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〔新華日報·交匯點〕獲獎之后｜金萬勤教授：期待未來兩年內(nèi)實現(xiàn)混合基質(zhì)膜規(guī)模化制備
時間：2024-06-26
來源：新華日報·交匯點
作者：謝詩涵
攝影： 編輯：張恩斯
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“以前要么是無機(jī)膜，要么是有機(jī)膜，有機(jī)-無機(jī)復(fù)合膜我們是全球首創(chuàng)。”6月24日，國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會在北京召開。南京工業(yè)大學(xué)材料化學(xué)工程國家重點實驗室、化工學(xué)院金萬勤教授主持完成的“氣體凈化膜材料的創(chuàng)制及應(yīng)用”項目榮獲2023年度國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎二等獎。有機(jī)-無機(jī)復(fù)合膜從無到有，這項由南工大幾代學(xué)者接續(xù)研發(fā)的技術(shù)成果在過去的二十余年里一步步落地生根，領(lǐng)跑全球。
隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，大氣污染問題日益凸顯。十二五以來，國家發(fā)布了系列大氣污染防治計劃，空氣質(zhì)量明顯改善，PM2.5逐年下降，但現(xiàn)有空氣質(zhì)量與發(fā)達(dá)國家控制標(biāo)準(zhǔn)還有較大差距，其中一個重要因素是空氣中的揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC）和超細(xì)粉塵尚未得到有效控制。“發(fā)展高效節(jié)能的氣體凈化與回收技術(shù)，是當(dāng)前大氣污染治理領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵問題，也是我們科技工作者必須肩負(fù)起的‘國之大者’。”金萬勤告訴記者，對于化工行業(yè)復(fù)雜的工業(yè)廢氣，現(xiàn)有技術(shù)，如旋風(fēng)、靜電和布袋除塵等，往往存在處理效率偏低、運(yùn)行不穩(wěn)定、資源回收利用率不高等問題。而和傳統(tǒng)氣體凈化技術(shù)相比，膜技術(shù)具有效率高、能耗低等特點，同時有望實現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放和資源回用。
2003年，金萬勤的導(dǎo)師、中國工程院院士徐南平教授一通電話，將正在德國留學(xué)的金萬勤“召喚”回國。辭別德國導(dǎo)師，婉拒美國大學(xué)拋來的橄欖枝，金萬勤毅然偕家人歸國，留校從事教學(xué)科研工作。二十余年來，他與團(tuán)隊攜手在膜材料、膜制備和膜反應(yīng)器研究中取得了一系列豐碩成果。
在南京工業(yè)大學(xué)材料化學(xué)工程國家重點實驗室里，金萬勤向新華日報·交匯點記者展示了這種膜層厚度不超過5個微米的氣體凈化膜。“你看，管壁這層略有些發(fā)亮的就是膜層。”一根長約80厘米的陶瓷細(xì)管上均勻涂覆著有機(jī)膜材料，除了摸起來手感相比常規(guī)陶瓷更為光滑之外，很難想象這正是氣體凈化膜產(chǎn)品的最核心組件之一。
為何要讓兩種材料復(fù)合疊加？金萬勤介紹，傳統(tǒng)的有機(jī)-有機(jī)復(fù)合膜在有機(jī)溶劑等環(huán)境苛刻的工況下極易發(fā)生溶脹，導(dǎo)致膜孔道結(jié)構(gòu)被破壞，失去分離選擇性帶來的不穩(wěn)定性能，而有機(jī)-無機(jī)復(fù)合膜則可以更好地發(fā)揮兩種材料的優(yōu)勢，膜性能更好更穩(wěn)定。從最初實驗室的5厘米長度到產(chǎn)品所需要的80厘米長，氣體凈化膜材料從實驗室走向中試，團(tuán)隊走過了十年時間。2014年開始，該技術(shù)產(chǎn)品正式步入市場。然而，這種連教科書上都查不到的膜，也曾經(jīng)受到過不少人的質(zhì)疑。“你們這種膜不是就在無機(jī)材料上涂了一層有機(jī)材料嗎？真有這么難嗎？”對此，金萬勤表示，實際上，這種膜的難點就在于如何解決無機(jī)層與有機(jī)層間的界面結(jié)合問題，其中涉及如何控制膜層厚度、支撐體的粗糙度、高分子溶液的粘度、孔滲控制，以及在放大制備過程如何保證膜層完整性……這些都需要我們一次次反復(fù)試驗優(yōu)化。同時，膜法處理VOC過程中VOCs濃度常處于爆炸極限范圍內(nèi)，裝備防爆性是該領(lǐng)域的國際難題，采用隔爆型膜組件，組件內(nèi)部仍會發(fā)生爆轟，會引發(fā)安全事故。為此，項目團(tuán)隊提出了國際首創(chuàng)的防靜電導(dǎo)流網(wǎng)技術(shù)，創(chuàng)制了本質(zhì)安全型膜組件，從根本上解決了裝備防靜電防爆問題，保障了百余套工程的安全運(yùn)行。
“一張膜無法解決所有問題，這也給我們科研工作提出了更高的要求。”金萬勤說，持續(xù)深入打好藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)，切實保證人民生命健康是團(tuán)隊科研的目標(biāo)所向。下一步，團(tuán)隊將繼續(xù)在提高氣體凈化膜材料分離性能及應(yīng)用性上下苦功。“我們在有機(jī)-無機(jī)復(fù)合膜的基礎(chǔ)上進(jìn)一步創(chuàng)新研發(fā)了一種厚度在100納米以內(nèi)的混合基質(zhì)膜，希望在未來1—2年內(nèi)實現(xiàn)規(guī)模化制備。”
新華日報·交匯點記者 謝詩涵/文 胡楠/攝
2024年6月25日《新華日報·交匯點》：https://jhd.xhby.net/share-webui/detail/s667aa710e4b07cb8dd16a995
