——访中国工程院院士徐南平
 

 
   徐南平  中国工程院院士，南京工业大学材料化学工程国家重点实验室主任，是我国无机膜国家科技计划制定的重要参与者和主要项目主持人，先后主持承担了国家重点科技攻关项目、国家“863”项目、国家自然科学基金、国家杰出青年基金项目、国家国防重点研究项目、国家计委产业化专项项目、江苏省科技攻关项目等无机膜研究项目40余项，发表学术论文500多篇，出版著作2部，参编2部，授权专利49项；以第一完成人获得国家技术发明二等奖、国家科技进步二等奖和三等奖各1项，江苏省科技进步一等奖2项，中国膜工业协会科技进步一等奖1项，中国石油和化学工业协会技术发明一等奖和技术进步一等奖各1项，化工部科技进步二等奖3项，江苏省教学成果特等奖1项；曾获全国杰出专业技术人才、全国优秀教师、国家级有突出贡献的中青年专家、教育部“霍英东优秀青年教师”教学奖。兼任的社会工作主要有：第十一届全国政协委员

堆埋在地下的垃圾经过长时间发酵产生的渗滤液中，含有多种浓度极高的污染物，是垃圾填埋场要解决的最大难题。不过，经过超滤、纳滤、反渗透三道膜过滤，乌黑的渗滤液可以由黄色、橙色，变为无色透明，其化学需氧量（COD）、生物需氧量（BOD）等也会随之骤降。 图中处理后液体中畅游的金鱼是对膜处理水平的最好证明。

      在21世纪的许多工业中，都将膜技术的重要性提升到了战略高度。2009年我国膜产业总产值约240亿元，2010年约300亿元。按照目前年均30%的增幅，未来5年我国膜产业有望突破1000亿元?？梢栽ぜ?，膜技术将迎来产值大幅增加的黄金十年，它所带动的相关产业产值总量更是不可估量。膜技术将在水资源、能源、环境、传统产业改造等领域发挥重大作用。

    记者：为什么将膜技术称为高新技术？未来它将在哪些领域大有作为？

    徐南平：近几十年发展起来的膜技术是以具有选择透过性的膜材料作为核心，在膜两侧推动力下，实现混合物分离、提纯、浓缩的分离技术。与过滤、精馏、萃取、蒸发等传统分离技术相比，膜技术具有能耗低、分离效率高、设备简单、无相变、无污染等优点，因此被称为新型高效分离技术。作为一种高新技术，膜技术并不是高不可攀的，实际上，它就在我们身边。比如，随处可购买到的纯净饮用水绝大部分采用膜技术净化得到；为保持乳品的营养价值及水果的风味，牛奶、酸奶、奶酪等也可以采用膜技术进行除菌、浓缩及杂质去除。

    在21世纪的多数工业中，膜技术将扮演重要角色，在水资源、能源、环境、传统产业改造等领域发挥重大作用。

 
    在缓解水资源短缺方面，预计到2050年，我国缺水总量将达4000亿m3，因缺水而导致的工业总产值损失大约2000亿元，农业总产值损失大约1500亿元。膜法海水淡化技术、膜法水质净化技术、膜及其集成技术将成为解决我国北方资源性缺水、南方水质性缺水和城市缺水的有效手段。

    在化工与石油化工领域，分离过程能耗占到了总能耗的70％左右，分离效率低还导致了严重的环境污染问题。膜分离技术可以高效低能耗地实现高精度分离，是过程工业节能降耗的共性技术之一。譬如，膜法精密过滤代替蒸发，可节能40％以上，减少溶剂消耗量30%以上；膜法渗透汽化技术代替精馏，进行有机物脱水，可节能50％以上；膜技术是过程工业减排的关键支撑技术，采用膜法处理油田回注水、焦化废水等，可实现工业废水循环利用，减少废水排放量；采用膜法可以实现废酸、废碱资源化利用，实现废液零排放；用膜技术从天然气中捕集二氧化碳，成本比吸收法大幅度降低。

    此外，膜技术还是改造传统产业、推进相关行业技术进步的高新技术，陶瓷膜反应器用于中石化10万吨/年己内酰胺的生产中，降低生产成本1000元/吨，并将间歇生产转为连续生产；膜技术进行中药提取液杂质的脱除，可提高产品质量，缩短生产周期40%，是实现中药加工现代化的关键。

    可以说，膜技术的发展得到了全球范围的高度重视，美国、日本、欧洲等多国政府将膜技术作为21世纪高新技术进行研究与开发，制定了相应的研究开发计划，促进了膜技术和产业的强劲发展。我国政府对膜技术的研究和开发同样十分重视，自“六五”以来，已连续六个五年计划都把膜技术作为重点项目进行支持。2010年出台《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》将高性能膜材料列入战略性新兴产业，为膜技术和膜产业的自身发展，膜应用市场的培育带来了前所未有的机遇。

