——訪中國工程院院士徐南平
 

 
   徐南平  中國工程院院士，南京工業(yè)大學(xué)材料化學(xué)工程國家重點實驗室主任，是我國無機膜國家科技計劃制定的重要參與者和主要項目主持人，先后主持承擔(dān)了國家重點科技攻關(guān)項目、國家“863”項目、國家自然科學(xué)基金、國家杰出青年基金項目、國家國防重點研究項目、國家計委產(chǎn)業(yè)化專項項目、江蘇省科技攻關(guān)項目等無機膜研究項目40余項，發(fā)表學(xué)術(shù)論文500多篇，出版著作2部，參編2部，授權(quán)專利49項；以第一完成人獲得國家技術(shù)發(fā)明二等獎、國家科技進步二等獎和三等獎各1項，江蘇省科技進步一等獎2項，中國膜工業(yè)協(xié)會科技進步一等獎1項，中國石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會技術(shù)發(fā)明一等獎和技術(shù)進步一等獎各1項，化工部科技進步二等獎3項，江蘇省教學(xué)成果特等獎1項；曾獲全國杰出專業(yè)技術(shù)人才、全國優(yōu)秀教師、國家級有突出貢獻的中青年專家、教育部“霍英東優(yōu)秀青年教師”教學(xué)獎。兼任的社會工作主要有：第十一屆全國政協(xié)委員

堆埋在地下的垃圾經(jīng)過長時間發(fā)酵產(chǎn)生的滲濾液中，含有多種濃度極高的污染物，是垃圾填埋場要解決的最大難題。不過，經(jīng)過超濾、納濾、反滲透三道膜過濾，烏黑的滲濾液可以由黃色、橙色，變?yōu)闊o色透明，其化學(xué)需氧量（COD）、生物需氧量（BOD）等也會隨之驟降。 圖中處理后液體中暢游的金魚是對膜處理水平的最好證明。

      在21世紀(jì)的許多工業(yè)中，都將膜技術(shù)的重要性提升到了戰(zhàn)略高度。2009年我國膜產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值約240億元，2010年約300億元。按照目前年均30%的增幅，未來5年我國膜產(chǎn)業(yè)有望突破1000億元。可以預(yù)見，膜技術(shù)將迎來產(chǎn)值大幅增加的黃金十年，它所帶動的相關(guān)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值總量更是不可估量。膜技術(shù)將在水資源、能源、環(huán)境、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造等領(lǐng)域發(fā)揮重大作用。

    記者：為什么將膜技術(shù)稱為高新技術(shù)？未來它將在哪些領(lǐng)域大有作為？

    徐南平：近幾十年發(fā)展起來的膜技術(shù)是以具有選擇透過性的膜材料作為核心，在膜兩側(cè)推動力下，實現(xiàn)混合物分離、提純、濃縮的分離技術(shù)。與過濾、精餾、萃取、蒸發(fā)等傳統(tǒng)分離技術(shù)相比，膜技術(shù)具有能耗低、分離效率高、設(shè)備簡單、無相變、無污染等優(yōu)點，因此被稱為新型高效分離技術(shù)。作為一種高新技術(shù)，膜技術(shù)并不是高不可攀的，實際上，它就在我們身邊。比如，隨處可購買到的純凈飲用水絕大部分采用膜技術(shù)凈化得到；為保持乳品的營養(yǎng)價值及水果的風(fēng)味，牛奶、酸奶、奶酪等也可以采用膜技術(shù)進行除菌、濃縮及雜質(zhì)去除。

    在21世紀(jì)的多數(shù)工業(yè)中，膜技術(shù)將扮演重要角色，在水資源、能源、環(huán)境、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造等領(lǐng)域發(fā)揮重大作用。

 
    在緩解水資源短缺方面，預(yù)計到2050年，我國缺水總量將達4000億m3，因缺水而導(dǎo)致的工業(yè)總產(chǎn)值損失大約2000億元，農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值損失大約1500億元。膜法海水淡化技術(shù)、膜法水質(zhì)凈化技術(shù)、膜及其集成技術(shù)將成為解決我國北方資源性缺水、南方水質(zhì)性缺水和城市缺水的有效手段。

