——訪中國工程院院士徐南平
 

 
   徐南平  中國工程院院士，南京工業大學材料化學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，先后主持承擔了國家重點科技攻關項目、國家“863”項目、國家自然科學基金、國家杰出青年基金項目、國家國防重點研究項目、國家計委產業化專項項目、江蘇省科技攻關項目等無機膜研究項目40余項，發表學術論文500多篇，出版著作2部，參編2部，授權專利49項；以第一完成人獲得國家技術發明二等獎、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，中國膜工業協會科技進步一等獎1項，中國石油和化學工業協會技術發明一等獎和技術進步一等獎各1項，化工部科技進步二等獎3項，江蘇省教學成果特等獎1項；曾獲全國杰出專業技術人才、全國優秀教師、國家級有突出貢獻的中青年專家、教育部“霍英東優秀青年教師”教學獎。兼任的社會工作主要有：第十一屆全國政協委員

堆埋在地下的垃圾經過長時間發酵產生的滲濾液中，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，變為無色透明，其化學需氧量（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世紀的許多工業中，都將膜技術的重要性提升到了戰略高度。2009年我國膜產業總產值約240億元，2010年約300億元。按照目前年均30%的增幅，未來5年我國膜產業有望突破1000億元。可以預見，膜技術將迎來產值大幅增加的黃金十年，它所帶動的相關產業產值總量更是不可估量。膜技術將在水資源、能源、環境、傳統產業改造等領域發揮重大作用。

    記者：為什么將膜技術稱為高新技術？未來它將在哪些領域大有作為？

    徐南平：近幾十年發展起來的膜技術是以具有選擇透過性的膜材料作為核心，在膜兩側推動力下，實現混合物分離、提純、濃縮的分離技術。與過濾、精餾、萃取、蒸發等傳統分離技術相比，膜技術具有能耗低、分離效率高、設備簡單、無相變、無污染等優點，因此被稱為新型高效分離技術。作為一種高新技術，膜技術并不是高不可攀的，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凈化得到；為保持乳品的營養價值及水果的風味，牛奶、酸奶、奶酪等也可以采用膜技術進行除菌、濃縮及雜質去除。

    在21世紀的多數工業中，膜技術將扮演重要角色，在水資源、能源、環境、傳統產業改造等領域發揮重大作用。

 
    在緩解水資源短缺方面，預計到2050年，我國缺水總量將達4000億m3，因缺水而導致的工業總產值損失大約2000億元，農業總產值損失大約1500億元。膜法海水淡化技術、膜法水質凈化技術、膜及其集成技術將成為解決我國北方資源性缺水、南方水質性缺水和城市缺水的有效手段。

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

    此外，膜技術還是改造傳統產業、推進相關行業技術進步的高新技術，陶瓷膜反應器用于中石化10萬噸/年己內酰胺的生產中，降低生產成本1000元/噸，并將間歇生產轉為連續生產；膜技術進行中藥提取液雜質的脫除，可提高產品質量，縮短生產周期40%，是實現中藥加工現代化的關鍵。

    可以說，膜技術的發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作為21世紀高新技術進行研究與開發，制定了相應的研究開發計劃，促進了膜技術和產業的強勁發展。我國政府對膜技術的研究和開發同樣十分重視，自“六五”以來，已連續六個五年計劃都把膜技術作為重點項目進行支持。2010年出臺《國務院關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定》將高性能膜材料列入戰略性新興產業，為膜技術和膜產業的自身發展，膜應用市場的培育帶來了前所未有的機遇。

據粗略估算，我國膜行業的遠景市場是萬億元規模，具體分布如圖所示。 （單位：億元）

    記者：請您詳細談談膜技術在海水淡化、污水處理、水循環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淡水，不受時空和氣候影響，水質好，是實現水資源開源增量的一個很好手段。從成本角度分析，海水淡化已經實現4元/噸～5元/噸的綜合生產成本，價格漸趨合理。目前，我國海水淡化日產量約60萬立方米，僅占全球淡化水日產量的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鍵，國產反滲透膜年產量已達300萬平方米，但在脫鹽率和水通量等關鍵指標上與國際先進水平還有差距。國內所實施的大規模海水淡化工程中反滲透膜主要依賴于進口，亟待加快技術與裝備的自主化進程。因此，“十二五”期間，需要加快發展高性能反滲透膜材料，實現反滲透制膜材料國產化，提升國產反滲透膜材料的市場競爭力；擴大產業規模，實現國產反滲透膜在國產化萬噸級海水淡化單機中的應用。

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

    記者：膜技術將會對石油化工行業節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業，也是能源消耗、環境污染的大戶，節能減排壓力很大。在石油化工、精細化工、醫藥化工、日用化工等領域中，無水級的有機溶劑必不可少，傳統工藝通過精餾分離有機溶劑和水。當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。這些技術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，導致能耗高，運行成本高。

    而近幾十年發展起來的滲透汽化膜技術，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用中表現出低能耗、不引入第三組分、排污少的突出特點，具有廣闊的應用前景。再比如：全世界范圍內60％的石化產品與催化過程有關，采用反應-陶瓷膜分離耦合的新技術可將催化反應與膜分離過程耦合在同一流程中進行，實現產物和催化劑的原位分離，將反應過程從間歇變為連續，從而獲得創新的高效新流程。

    記者：針對上述應用領域，您認為國內外膜技術今后研發的重點有哪些？ 

    徐南平：膜材料是膜分離技術的關鍵，作為膜技術產業化的核心部件，高性能膜材料的關鍵技術突破將直接影響膜技術在實際應用中的推廣，也將帶動整個膜產業進入快速發展階段。在國際上，膜材料的開發起步較早，技術較為成熟，已實現多種膜材料的系列化大規模生產及工程應用，全球膜市場更是在近些年出現了強勁的增長勢頭。我國膜材料的開發起步較晚，自主創新能力不強，主要膜材料長期依賴進口，高端產業、低端環節現象嚴重；企業規模普遍較小，目前我國膜產業300億的市場被上千個企業分割，產值過億的規模企業很少；應用層次偏低，應用領域偏窄，90%左右應用于水處理和海水淡化領域；高端領域僅占膜市場的10%以下。提升我國膜產業的自主創新能力和產業競爭力迫在眉睫。今后我國膜科學技術及膜產業將形成水處理膜和特種分離膜并重發展的趨勢。

    對于水處理膜材料，研發焦點將集中在海水淡化反滲透膜材料、水質凈化納濾膜材料、MBR專用膜材料的開發與利用上。發展高性能海水淡化反滲透膜材料，擴大產業規模；開發水質凈化納濾膜的規模化制備技術，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，并實現規模化生產。對于特種分離膜材料，研發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與利用上。通過水處理膜和特種分離膜并重發展，提升膜技術在資源節約、環境友好型社會建設中的貢獻度。

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