侯立安院士：水环境治理迫切 “膜”术助推质量改善

新材料在线9月26日讯：9月25日，中国工程院院士侯立安在“2020中国新材料资本技术大会”上发表了题为《新型膜分离材料助力水环境质量的持续改善》的演讲。

“绿水青山就是金山银山”，在习近平总书记的“两山”理论指导下，经过15年的发展，我国的水环境质量有了明显的改善。今年全国两会期间，生态环境部部长黄润秋又再次强调了，在树立生态环境保护的战略定力方面，生态环境部门要做到三个坚定不动摇。

绿色发展和可持续理念的日益普及，对环保工程用膜材料提出了更高的性能要求，既要节能高效，又要具备通量高、寿命长、抗污染性能强等优点。侯立安院士对此持积极态度，他表示：“材料学的发展极大地促进了膜材料的进步，而新型膜技术符合我国‘清洁生产、节能减排’的政策要求，对推行国家政策具有助力作用。”

进入快速成长期 新材料入场方有新突破

分离膜技术被看作是21世纪最有价值的标志性成果之一，是解决全球面临的能源危机、环境危机等重大问题的关键技术手段，

在经历了初步发展、初成规模两个阶段后，我国膜产业的发展已进入快速成长期，反渗透、超滤、微滤等膜技术在能源电力、有色冶金、海水淡化、给水处理、污水回用及医药食品等领域的工程应用规模迅速扩大。

有关数据表明，2011年至2018年期间，我国膜产业年平均增长速度保持在24%以上。仅2018年，我国整个膜产业市场规模就达到1900亿元，预计到2024年，产值将接近3600亿元。

膜材料产业的一片繁荣有赖下游应用领域的紧密需求，水环境治理就是其中的一大应用领域。

水资源开发、达标排放、再生水回用、应急处置是传统膜技术的主要应用领域。此外，净化饮用水、海水淡化、中水回收同样是膜技术重要的应用舞台。

传统高分子分离膜虽然种类丰富、处理对象多样、应用范围广泛，目前发展较为迅速，但应用于水环境处理仍有两大瓶颈亟需突破。

一是随着企业现代化生产队过滤的要求越来越高，常规膜材料无法有效解决高温、高压和腐蚀环境中的过滤技术难题，很多工业、企业因此遭遇发展瓶颈。

二是在应用过程中，膜的透过性和选择性两个关键性能的提高一直存在此长彼消的“跷跷板效应”。同时，若长期应用，不仅会缩短膜的使用寿命影响膜的分离性能，增加运行成本，而且易发生浓差极化和膜污染。

新材料、新技术涌现 三大挑战待破解

一代材料成就一代产业，科技发展迅速，新材料、新技术不断涌现，提高膜产业的创新意识和创新能力，利用现代科技解决膜产业面临的瓶颈问题是膜产业发展的突破口。

侯立安院士认为“新型膜材料是当前膜技术发展的关键”，基于石墨烯、金属有机框架材料、有机共价框架材料、碳纳米管、分子筛、类水滑石等新型分离膜能够构建含纳米通道的超薄分离层，展现出远超过传统聚合物膜的渗透性能，有望突破渗透性和选择性之间的限制效应。应开发选择性高、透过性好、耐污染性强的新型水处理膜材料。

他进一步表示：“基于聚合物材料、无机材料、复合材料与纳米材料等不同材料体系的新型膜结构与功能设计是当前的一个研究热点，也是膜分离技术进一步深入研究与应用开发的关键。”

膜技术方面，创新多工艺耦合、适用于非常规环境的新型膜分离技术是当前膜科学研究的追求，要加速膜化学反应器、振动膜、正渗透、膜法-电化学耦合、光化学氧化-膜法等新型工艺的开发。

当然，新材料、新技术的研发过程中不免遇到挑战，“分离机制、生物安全性、高效集成是新膜技术发展面临的主要挑战，”侯立安院士分析道。

鼓励膜技术创新 助推水环境质量改善

迎难而上是科研工作者的本色，唯有不断突破技术瓶颈，方能助力综合国力的提升。

我国膜技术研究起步较晚，民族品牌膜产品的影响力有待提高，更应加大对膜技术研究的投入，鼓励技术创新，促进膜科学不断进步。

水通道蛋白、石墨烯、碳纳米管等国外科学家已凭其摘得大奖的技术，我国科学家也已靠着对于科研的探索精神，实现技术突破，逐渐转化为落地的产品，但在通透量、耐污染、机理性等方面的研究仍有提升空间，有机共价框架膜、金属有机框架膜等新型膜材料的研究亦是如此。

侯立安院士以图灵斑图结构分离膜为例，指出膜材料性能升级的路线，他提出：“基于图灵‘反应-扩散’控制理论，改进传统界面聚合制膜方法，获得表面具有斑图结构的分离膜，提高分离膜的有效渗透面积，从而可以提高膜的渗透性能。”

新型膜工艺是侯立安院士反复强调要升级的另一项内容，他指出我国正渗透、膜过滤耦合高级氧化等工艺的技术水平还需要加强。

同时，侯立安院士还呼吁要加强对纳米材料生态安全性的研究。而在这方面，美国早已经动起来了，从2005年开始，每年在纳米技术对环境、健康与安全领域的投资，占总投资额的比例从2005年的不足3%提升至2017年的7%，总投资额度已超过10亿美元。

除了要加强材料和技术方面的研究与利用，侯立安院士认为，我国在利用新型膜材料助推水环境质量改善的过程中，强化膜分离机理研究、加强新型膜工艺的优化与集成、提升膜过程的动力保障、完善膜技术相关的法规标准、重视膜过程中的废物处置、面向未来建设新型“智慧水厂”等都是不容忽视的。

尤其是当前世界已进入大数据时代，基于大数据的综合利用和全膜法组合工艺技术的突破，开发前瞻性的“智慧水厂”，有助于提升水资源利用效率和安全保障水平。而且“智慧水厂”可以实现水厂膜处理工艺灵活化，管理智能化、水质多级化等目标，能够成为真正与社会融合、互利共生的城市基础设施，助力城市水安全保障。

对于如何从膜材料入手加强生态环境保护一事，侯立安院士总结道：“发挥新型膜技术在环境质量改善中的功能应从科研投入、材料开发、技术创新、工艺研发、法规标准等方面入手，促进环境质量改善。”