步降低，为3-6万元/吨，而锂矿价格不断上涨，导致固态矿提锂法成本与日俱增，已经接近6万元/吨；还能推动我国自主研发的盐湖提锂工程项目技术走向全世界。

盐湖提锂的工艺难度和工程成本跟盐湖组分的盐的浓度以及镁锂比密切相关。镁锂均属于活泼金属，性质相似，水合半径相近，当盐湖中镁锂比过高时，分离锂离子难度高。我国盐湖的镁锂比普遍达到几十甚至上千，几乎都远远超过世界水平，给我国盐湖提锂进程带来了巨大挑战。因此，找到一种适用于我国盐湖资源、且高效的锂提取技术对我国锂资源开采具有重要战略意义。

我国盐湖提锂起步较晚，近年来也探索研究出一些相关技术，主要包括吸附法、煅烧法、膜分离法以及溶剂萃取法等。其中，吸附法和膜分离法是较为成熟的技术。吸附法主要依靠吸附材料将卤水中的锂离子提取出来，再进行杂质分离、浓缩等步骤，操作相对箱单、渠道绿色环保、也具有较高安全性；膜分离法的核心在于通过外力作用，让含有多组分的溶液穿过有选择透过性的膜，使溶质溶剂分离、浓缩、提纯，这种方法分离效果好、不含废渣以及废弃废水的排放，且操作过程中无危险部分、生产成本较低，目前均已实现量产。

2.2膜分离技术环保节能，纳滤膜可高效分离镁锂离子

膜分离技术具有分离效率高、能耗低、操作过程简单、设备集成度高、环保节能等显著特征。与传统分离技术相比，有很大的技术优势。用于从盐湖卤水中提锂的膜工艺主要包括纳滤、基于一种多价离子选择性渗透膜的选择性电渗析工艺和膜电容电离工艺（电吸附）等。根据不同元素离子的半径和电荷数，可以通过纳滤或选择性电渗析分离。

2.2.1纳滤及纳滤膜

纳滤膜孔径在0.-0.μm之间，可去除胶体多价离子、部分一价离子和分子量-0Daltons的有机物。纳滤介于超滤和反渗透之间，具有比反渗透更高的膜通量，比超滤更好的截留效果，截留分子量为~。

中国科学院青海盐湖研究所王敏团队在《纳滤膜对高镁锂比盐湖卤水镁锂分离性能研究》中记录，她们采用由六水氯化镁(MgCl2·6H2O)、无水氯化锂(LiCl)配制的模拟卤水对镁、锂分离过程进行研究。实验使用苏伊士集团生产的DK-纳滤膜为卷式膜元件，该类型纳滤膜具有聚酰胺功能层，截留分子量为~，有效膜面积为0.38m2。实验研究纳滤膜对镁锂比17-75的溶液中镁锂分离过程的影响。

在扫描电镜和原子力显微镜下，DK纳滤膜表面具有明显的颗粒状结构，该种结构能够有效促进分离过程中单位面积内聚酰胺纳滤膜与料液接触概率，提高膜分离过程中的水通量。除此之外，料液在膜面的微观混合状态能够在纳滤膜膜面颗粒结构中加速，从而使料液在膜面的流动概率增加，有效提高分离过程中的溶质通量。

实验结果显示，在所研究的Mg2+/Li+范围内，纳滤膜通量基本保持不变，一直维持在38-40左右。在总含盐量、pH及操作温度、压力等实验条件保持不变的情况下，调节MgCl2、LiCl添加比例，改变模拟卤水Mg2+/Li+，纳滤膜结构及溶液性质不会有较大程度的改变。另外，随原料液Mg2+/Li+比的增加，镁离子的截留率逐渐下降，但纳滤膜对镁离子的截留率始终维持在90%以上，而锂离子截留率均保持在30%以下。

综合各项数据，青海盐湖研究所研究人员得出结论，随原料液Mg2+/Li+的增长，镁离子、锂离子截留率均下降，镁锂分离效果降低。当实验中原料液镁锂比在17~75范围内变化时，镁离子的截留率始终高于90%，锂离子均为负截留，达到了镁锂分离的目的。

2.2.2电渗析与离子交换膜

高比例镁锂比的盐湖卤水可采用电渗析法进行锂的分离。电渗析法是利用离子交换膜在电场的作用下强行将离子向电极处吸引，使电极中部的离子浓度大为下降的方法。

《我国盐湖锂资源分离提取进展》一文中提到，华东理工大学于建国团队采用日本旭硝子公司生产的SelemionCSO/ASA一多价离子选择性透过膜，对模拟盐湖卤水进行了提锂实验。该团队选择使用电渗析法，实验结果得到锂回收液中镁锂比由降至8左右，锂回收率达到95.3%。

类似的，河北工业大学也使用电渗析法对模拟盐湖卤水新型了提锂操作。该实验使用日本ASTOM公司CIMS和ACS一多价离子选择性透过膜，选择研究温度对于锂的回收效率的影响。实验结果显示，锂的回收效率随温度升高而持续提升，而温度对锂离子与不同阳离子（如Na+/K+/Mg2+/Ca2+等）间的分离系数影响不大。

2.3我国主要盐湖提锂项目膜分离技术应用情况

我国主要盐湖有察尔汗盐湖、东台吉乃尔盐湖、西台吉乃尔盐湖、一里坪盐湖以及扎布耶盐湖。东台吉乃尔盐湖镁锂比为37:1，属于高镁锂比盐湖卤水。使用吸附法、煅烧法、溶剂萃取法等无法取得较好的分离效果，且会有较高能耗。其中具体采用的制备过程是，将盐田获得的浓缩含锂盐水置于一级/多级电渗析装置中，使其通过，利用多价离子选择交换膜获得高锂低镁盐水，再通过后续精制工艺，最终得到高纯度碳酸锂产品，实现了大规模清洁生产，无废气、废渣排放。

一里坪盐湖镁锂比高达60.95:1，若使用传统方式进行提取，同样具有锂元素难以分离的困难。青海湖研究所王敏团队和五矿盐湖有限公司通过对膜分离过程中各离子的传质规律，镁锂分离效果、锂浓缩程度与电导率之间的关联关系、杂质离子对膜分离过程的影响机制进行深入研究，开发了一种用纯物理过程进行镁锂高效分离和锂的高倍率富集的方法，成功突破了“梯度耦合膜分离技术”工程化应用技术瓶颈。

3.市政水处理投入持续增长，零排放目标推进膜法水处理深入应用

3.1我国人均水资源不及世界平均水平，地表水质状况逐年好转

近年来水污染一直是民生

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