据粗略估算，我国膜行业的远景市场是万亿元规模，具体分布如图所示。 （单位：亿元）

    记者：请您详细谈谈膜技术在海水淡化、污水处理、水循环利用等方面的进展以及未来需要突破的难点。

    徐南平：海水淡化利用海水脱盐生产淡水，不受时空和气候影响，水质好，是实现水资源开源增量的一个很好手段。从成本角度分析，海水淡化已经实现4元/吨～5元/吨的综合生产成本，价格渐趋合理。目前，我国海水淡化日产量约60万立方米，仅占全球淡化水日产量的1%。到2020年我国海水淡化能力将达到250万～300万立方米/日，形成200亿元以上的市场。作为膜法海水淡化的关键，国产反渗透膜年产量已达300万平方米，但在脱盐率和水通量等关键指标上与国际先进水平还有差距。国内所实施的大规模海水淡化工程中反渗透膜主要依赖于进口，亟待加快技术与装备的自主化进程。因此，“十二五”期间，需要加快发展高性能反渗透膜材料，实现反渗透制膜材料国产化，提升国产反渗透膜材料的市场竞争力；扩大产业规模，实现国产反渗透膜在国产化万吨级海水淡化单机中的应用。

    在污水处理和水循环利用方面，2009年我国城市生活污水排放量约为400亿立方米，采用膜生物反应器(MBR)可实现城市污水回用，未来MBR的市场需求在千亿元左右。废水处理的关键是实现回用和资源化，以膜技术为基础的集成技术可以将生活污水全回用，水循环的吨水成本已降到3元以下。但国内已建成的大型MBR工程中，核心膜材料大多依赖进口。建成规模化的MBR专用膜生产线和大型MBR污水处理回用工程，实现市政污水回用、园区废水资源化利用是未来发展关键。

    记者：膜技术将会对石油化工行业节能降耗做出什么特殊贡献？

    徐南平：化工和石油化工是国家的支柱产业，也是能源消耗、环境污染的大户，节能减排压力很大。在石油化工、精细化工、医药化工、日用化工等领域中，无水级的有机溶剂必不可少，传统工艺通过精馏分离有机溶剂和水。当有机溶剂和水的混合物达到近沸点、恒沸点时，由于共沸平衡的制约，必须采用恒沸蒸馏、萃取精馏、加压精馏等技术。这些技术的共同点是都需要将待脱水的物料体系完全汽化，其消耗的相变潜热巨大，导致能耗高，运行成本高。

    而近几十年发展起来的渗透汽化膜技术，利用透水型和疏水型渗透汽化膜材料进行有机物和水的分离，在有机溶剂中少量水或微量水的去除、水中少量有机物的去除等应用中表现出低能耗、不引入第三组分、排污少的突出特点，具有广阔的应用前景。再比如：全世界范围内60％的石化产品与催化过程有关，采用反应-陶瓷膜分离耦合的新技术可将催化反应与膜分离过程耦合在同一流程中进行，实现产物和催化剂的原位分离，将反应过程从间歇变为连续，从而获得创新的高效新流程。

    记者：针对上述应用领域，您认为国内外膜技术今后研发的重点有哪些？ 

    徐南平：膜材料是膜分离技术的关键，作为膜技术产业化的核心部件，高性能膜材料的关键技术突破将直接影响膜技术在实际应用中的推广，也将带动整个膜产业进入快速发展阶段。在国际上，膜材料的开发起步较早，技术较为成熟，已实现多种膜材料的系列化大规模生产及工程应用，全球膜市场更是在近些年出现了强劲的增长势头。我国膜材料的开发起步较晚，自主创新能力不强，主要膜材料长期依赖进口，高端产业、低端环节现象严重；企业规模普遍较小，目前我国膜产业300亿的市场被上千个企业分割，产值过亿的规模企业很少；应用层次偏低，应用领域偏窄，90%左右应用于水处理和海水淡化领域；高端领域仅占膜市场的10%以下。提升我国膜产业的自主创新能力和产业竞争力迫在眉睫。今后我国膜科学技术及膜产业将形成水处理膜和特种分离膜并重发展的趋势。

    对于水处理膜材料，研发焦点将集中在海水淡化反渗透膜材料、水质净化纳滤膜材料、MBR专用膜材料的开发与利用上。发展高性能海水淡化反渗透膜材料，扩大产业规模；开发水质净化纳滤膜的规?；票讣际?，提高分离性能；制备具有高通量、高强度、高亲水性能的MBR专用膜材料，并实现规模化生产。对于特种分离膜材料，研发焦点将集中在小孔径陶瓷膜材料、渗透汽化与蒸汽渗透膜材料、气体分离与净化膜材料的开发与利用上。通过水处理膜和特种分离膜并重发展，提升膜技术在资源节约、环境友好型社会建设中的贡献度。

作为我国“十一五”期间膜技术进步的典型代表，全氟离子膜的成功开发不但解开了中国氯碱人的心结，更为中国膜技术发展添上了浓重的一笔。图为2009年9月22日，1.35米宽的工业规格全氟离子膜成功下线的情景。