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海水变淡水、废水变为宝,他的发明打破国外垄断,使进口离子膜价格下降70%

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  • 发布时间:2019-03-04 15:34
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【概要描述】一层薄薄的离子膜如蝉翼,能将腐朽变魔术,海水变淡水和盐,废液和废气变为珍宝,葡萄酒更醇厚,新能源汽车动力澎湃……最近,中国科学技术大学徐铜文教授研究小组完成了“均相离子膜制备关键技术及应用”项目,获国家技术发明二等奖。该项目开辟了电离膜技术在中国应用的新领域,打破了发达国家的技术封锁和价格垄断,具有完全独立的知识产权,促进了离子膜材料基础的发展和在我国的应用研究。这是中国科学技术大学自2000年国

海水变淡水、废水变为宝,他的发明打破国外垄断,使进口离子膜价格下降70%

【概要描述】一层薄薄的离子膜如蝉翼,能将腐朽变魔术,海水变淡水和盐,废液和废气变为珍宝,葡萄酒更醇厚,新能源汽车动力澎湃……最近,中国科学技术大学徐铜文教授研究小组完成了“均相离子膜制备关键技术及应用”项目,获国家技术发明二等奖。该项目开辟了电离膜技术在中国应用的新领域,打破了发达国家的技术封锁和价格垄断,具有完全独立的知识产权,促进了离子膜材料基础的发展和在我国的应用研究。这是中国科学技术大学自2000年国

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一层薄薄的离子膜如蝉翼,能将腐朽变魔术,海水变淡水和盐,废液和废气变为珍宝,葡萄酒更醇厚,新能源汽车动力澎湃……

最近,中国科学技术大学徐铜文教授研究小组完成了“均相离子膜制备关键技术及应用”项目,获国家技术发明二等奖。该项目开辟了电离膜技术在中国应用的新领域,打破了发达国家的技术封锁和价格垄断,具有完全独立的知识产权,促进了离子膜材料基础的发展和在我国的应用研究。这是中国科学技术大学自2000年国家科学技术奖励制度改革以来,首次以第一单元获得国家技术发明奖。

日前,在中国科技大学功能膜实验室,徐铜文教授展示了均相离子膜产品,可用于废酸回收。

#逐梦离子膜#

说到离子交换膜,很多人可能不知道它们是什么。徐铜文介绍,离子交换膜是一种类似膜的离子交换树脂,包括非均质离子交换膜、均质离子交换膜等。其中,非均质离子交换膜由中性离子交换树脂加黏合剂混炼、拉片和加网热压混合而成,树脂分散在黏合剂中,化学结构不均匀,故被称为“非均相”。均质离子膜是将活性基团引入膜的主要骨架中,通过化学键连接,其结构均匀、孔径小、膜阻力小、不易渗漏、电化学性能好,代表了未来离子膜的发展趋势。

早在1949年,Ionics的Juda和McRac就发明了离子交换膜,并于1950年成功研发出第一种商用离子交换膜。离子交换膜类似于高精度离子筛选系统,主要用于离子水平系统的选择性传输,在清洁生产,节能减排和能量转换方面具有广阔的应用前景。目前,废水,废酸,废气的再循环,浓缩,提取,相关产品的精制以及新能源电池的膜与离子膜是不可分割的。然而,在中国,离子膜技术一直是短板,日本,美国等国家长期以来对离子膜实施技术封锁,而且销售价格仍居高不下。

为了打破国外的垄断,徐铜文于1995年开始研究离子膜,并在这一领域工作了20多年。"我从来没有想过我会将离子膜研究作为一种职业。是我的导师——南开大学的何炳林名院士引我入门,给了我很大的支持和鼓励。”徐铜文坦言,他在南开大学处置博士后研讨事情时,何炳林院士恰是他的老师。被称为“中国离子交换树脂之父”的何炳林,在20世纪50年代突破了美国的许多障碍,选择回国在南开大学教书。他利用离子交换树脂成功地从中国急需的核燃料中提取了铀,为我国第一颗原子弹的爆炸做出了重大贡献。

以往,我国以往采用悬浮聚合技术生产离子交换树脂。连续球体只能使用直径分别为4mm和6mm的球体,但直径大于6mm、直径小于4mm的白色球均已被废弃。“资源的浪费和离子交换树脂只能起作用的缺陷已经成为何先生的‘心脏’。”

徐铜文回忆说,何先生那时给他制订的科研任务是利用废弃的离子交换树脂制备离子交换膜。20多年来,从异质离子膜的初步探索到均质离子膜的制备,恩施的任务徐铜文早已经完成,此外他还克服了均相离子膜技术领域的许多关键核心技术,奠定了国内离子膜与世界的差距。

