跨越四分之一世紀(jì)陳翠仙教授百折不撓在“膜”界探尋
2014-05-10 18:24:52
admin
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據(jù)清華新聞網(wǎng)2010年4月19日訊 對(duì)于很多城市家庭，飲水機(jī)是同電視機(jī)、冰箱一樣不可或缺的電器。在許多辦公室和學(xué)生宿舍里，也許沒(méi)有電視機(jī)，但一般都有一臺(tái)飲水機(jī)。然而，在我?；瘜W(xué)工程系陳翠仙教授的家中，卻難覓飲水機(jī)的蹤影。原來(lái)陳翠仙在家中的自來(lái)水終端安裝了一套過(guò)濾裝置，把自來(lái)水中的有害物質(zhì)過(guò)濾出去，達(dá)到近似于桶裝純凈水的效果。這種自來(lái)水過(guò)濾工藝所使用的核心技術(shù)，則來(lái)自于陳翠仙嘔心瀝血進(jìn)行了20多年的 “膜 ”研究 。2009年11月，陳翠仙和她的研究團(tuán)隊(duì)多年來(lái)的成果 “滲透汽化透水膜、膜組件及其應(yīng)用技術(shù)”獲得了2009年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)，并受到了黨和國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人的接見(jiàn)。
“膜”可名狀
乍一聽(tīng)到“膜”，很多人會(huì)感到陌生。其實(shí)，膜在大自然中廣泛存在，就拿我們自己來(lái)說(shuō)，耳膜、鼓膜、視網(wǎng)膜都是我們?cè)偈煜げ贿^(guò)的生命“膜”。隨著人工合成“膜”技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，各式各樣的“膜”被應(yīng)用于生產(chǎn)和生活的諸多領(lǐng)域。
比如我們喝的純凈水，就是通過(guò)膜技術(shù)去除水中的懸浮物、細(xì)菌、有毒金屬物質(zhì)和有機(jī)物后得到的。不難看出，自然界的“膜”和人工合成的 “膜”具有一個(gè)共同的特性，即選擇透過(guò)性。這正體現(xiàn)了 “膜”的一般定義：膜是分離兩相和作為選擇性傳遞物質(zhì)的屏障。
在化學(xué)工業(yè)界，膜分離是繼精餾萃取等分離之后迅速崛起的一種分離技術(shù)。它以膜作為分離介質(zhì)，具有高效、節(jié)能、環(huán)保、分子級(jí)過(guò)濾及過(guò)程簡(jiǎn)單、易于控制等特點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、生物、環(huán)保、化工、冶金、能源、石油、水處理、電子、仿生等領(lǐng)域。在能源緊張、資源短缺、生態(tài)環(huán)境惡化的今天，產(chǎn)業(yè)界和科技界把膜分離視為21世紀(jì)工業(yè)技術(shù)改造中一項(xiàng)極為重要的新技術(shù)。曾有專家預(yù)言：誰(shuí)掌握了膜技術(shù)，誰(shuí)就掌握了化學(xué)工業(yè)的明天。
膜分離過(guò)程包括多種形式，如廢水和污水處理中常用到的微濾，被廣泛應(yīng)用于海水淡化的反滲透，以及自來(lái)水凈化所使用的超濾等。據(jù)陳翠仙教授介紹，滲透汽化是不同于微濾、超濾、反滲透等的一種膜分離技術(shù)，其突出優(yōu)點(diǎn)是能夠以較低的能耗實(shí)現(xiàn)蒸餾、萃取、吸附等傳統(tǒng)分離方法難于完成的分離任務(wù)。在石油化工、醫(yī)藥化工等工業(yè)中有大量恒沸點(diǎn)和近沸點(diǎn)物質(zhì)需要分離，傳統(tǒng)技術(shù)能耗高、對(duì)環(huán)境的污染嚴(yán)重，而滲透汽化透水膜技術(shù)比傳統(tǒng)技術(shù)節(jié)能1/2～2/3，是一種經(jīng)濟(jì)有效的分離方法。同時(shí)，陳翠仙牽頭研究的滲透汽化透水膜項(xiàng)目還解決了膜在高濃度有機(jī)溶劑中長(zhǎng)期使用的化學(xué)穩(wěn)定性問(wèn)題，使這一新技術(shù)在我國(guó)獨(dú)家從實(shí)驗(yàn)室研究走向工業(yè)化應(yīng)用，并建成了年產(chǎn)30萬(wàn)平方米的滲透汽化復(fù)合膜及組件生產(chǎn)線。
滲透汽化透水膜項(xiàng)目開(kāi)創(chuàng)了我國(guó)膜技術(shù)的新應(yīng)用領(lǐng)域，充分顯示出作為“清潔工藝”的優(yōu)勢(shì)和競(jìng)爭(zhēng)力。滲透汽化透水膜項(xiàng)目的應(yīng)用，一方面提高了化工產(chǎn)品的純度，使化工產(chǎn)品更加安全環(huán)保，比如四川某生產(chǎn)油漆涂料的公司應(yīng)用該技術(shù)后，所生產(chǎn)的涂料產(chǎn)品減少了有毒有害的化合物，迅速得到了國(guó)際知名涂料企業(yè)的大量訂單；另一方面降低了能耗，促進(jìn)了傳統(tǒng)工藝技術(shù)的提升改造，比如廣州某生產(chǎn)化妝品添加劑的企業(yè)采用該技術(shù)后，平均每年能耗降低了70%，在大大節(jié)約成本的同時(shí)減少了對(duì)環(huán)境的污染。該技術(shù)被國(guó)內(nèi)很多知名制藥和精細(xì)化工企業(yè)采用，在節(jié)能減排、安全環(huán)保方面起到重要作用，為企業(yè)帶來(lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。
