陈翠仙教授带领团队研发的“渗透汽化透水膜、膜组件及其应用技术”获2009年度国家技术发明二等奖

跨越四分之一世纪的“膜”界探寻

●新闻中心实习记者 胡齐明

陈翠仙教授(左一)和研发团队成员在实验室 摄影/司徒哲阳

  对于很多城市家庭,饮水机是同电视机、冰箱一样不可或缺的电器。在许多办公室和学生宿舍里,也许没有电视机,但一般都有一台饮水机。然而,在我校化学工程系陈翠仙教授的家中,却难觅饮水机的踪影。原来陈翠仙在家中的自来水终端安装了一套过滤装置,把自来水中的有害物质过滤出去,达到近似于桶装纯净水的效果。这种自来水过滤工艺所使用的核心技术,则来自于陈翠仙呕心沥血进行了20多年的 “膜 ”研究 。2009年11月,陈翠仙和她的研究团队多年来的成果 “渗透汽化透水膜、膜组件及其应用技术”获得了2009年度国家技术发明二等奖,并受到了党和国家领导人的接见。
  
  “膜”可名状

  乍一听到“膜”,很多人会感到陌生。其实,膜在大自然中广泛存在,就拿我们自己来说,耳膜、鼓膜、视网膜都是我们再熟悉不过的生命“膜”。随着人工合成“膜”技术的实现,各式各样的“膜”被应用于生产和生活的诸多领域。

  比如我们喝的纯净水,就是通过膜技术去除水中的悬浮物、细菌、有毒金属物质和有机物后得到的。不难看出,自然界的“膜”和人工合成的 “膜”具有一个共同的特性,即选择透过性。这正体现了 “膜”的一般定义:膜是分离两相和作为选择性传递物质的屏障。

  在化学工业界,膜分离是继精馏萃取等分离之后迅速崛起的一种分离技术。它以膜作为分离介质,具有高效、节能、环保、分子级过滤及过程简单、易于控制等特点,目前已广泛应用于食品、医药、生物、环保、化工、冶金、能源、石油、水处理、电子、仿生等领域。在能源紧张、资源短缺、生态环境恶化的今天,产业界和科技界把膜分离视为21世纪工业技术改造中一项极为重要的新技术。曾有专家预言:谁掌握了膜技术,谁就掌握了化学工业的明天。

  膜分离过程包括多种形式,如废水和污水处理中常用到的微滤,被广泛应用于海水淡化的反渗透,以及自来水净化所使用的超滤等。据陈翠仙教授介绍,渗透汽化是不同于微滤、超滤、反渗透等的一种膜分离技术,其突出优点是能够以较低的能耗实现蒸馏、萃取、吸附等传统分离方法难于完成的分离任务。在石油化工、医药化工等工业中有大量恒沸点和近沸点物质需要分离,传统技术能耗高、对环境的污染严重,而渗透汽化透水膜技术比传统技术节能1/2~2/3,是一种经济有效的分离方法。同时,陈翠仙牵头研究的渗透汽化透水膜项目还解决了膜在高浓度有机溶剂中长期使用的化学稳定性问题,使这一新技术在我国独家从实验室研究走向工业化应用,并建成了年产30万平方米的渗透汽化复合膜及组件生产线。

  渗透汽化透水膜项目开创了我国膜技术的新应用领域,充分显示出作为“清洁工艺”的优势和竞争力。渗透汽化透水膜项目的应用,一方面提高了化工产品的纯度,使化工产品更加安全环保,比如四川某生产油漆涂料的公司应用该技术后,所生产的涂料产品减少了有毒有害的化合物,迅速得到了国际知名涂料企业的大量订单;另一方面降低了能耗,促进了传统工艺技术的提升改造,比如广州某生产化妆品添加剂的企业采用该技术后,平均每年能耗降低了70%,在大大节约成本的同时减少了对环境的污染。该技术被国内很多知名制药和精细化工企业采用,在节能减排、安全环保方面起到重要作用,为企业带来了显著的经济效益、社会效益和环境效益。
  
  切磋琢“膜”

  陈翠仙早在20多年前就开始了对渗透汽化透水膜的研究。她回忆道,上个世纪80年代,也就是改革开放之初,我校提出教学与科研相结合,时任化工系主任汪家鼎院士提出要向国际前沿看齐,填补国内空白。于是,刚刚在欧美开始工业应用的渗透汽化透水膜技术进入了大家的视野。原来,渗透汽化的概念早在1917年就被国外学者提出,一直到20世纪80年代,世界能源危机的出现才加快了渗透汽化技术产业化研究的步伐。德国科学家于20世纪80年代中期率先开发出优先透水的复合膜,后来与瑞士的苏尔寿公司合作,开始了渗透汽化技术的大规模工业应用。

  1985年,包括陈翠仙在内的几名化工系老师开始了对渗透汽化透水膜的研究。项目一开始就得到了国家的重视和支持,被列为国家自然科学基金“七五”重大项目和 “八五”重点项目。然而,即便如此,早期研究仍然面临着经费和人力不足的困难。