#亮剑斩荆棘#

目前,离子膜在我国工农业生产和日常生活中得到了广泛的应用,但高端的均相离子膜、电解膜等大多依靠进口,国外的非均相离子膜基本上被淘汰在我国仍是主流。”我想从日本购买一些离子交换膜样品进行研究,但另一方要么出价高要么直接拒绝。徐铜文告诉记者,普通的阴离子和阳离子交换膜只能用于科学研究,但科学研究只能小批量购买,一个40*60厘米的样品出售6,000元,也可自行支付7600元包装费,一次性支付并详细告知使用情况。他还曾在国内一家公司购买,而日本公司考察后直接拒绝出售。

“如果你不掌握关键的核心技术,你就会一直被‘卡住’。“当涉及到科学研究过程中的各种困难时,徐铜文很有感触。于是,他暗中决定:“我们一定要研究出中国人民自己的高性能离子膜。“徐铜文分析道,我国目前使用的杂离子膜大多只能用于一次水处理和一些简单的化学分离,它们不能满足大多数化学反应、分离、能量储存和转换的要求,但传统的均质膜制备工艺复杂,需要使用氯甲醚、氯磺酸等有害物质,环境污染严重,导致国内均质膜产业化的困难。

1997年在中国科技大学任教后,徐铜文迅速成立了功能膜研究室。面对国外技术封锁和国内离子膜产品制备技术落后、应用受限等情况,他一方面积极争取各项基金和项目的支持,另一方面带领团队攻关核心技术。在国家自然科学基金重点项目、国家优秀青年基金、科技部“863”重点项目的持续支持下,徐铜文带领团队和合作单位,对均质离子交换膜的绿化、低成本生产和工业应用进行了系统深入的研究。发明了一种涉及多晶硅共聚物离子交换膜的制备技术,一种溴化-胺化离子交换膜制备技术,一种无溶剂原位聚合离子交换膜制备技术和一种平板(电渗析)膜组件制备技术,是一种新型的离子交换膜工业化生产设备,开发了新型板式(电)透析膜组件和废酸、废碱、高盐废水综合处理工艺,实现了离子交换膜制备、设备和应用等一整套技术的知识产权保护。新工艺还避免了氯甲醚、氯磺酸和大量溶剂用于传统离子膜的制备。

“我们的制片过程简单,成本低,每平方米只有300元左右,膜组件的设计也有很多创新之处,徐铜文介绍说,“均相离子膜制备关键技术和应用”项目打破了发达国家均质离子膜领域的技术封锁和价格垄断,使均质离子膜进口价格从每平方米2000元大幅下降到每平方米500元,下降幅度超过70%。项目申请专利41项,建成6条均质离子交换膜生产线,形成4大系列20多种均质离子交换膜产品,年生产能力达到500000平方米,填补了国内均质离子交换膜产业化的空白。目前已有150多家用户采用该项目的膜产品,不仅在全国推广应用,而且还出口到德国等国家,应用行业涉及化工、有色金属、稀土、电子蚀刻、食品生物学等多个领域,如化纤,开辟了膜技术在工业废酸/碱/盐分离纯化中的新应用领域。

#育人播火种#

“在科研上取得成绩固然可喜,但培育人才更值得骄傲。”徐铜文坦言,科研攻关需要一批又一批有理想、有能力、有热情的创新人才“接力”,科技创新人才不能“断档”,只有人才接上了,科研才会后继有人,才会有源源不断的推动力。

20余年来,徐铜文一门心思投入到离子膜研究,也为国家培养了众多优秀人才。目前,他指导的博士生、硕士生(含在读)已有130余名,一些学生已经获得“国家杰青”“国家优青”资助,50人次为国家自然科学基金等项目主持人;有的学生入选“国家青年千人计划”,获得“全国模范教师”“泰山学者”“闽江学者”等国家和地方人才称号。“教书育人是件很光荣的事,也是人生最大的精神享受。”徐铜文表示。在采访中,徐铜文多次谈及他的恩师,言语中满是怀念,也多次提及他的学生,言语中满是骄傲。

离子膜研究,永无止境。

目前,我国在离子膜领域虽然取得了一些进展,但与国外相比还存在一些差距,比如高端的燃料电池隔膜等,主要还是靠进口。徐铜文介绍,今后均相离子膜的开发既要对现有技术进行改进,又要寻找新的成膜方法和新膜材料,系列化是均相膜开发的必然趋势,制定离子膜及其设备的行业标准也是亟须解决的重要问题。此外,未来膜技术的发展还要综合考虑与之相辅相成的组件设计及应用过程的研究,即离子膜的制备要面向其实际应用进行设计,实现量体裁衣。

将无机盐分解成高纯酸、碱,净化回收废水、废酸、废气,提纯与精制柠檬酸、白酒、医药,为新能源汽车动力转换提供支撑……离子膜技术在我国诸多工业领域中的广泛应用,使得离子膜受到越来越多的关注。“离子膜在我国的发展刚刚起步,空间很大。国家对生态环境越来越重视,这也给膜产业发展提供了契机。”徐铜文表示,未来困难与挑战并存,他将带领团队继续攻关,研发更多应用于化工洁净生产和能源存储与转化方面的高性能离子膜。

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