切磋琢“膜”
陳翠仙早在20多年前就開(kāi)始了對(duì)滲透汽化透水膜的研究。她回憶道，上個(gè)世紀(jì)80年代，也就是改革開(kāi)放之初，我校提出教學(xué)與科研相結(jié)合，時(shí)任化工系主任汪家鼎院士提出要向國(guó)際前沿看齊，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白。于是，剛剛在歐美開(kāi)始工業(yè)應(yīng)用的滲透汽化透水膜技術(shù)進(jìn)入了大家的視野。原來(lái)，滲透汽化的概念早在1917年就被國(guó)外學(xué)者提出，一直到20世紀(jì)80年代，世界能源危機(jī)的出現(xiàn)才加快了滲透汽化技術(shù)產(chǎn)業(yè)化研究的步伐。德國(guó)科學(xué)家于20世紀(jì)80年代中期率先開(kāi)發(fā)出優(yōu)先透水的復(fù)合膜，后來(lái)與瑞士的蘇爾壽公司合作，開(kāi)始了滲透汽化技術(shù)的大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。
1985年，包括陳翠仙在內(nèi)的幾名化工系老師開(kāi)始了對(duì)滲透汽化透水膜的研究。項(xiàng)目一開(kāi)始就得到了國(guó)家的重視和支持，被列為國(guó)家自然科學(xué)基金“七五”重大項(xiàng)目和 “八五”重點(diǎn)項(xiàng)目。然而，即便如此，早期研究仍然面臨著經(jīng)費(fèi)和人力不足的困難。
陳翠仙表示，同樣是國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目，“七五”的科研經(jīng)費(fèi)可能還不到“十一五”的一個(gè)零頭，從中我們也可以看到改革開(kāi)放以來(lái)國(guó)家對(duì)科技的重視程度在不斷提高。
早期研究的另一個(gè)困難是人手不足。陳翠仙回憶說(shuō)，當(dāng)時(shí)她們的教學(xué)任務(wù)很繁重，不但要承擔(dān)系里的專業(yè)課，還要承擔(dān)全?；ぴ碚n的教學(xué)；而研究生名額很少，很多科研工作是靠本科畢業(yè)設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行的。
到“九五”期間，經(jīng)費(fèi)和人力的狀況同時(shí)得到較大改善，據(jù)陳翠仙回憶，作為“九五”國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目，該項(xiàng)目的研究經(jīng)費(fèi)是“七五”期間的近20倍；加之國(guó)家擴(kuò)大了研究生的招生規(guī)模，項(xiàng)目組同時(shí)在讀的研究生達(dá)到 16個(gè)之多。正是在這一階段，該項(xiàng)目的學(xué)術(shù)論文發(fā)表數(shù)、發(fā)明專利授權(quán)數(shù)都達(dá)到了高峰，陳翠仙所主持的滲透汽化透水膜的理論研究水平達(dá)到了國(guó)際水準(zhǔn)。
2001年，該項(xiàng)目進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化實(shí)施階段，依托陳翠仙和她的團(tuán)隊(duì)數(shù)十年的基礎(chǔ)研究技術(shù)成果，藍(lán)景膜技術(shù)工程有限公司成立。陳翠仙告訴記者，就在兩周前，上世紀(jì)80年代率先開(kāi)發(fā)出透水膜的兩位德國(guó)科學(xué)家專程來(lái)到中國(guó)，參觀了藍(lán)景膜技術(shù)工程有限公司，兩位德國(guó)前輩對(duì)中國(guó)的研究成果及其在產(chǎn)業(yè)化中的高性價(jià)比贊嘆不已，當(dāng)即表示要在滲透汽化透水膜的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)拓展方面開(kāi)展合作。
陳翠仙對(duì)3個(gè)月前溫家寶總理在國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上的講話記憶猶新：“面對(duì)新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，世界主要國(guó)家都在搶占經(jīng)濟(jì)科技發(fā)展的制高點(diǎn)。我們必須因勢(shì)利導(dǎo)，奮起直追，在世界新科技革命的浪潮中走在前面。”從1985年陳翠仙和她的團(tuán)隊(duì)樹(shù)立了向國(guó)際前沿看齊的目標(biāo)，到2010年曾經(jīng)的高者主動(dòng)尋求與中國(guó)合作，陳翠仙向國(guó)際“膜”界的追趕之路足足走了四分之一個(gè)世紀(jì)。
道高“膜”重