    在化工與石油化工領(lǐng)域，分離過程能耗占到了總能耗的70％左右，分離效率低還導(dǎo)致了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。膜分離技術(shù)可以高效低能耗地實現(xiàn)高精度分離，是過程工業(yè)節(jié)能降耗的共性技術(shù)之一。譬如，膜法精密過濾代替蒸發(fā)，可節(jié)能40％以上，減少溶劑消耗量30%以上；膜法滲透汽化技術(shù)代替精餾，進行有機物脫水，可節(jié)能50％以上；膜技術(shù)是過程工業(yè)減排的關(guān)鍵支撐技術(shù)，采用膜法處理油田回注水、焦化廢水等，可實現(xiàn)工業(yè)廢水循環(huán)利用，減少廢水排放量；采用膜法可以實現(xiàn)廢酸、廢堿資源化利用，實現(xiàn)廢液零排放；用膜技術(shù)從天然氣中捕集二氧化碳，成本比吸收法大幅度降低。

    此外，膜技術(shù)還是改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、推進相關(guān)行業(yè)技術(shù)進步的高新技術(shù)，陶瓷膜反應(yīng)器用于中石化10萬噸/年己內(nèi)酰胺的生產(chǎn)中，降低生產(chǎn)成本1000元/噸，并將間歇生產(chǎn)轉(zhuǎn)為連續(xù)生產(chǎn)；膜技術(shù)進行中藥提取液雜質(zhì)的脫除，可提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期40%，是實現(xiàn)中藥加工現(xiàn)代化的關(guān)鍵。

    可以說，膜技術(shù)的發(fā)展得到了全球范圍的高度重視，美國、日本、歐洲等多國政府將膜技術(shù)作為21世紀(jì)高新技術(shù)進行研究與開發(fā)，制定了相應(yīng)的研究開發(fā)計劃，促進了膜技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的強勁發(fā)展。我國政府對膜技術(shù)的研究和開發(fā)同樣十分重視，自“六五”以來，已連續(xù)六個五年計劃都把膜技術(shù)作為重點項目進行支持。2010年出臺《國務(wù)院關(guān)于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》將高性能膜材料列入戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，為膜技術(shù)和膜產(chǎn)業(yè)的自身發(fā)展，膜應(yīng)用市場的培育帶來了前所未有的機遇。

據(jù)粗略估算，我國膜行業(yè)的遠景市場是萬億元規(guī)模，具體分布如圖所示。 （單位：億元）

    記者：請您詳細談?wù)勀ぜ夹g(shù)在海水淡化、污水處理、水循環(huán)利用等方面的進展以及未來需要突破的難點。

    徐南平：海水淡化利用海水脫鹽生產(chǎn)淡水，不受時空和氣候影響，水質(zhì)好，是實現(xiàn)水資源開源增量的一個很好手段。從成本角度分析，海水淡化已經(jīng)實現(xiàn)4元/噸～5元/噸的綜合生產(chǎn)成本，價格漸趨合理。目前，我國海水淡化日產(chǎn)量約60萬立方米，僅占全球淡化水日產(chǎn)量的1%。到2020年我國海水淡化能力將達到250萬～300萬立方米/日，形成200億元以上的市場。作為膜法海水淡化的關(guān)鍵，國產(chǎn)反滲透膜年產(chǎn)量已達300萬平方米，但在脫鹽率和水通量等關(guān)鍵指標(biāo)上與國際先進水平還有差距。國內(nèi)所實施的大規(guī)模海水淡化工程中反滲透膜主要依賴于進口，亟待加快技術(shù)與裝備的自主化進程。因此，“十二五”期間，需要加快發(fā)展高性能反滲透膜材料，實現(xiàn)反滲透制膜材料國產(chǎn)化，提升國產(chǎn)反滲透膜材料的市場競爭力；擴大產(chǎn)業(yè)規(guī)模，實現(xiàn)國產(chǎn)反滲透膜在國產(chǎn)化萬噸級海水淡化單機中的應(yīng)用。

    在污水處理和水循環(huán)利用方面，2009年我國城市生活污水排放量約為400億立方米，采用膜生物反應(yīng)器(MBR)可實現(xiàn)城市污水回用，未來MBR的市場需求在千億元左右。廢水處理的關(guān)鍵是實現(xiàn)回用和資源化，以膜技術(shù)為基礎(chǔ)的集成技術(shù)可以將生活污水全回用，水循環(huán)的噸水成本已降到3元以下。但國內(nèi)已建成的大型MBR工程中，核心膜材料大多依賴進口。建成規(guī)模化的MBR專用膜生產(chǎn)線和大型MBR污水處理回用工程，實現(xiàn)市政污水回用、園區(qū)廢水資源化利用是未來發(fā)展關(guān)鍵。

