2019-11-21
为了解决水资源短缺的问题，污水回用技术日益受到我国各级政府和各相关行业重视。其中的膜技术作为一项高效的分离技术，已广泛应用于全球污水处理和排水回用系统中。在市场需求及产业政策的双重推动下，我国膜法水处理工程正以40%的年增长率高速发展，膜产品产值年增长率也达到20%以上，远远高于国际平均水平，我国膜市场占全球膜市场总需求量的15%～20%。
根据膜组件的材质，工程膜产品可分为有机高分子膜(有机膜)和陶瓷膜(无机膜)。其中有机膜约占膜市场的95%左右。但是有机膜的应用，面临材料寿命短、废旧膜易造成二次污染等严重问题。相比之下，采用精细氧化铝、碳化硅等材质的平板陶瓷膜寿命长，可循环利用，可很好的解决二次污染问题。此外，陶瓷膜具有过滤通量大、分离能耗低、耐酸碱腐蚀、耐受温度高、分离精度高、机械强度大、易清洗恢复等压倒性的技术优势，因此有望取代有机膜成为主流的分离高新技术。
然而，长期以来，平板陶瓷膜因制备工艺复杂，技术长期被欧洲和日本等企业垄断，其价格是有机膜的十倍以上。我国大量平板陶瓷膜产品长期依赖进口，未能形成自主的知识产权，导致在这个行业定价权缺失，长期受制于人。因此，提升我国膜产业的自主创新能力和产业竞争力迫在眉睫。
图1 采用胡文彬和钟澄最新科研成果的平板陶瓷膜生产线
天津大学材料学院胡文彬教授和钟澄教授长期致力于能源环保领域应用的关键材料研究，带领科研团队，聚焦膜材料学科前沿，面向国家能源环保、生态治理等产业战略需求，以技术创新为己任，以促进社会可持续发展为动力，历经十余年研发，希望攻克无机膜制备和产业化中的诸多核心技术问题。钟澄教授通过将其在新能源领域研发中获得的固态/半固态电解质膜的经验，跨行业应用于平板陶瓷膜的研发，并探索其中存在的共性关键科学问题。
然而，自主创新的过程绝不容易，往往堪称艰难。经过不断探索，胡文彬、钟澄团队最终开发了高通量材料筛选技术，并基于此发明了独创的低温成膜配方，设计和研发了先进的辊道窑烧成自动化流水线，可以从源头解决全球的微塑料污染问题以及其他相关污水治理问题。
胡文彬教授和钟澄教授的科研创新成果，在完善平板陶瓷膜技术发展的同时，也为我国打造以膜技术为核心的面向全球的环境治理与水资源利用产业形态创造了新方向，同时也意味着我国成功地将高性价比无机膜产业化，具备了高产能生产优异陶瓷分离膜的核心竞争优势，促进我国科研机构迈向建设国际一流“科技创新-产业应用”研发体系的新阶段。
图2 拥有自主知识产权的陶瓷膜产线已经投产，产品已经规模应用
目前，胡文彬教授、钟澄教授科研团队所研发的膜技术创新，实现了基于中国自主知识产权的核心膜技术，并成功实现了产业化的成果转化，反映出创新要素向企业集聚的成效显著。“为了尽快使得膜产业摆脱受制于国际垄断的局面，同时为了向产业上下游传达强烈的信心，使更多的环境处理工程项目能够用得上性能更好但价格更具竞争力的膜材料，以改善我国乃至世界水环境，团队核心成员破釜沉舟，完全以个人资金进行这一成果的产业化，并抵押了在上海、深圳的多套住房。”据了解，团队成员利用个人资金投资，已形成了年产值2亿元的平板陶瓷膜生产线。
钟澄教授介绍，这个核心膜技术由于之前被国外垄断，所以售价极其高昂，严重阻碍了国内企业的使用。“我们当前的这一创新成果则成功将平板陶瓷膜的价格降至仅有国外同类陶瓷膜产品的15%以下。采用这一科研成果的实体企业，有效突破了长期的国际垄断，并且在解决国内部分市场需求的同时，还成功拓展了澳大利亚、德国、捷克、俄罗斯等海外市场，从而将自主科技创新和全球产业升级进行完美结合。”
中华民族伟大复兴的中国梦，必须具有强大的科技实力和创新能力。“我们结合了本团队在新能源无机固态电解质方面的研究经验，发现无机固态电解质膜和陶瓷膜的制备瓶颈存在诸多共性，在发展无机固态电解质的同时攻破了陶瓷膜制备中的诸多技术问题。”团队技术负责人钟澄教授介绍说：“未来团队将持续投入更多创新性研发，寻求多方应用合作，使高性价比的平板陶瓷膜让环境工程用得起，实体企业用得好。我们也将继续围绕新能源环保领域应用的关键材料等方面进行深入科技创新，加快创新成果转化应用，用创新来定义未来之美，为中国乃至世界未来的绿水青山做出更大贡献。