回首20余年在“膜”界的探索鉆研，陳翠仙感到*艱難的還是2001年以來(lái)的產(chǎn)業(yè)化過(guò)程，這也是其他很多科研項(xiàng)目面臨的困境。她解釋說(shuō)，科研項(xiàng)目從實(shí)驗(yàn)到生產(chǎn)環(huán)節(jié)是非常艱難的，因?yàn)椴煌趯?shí)驗(yàn)室里的單一環(huán)境，產(chǎn)業(yè)化要適應(yīng)不同的生產(chǎn)環(huán)境和各式各樣的工業(yè)體系，條件更為復(fù)雜多樣，常常會(huì)出現(xiàn)很多意想不到的問(wèn)題。比如哈藥制藥總廠引入滲透汽化透水膜工業(yè)生產(chǎn)裝置后，一個(gè)月后就出了問(wèn)題，而藥廠又不便透露制藥的工藝，因此很難判斷生產(chǎn)線環(huán)境的變化，給改進(jìn)調(diào)整帶來(lái)了很大的困難。于是，陳翠仙親自到生產(chǎn)一線去考察，和企業(yè)的工程師們一起鉆研和摸索，經(jīng)過(guò)多次調(diào)試后終于解決了膜在該企業(yè)中的應(yīng)用問(wèn)題。
在滲透汽化透水膜技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的近10年里，類似哈藥制藥總廠的情況曾多次出現(xiàn)。陳翠仙的碩士研究生江冠金畢業(yè)后留在了藍(lán)景膜技術(shù)工程有限公司，他對(duì)產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中出現(xiàn)的種種問(wèn)題感觸頗深。江冠金說(shuō)，一旦在產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，陳翠仙常常會(huì)給予大方向上的指導(dǎo)，對(duì)問(wèn)題的解決起到了關(guān)鍵作用。
產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中的另一個(gè)困難是來(lái)自各方的壓力。陳翠仙說(shuō)，技術(shù)一旦從實(shí)驗(yàn)室走出去，就牽涉到投資方、廠方等多方面的利益，很多科研項(xiàng)目都是因?yàn)樵谶@個(gè)階段沒(méi)有頂住壓力而過(guò)早夭折。陳翠仙至今還記得7年前第一家企業(yè)引進(jìn)滲透汽化技術(shù)時(shí)的情景。當(dāng)時(shí)，廣州一家化工企業(yè)引進(jìn)該技術(shù)后，不到一個(gè)月密封墊就漏了，企業(yè)老板非常生氣地打電話給課題組成員說(shuō)：“我得拉著你一塊跳樓！”事后，陳翠仙和她的團(tuán)隊(duì)趕到現(xiàn)場(chǎng)，與企業(yè)合作研究并*終解決了問(wèn)題。她說(shuō)：“產(chǎn)業(yè)化的這些年，我們就是這樣硬著頭皮頂下來(lái)的！真正的技術(shù)必須在應(yīng)用中日漸成熟?！?BR> 陳翠仙的博士研究生秦培勇親歷了項(xiàng)目產(chǎn)業(yè)化的艱難歷程?，F(xiàn)已在北京化工大學(xué)執(zhí)教的秦培勇回憶說(shuō)，項(xiàng)目的產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中還出現(xiàn)過(guò)投資人資金鏈斷掉的問(wèn)題，換作一般人可能就不想再“折騰”了。但陳翠仙憑著對(duì)“膜”事業(yè)的執(zhí)著，感染了投資方和廠方，也讓她的研究團(tuán)隊(duì)感動(dòng)。沒(méi)有她的這份堅(jiān)持，不可能有今天國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)的肯定。
為了推進(jìn)“膜”項(xiàng)目的研究，陳翠仙的研究生們常常在實(shí)驗(yàn)室里工作到很晚，但他們常說(shuō)：“咱們的精力還比不上陳老師呢。”原來(lái)，年過(guò)半百的陳翠仙常常和學(xué)生們一起在實(shí)驗(yàn)室里工作到凌晨。陳翠仙說(shuō)，在探索“膜”界的這20多年里，她覺(jué)得*虧欠的是自己的家人。在研究的關(guān)鍵時(shí)期，正是她的兩個(gè)孩子成長(zhǎng)*快、*需要關(guān)心和教育的時(shí)候。但由于工作繁忙，她很少能親自指導(dǎo)孩子。先生為了支持她的事業(yè)，停辦了自己創(chuàng)辦的公司。家人的支持，讓陳翠仙解除了后顧之憂，全身心地投入到膜技術(shù)的研究和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中。
在學(xué)生們眼中，陳翠仙是一個(gè)耐得住寂寞，甘于刻苦攻關(guān)的學(xué)者；在與其合作的企業(yè)家、工程師眼中，她是一個(gè)不畏艱辛、百折不撓的“斗士”；在節(jié)能減排背景下迅速崛起的“膜”界，她開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)自主創(chuàng)新、奮力追趕國(guó)際先進(jìn)水平、堅(jiān)持不懈推進(jìn)新興產(chǎn)業(yè)的成功范例。
陳翠仙教授（左一）和研發(fā)團(tuán)隊(duì)成員在實(shí)驗(yàn)室