  陈翠仙表示,同样是国家自然科学基金重大项目,“七五”的科研经费可能还不到“十一五”的一个零头,从中我们也可以看到改革开放以来国家对科技的重视程度在不断提高。

  早期研究的另一个困难是人手不足。陈翠仙回忆说,当时她们的教学任务很繁重,不但要承担系里的专业课,还要承担全校化工原理课的教学;而研究生名额很少,很多科研工作是靠本科毕业设计来进行的。

  到“九五”期间,经费和人力的状况同时得到较大改善,据陈翠仙回忆,作为“九五”国家重点科技攻关项目,该项目的研究经费是“七五”期间的近20倍;加之国家扩大了研究生的招生规模,项目组同时在读的研究生达到 16个之多。正是在这一阶段,该项目的学术论文发表数、发明专利授权数都达到了高峰,陈翠仙所主持的渗透汽化透水膜的理论研究水平达到了国际水准。

  2001年,该项目进入产业化实施阶段,依托陈翠仙和她的团队数十年的基础研究技术成果,蓝景膜技术工程有限公司成立。陈翠仙告诉记者,就在两周前,上世纪80年代率先开发出透水膜的两位德国科学家专程来到中国,参观了蓝景膜技术工程有限公司,两位德国前辈对中国的研究成果及其在产业化中的高性价比赞叹不已,当即表示要在渗透汽化透水膜的进一步开发拓展方面开展合作。

  陈翠仙对 3个月前温家宝总理在国家科学技术奖励大会上的讲话记忆犹新:“面对新的机遇和挑战,世界主要国家都在抢占经济科技发展的制高点。我们必须因势利导,奋起直追,在世界新科技革命的浪潮中走在前面。”从1985年陈翠仙和她的团队树立了向国际前沿看齐的目标,到2010年曾经的国际领先者主动寻求与中国合作,陈翠仙向国际“膜”界的追赶之路足足走了四分之一个世纪。
  
  道高“膜”重

  回首20余年在“膜”界的探索钻研,陈翠仙感到最艰难的还是2001年以来的产业化过程,这也是其他很多科研项目面临的困境。她解释说,科研项目从实验到生产环节是非常艰难的,因为不同于实验室里的单一环境,产业化要适应不同的生产环境和各式各样的工业体系,条件更为复杂多样,常常会出现很多意想不到的问题。比如哈药制药总厂引入渗透汽化透水膜工业生产装置后,一个月后就出了问题,而药厂又不便透露制药的工艺,因此很难判断生产线环境的变化,给改进调整带来了很大的困难。于是,陈翠仙亲自到生产一线去考察,和企业的工程师们一起钻研和摸索,经过多次调试后终于解决了膜在该企业中的应用问题。

  在渗透汽化透水膜技术产业化的近 10年里,类似哈药制药总厂的情况曾多次出现。陈翠仙的硕士研究生江冠金毕业后留在了蓝景膜技术工程有限公司,他对产业化过程中出现的种种问题感触颇深。江冠金说,一旦在产业化过程中出现问题,陈翠仙常常会给予大方向上的指导,对问题的解决起到了关键作用。

  产业化过程中的另一个困难是来自各方的压力。陈翠仙说,技术一旦从实验室走出去,就牵涉到投资方、厂方等多方面的利益,很多科研项目都是因为在这个阶段没有顶住压力而过早夭折。陈翠仙至今还记得7年前第一家企业引进渗透汽化技术时的情景。当时,广州一家化工企业引进该技术后,不到一个月密封垫就漏了,企业老板非常生气地打电话给课题组成员说:“我得拉着你一块跳楼!”事后,陈翠仙和她的团队赶到现场,与企业合作研究并最终解决了问题。她说:“产业化的这些年,我们就是这样硬着头皮顶下来的!真正的技术必须在应用中日渐成熟。”

  陈翠仙的博士研究生秦培勇亲历了项目产业化的艰难历程。现已在北京化工大学执教的秦培勇回忆说,项目的产业化过程中还出现过投资人资金链断掉的问题,换作一般人可能就不想再“折腾”了。但陈翠仙凭着对“膜”事业的执著,感染了投资方和厂方,也让她的研究团队感动。没有她的这份坚持,不可能有今天国家科技进步奖的肯定。

  为了推进“膜”项目的研究,陈翠仙的研究生们常常在实验室里工作到很晚,但他们常说:“咱们的精力还比不上陈老师呢。”原来,年过半百的陈翠仙常常和学生们一起在实验室里工作到凌晨。陈翠仙说,在探索“膜”界的这20多年里,她觉得最亏欠的是自己的家人。在研究的关键时期,正是她的两个孩子成长最快、最需要关心和教育的时候。但由于工作繁忙,她很少能亲自指导孩子。先生为了支持她的事业,停办了自己创办的公司。家人的支持,让陈翠仙解除了后顾之忧,全身心地投入到膜技术的研究和产业化进程中。

  在学生们眼中,陈翠仙是一个耐得住寂寞,甘于刻苦攻关的学者;在与其合作的企业家、工程师眼中,她是一个不畏艰辛、百折不挠的“斗士”;在节能减排背景下迅速崛起的“膜”界,她开创了一个自主创新、奋力追赶国际先进水平、坚持不懈推进新兴产业的成功范例。

2010年04月19日 13:36:27  清华新闻网

更多 ›图说清华

最新更新