    記者：膜技術(shù)將會對石油化工行業(yè)節(jié)能降耗做出什么特殊貢獻？

    徐南平：化工和石油化工是國家的支柱產(chǎn)業(yè)，也是能源消耗、環(huán)境污染的大戶，節(jié)能減排壓力很大。在石油化工、精細化工、醫(yī)藥化工、日用化工等領(lǐng)域中，無水級的有機溶劑必不可少，傳統(tǒng)工藝通過精餾分離有機溶劑和水。當(dāng)有機溶劑和水的混合物達到近沸點、恒沸點時，由于共沸平衡的制約，必須采用恒沸蒸餾、萃取精餾、加壓精餾等技術(shù)。這些技術(shù)的共同點是都需要將待脫水的物料體系完全汽化，其消耗的相變潛熱巨大，導(dǎo)致能耗高，運行成本高。

    而近幾十年發(fā)展起來的滲透汽化膜技術(shù)，利用透水型和疏水型滲透汽化膜材料進行有機物和水的分離，在有機溶劑中少量水或微量水的去除、水中少量有機物的去除等應(yīng)用中表現(xiàn)出低能耗、不引入第三組分、排污少的突出特點，具有廣闊的應(yīng)用前景。再比如：全世界范圍內(nèi)60％的石化產(chǎn)品與催化過程有關(guān)，采用反應(yīng)-陶瓷膜分離耦合的新技術(shù)可將催化反應(yīng)與膜分離過程耦合在同一流程中進行，實現(xiàn)產(chǎn)物和催化劑的原位分離，將反應(yīng)過程從間歇變?yōu)檫B續(xù)，從而獲得創(chuàng)新的高效新流程。

    記者：針對上述應(yīng)用領(lǐng)域，您認(rèn)為國內(nèi)外膜技術(shù)今后研發(fā)的重點有哪些？ 

    徐南平：膜材料是膜分離技術(shù)的關(guān)鍵，作為膜技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的核心部件，高性能膜材料的關(guān)鍵技術(shù)突破將直接影響膜技術(shù)在實際應(yīng)用中的推廣，也將帶動整個膜產(chǎn)業(yè)進入快速發(fā)展階段。在國際上，膜材料的開發(fā)起步較早，技術(shù)較為成熟，已實現(xiàn)多種膜材料的系列化大規(guī)模生產(chǎn)及工程應(yīng)用，全球膜市場更是在近些年出現(xiàn)了強勁的增長勢頭。我國膜材料的開發(fā)起步較晚，自主創(chuàng)新能力不強，主要膜材料長期依賴進口，高端產(chǎn)業(yè)、低端環(huán)節(jié)現(xiàn)象嚴(yán)重；企業(yè)規(guī)模普遍較小，目前我國膜產(chǎn)業(yè)300億的市場被上千個企業(yè)分割，產(chǎn)值過億的規(guī)模企業(yè)很少；應(yīng)用層次偏低，應(yīng)用領(lǐng)域偏窄，90%左右應(yīng)用于水處理和海水淡化領(lǐng)域；高端領(lǐng)域僅占膜市場的10%以下。提升我國膜產(chǎn)業(yè)的自主創(chuàng)新能力和產(chǎn)業(yè)競爭力迫在眉睫。今后我國膜科學(xué)技術(shù)及膜產(chǎn)業(yè)將形成水處理膜和特種分離膜并重發(fā)展的趨勢。

    對于水處理膜材料，研發(fā)焦點將集中在海水淡化反滲透膜材料、水質(zhì)凈化納濾膜材料、MBR專用膜材料的開發(fā)與利用上。發(fā)展高性能海水淡化反滲透膜材料，擴大產(chǎn)業(yè)規(guī)模；開發(fā)水質(zhì)凈化納濾膜的規(guī)模化制備技術(shù)，提高分離性能；制備具有高通量、高強度、高親水性能的MBR專用膜材料，并實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。對于特種分離膜材料，研發(fā)焦點將集中在小孔徑陶瓷膜材料、滲透汽化與蒸汽滲透膜材料、氣體分離與凈化膜材料的開發(fā)與利用上。通過水處理膜和特種分離膜并重發(fā)展，提升膜技術(shù)在資源節(jié)約、環(huán)境友好型社會建設(shè)中的貢獻度。

作為我國“十一五”期間膜技術(shù)進步的典型代表，全氟離子膜的成功開發(fā)不但解開了中國氯堿人的心結(jié)，更為中國膜技術(shù)發(fā)展添上了濃重的一筆。圖為2009年9月22日，1.35米寬的工業(yè)規(guī)格全氟離子膜成功下線的情景。