跨越四分之一世紀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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據清華新聞網(wǎng)2010年4月19日訊 對于很多城市家庭，飲水機是同電視機、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，但一般都有一臺飲水機。然而，在我?；瘜W(xué)工程系陳翠仙教授的家中，卻難覓飲水機的蹤影。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隊多年來(lái)的成果 “滲透汽化透水膜、膜組件及其應用技術(shù)”獲得了2009年度國家技術(shù)發(fā)明二等獎，并受到了黨和國家領(lǐng)導人的接見(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)膜都是我們再熟悉不過(guò)的生命“膜”。隨著(zhù)人工合成“膜”技術(shù)的實(shí)現，各式各樣的“膜”被應用于生產(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、細菌、有毒金屬物質(zhì)和有機物后得到的。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、節能、環(huán)保、分子級過(guò)濾及過(guò)程簡(jiǎn)單、易于控制等特點(diǎn)，目前已廣泛應用于食品、醫藥、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世紀工業(yè)技術(shù)改造中一項極為重要的新技術(shù)。曾有專(zhuān)家預言：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)現蒸餾、萃取、吸附等傳統分離方法難于完成的分離任務(wù)。在石油化工、醫藥化工等工業(yè)中有大量恒沸點(diǎn)和近沸點(diǎn)物質(zhì)需要分離，傳統技術(shù)能耗高、對環(huán)境的污染嚴重，而滲透汽化透水膜技術(shù)比傳統技術(shù)節能1/2～2/3，是一種經(jīng)濟有效的分離方法。同時(shí)，陳翠仙牽頭研究的滲透汽化透水膜項目還解決了膜在高濃度有機溶劑中長(cháng)期使用的化學(xué)穩定性問(wèn)題，使這一新技術(shù)在我國獨家從實(shí)驗室研究走向工業(yè)化應用，并建成了年產(chǎn)30萬(wàn)平方米的滲透汽化復合膜及組件生產(chǎn)線(xiàn)。
滲透汽化透水膜項目開(kāi)創(chuàng )了我國膜技術(shù)的新應用領(lǐng)域，充分顯示出作為“清潔工藝”的優(yōu)勢和競爭力。滲透汽化透水膜項目的應用，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%，在大大節約成本的同時(shí)減少了對環(huán)境的污染。該技術(shù)被國內很多知名制藥和精細化工企業(yè)采用，在節能減排、安全環(huán)保方面起到重要作用，為企業(yè)帶來(lái)了顯著(zhù)的經(jīng)濟效益、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)始了對滲透汽化透水膜的研究。她回憶道，上個(gè)世紀80年代，也就是改革開(kāi)放之初，我校提出教學(xué)與科研相結合，時(shí)任化工系主任汪家鼎院士提出要向國際前沿看齊，填補國內空白。于是，剛剛在歐美開(kāi)始工業(yè)應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年就被國外學(xué)者提出，一直到20世紀80年代，世界能源危機的出現才加快了滲透汽化技術(shù)產(chǎn)業(yè)化研究的步伐。德國科學(xué)家于20世紀80年代中期率先開(kāi)發(fā)出優(yōu)先透水的復合膜，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)的大規模工業(yè)應用。
1985年，包括陳翠仙在內的幾名化工系老師開(kāi)始了對滲透汽化透水膜的研究。項目一開(kāi)始就得到了國家的重視和支持，被列為國家自然科學(xué)基金“七五”重大項目和 “八五”重點(diǎn)項目。然而，即便如此，早期研究仍然面臨著(zhù)經(jīng)費和人力不足的困難。
陳翠仙表示，同樣是國家自然科學(xué)基金重大項目，“七五”的科研經(jīng)費可能還不到“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)國家對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)，當時(shí)她們的教學(xué)任務(wù)很繁重，不但要承擔系里的專(zhuān)業(yè)課，還要承擔全?；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)設計來(lái)進(jìn)行的。
到“九五”期間，經(jīng)費和人力的狀況同時(shí)得到較大改善，據陳翠仙回憶，作為“九五”國家重點(diǎn)科技攻關(guān)項目，該項目的研究經(jīng)費是“七五”期間的近20倍；加之國家擴大了研究生的招生規模，項目組同時(shí)在讀的研究生達到 16個(gè)之多。正是在這一階段，該項目的學(xué)術(shù)論文發(fā)表數、發(fā)明專(zhuān)利授權數都達到了高峰，陳翠仙所主持的滲透汽化透水膜的理論研究水平達到了國際水準。
2001年，該項目進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化實(shí)施階段，依托陳翠仙和她的團隊數十年的基礎研究技術(shù)成果，藍景膜技術(shù)工程有限公司成立。陳翠仙告訴記者，就在兩周前，上世紀80年代率先開(kāi)發(fā)出透水膜的兩位德國科學(xué)家專(zhuān)程來(lái)到中國，參觀(guān)了藍景膜技術(shù)工程有限公司，兩位德國前輩對中國的研究成果及其在產(chǎn)業(yè)化中的高性?xún)r(jià)比贊嘆不已，當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3個(gè)月前溫家寶總理在國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會(huì )上的講話(huà)記憶猶新：“面對新的機遇和挑戰，世界主要國家都在搶占經(jīng)濟科技發(fā)展的制高點(diǎn)。我們必須因勢利導，奮起直追，在世界新科技革命的浪潮中走在前面?！睆?985年陳翠仙和她的團隊樹(shù)立了向國際前沿看齊的目標，到2010年曾經(jīng)的高者主動(dòng)尋求與中國合作，陳翠仙向國際“膜”界的追趕之路足足走了四分之一個(gè)世紀。
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目面臨的困境。她解釋說(shuō)，科研項目從實(shí)驗到生產(chǎn)環(huán)節是非常艱難的，因為不同于實(shí)驗室里的單一環(huán)境，產(chǎn)業(yè)化要適應不同的生產(chǎn)環(huán)境和各式各樣的工業(yè)體系，條件更為復雜多樣，常常會(huì )出現很多意想不到的問(wèn)題。比如哈藥制藥總廠(chǎng)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(chǎng)又不便透露制藥的工藝，因此很難判斷生產(chǎn)線(xiàn)環(huán)境的變化，給改進(jìn)調整帶來(lái)了很大的困難。于是，陳翠仙親自到生產(chǎn)一線(xiàn)去考察，和企業(yè)的工程師們一起鉆研和摸索，經(jīng)過(guò)多次調試后終于解決了膜在該企業(yè)中的應用問(wèn)題。
在滲透汽化透水膜技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的近10年里，類(lèi)似哈藥制藥總廠(chǎng)的情況曾多次出現。陳翠仙的碩士研究生江冠金畢業(yè)后留在了藍景膜技術(shù)工程有限公司，他對產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中出現的種種問(wèn)題感觸頗深。江冠金說(shuō)，一旦在產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中出現問(wèn)題，陳翠仙常常會(huì )給予大方向上的指導，對問(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)驗室走出去，就牽涉到投資方、廠(chǎng)方等多方面的利益，很多科研項目都是因為在這個(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(huà)給課題組成員說(shuō)：“我得拉著(zhù)你一塊跳樓！”事后，陳翠仙和她的團隊趕到現場(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(zhù)頭皮頂下來(lái)的！真正的技術(shù)必須在應用中日漸成熟?！?BR> 陳翠仙的博士研究生秦培勇親歷了項目產(chǎn)業(yè)化的艱難歷程?，F已在北京化工大學(xué)執教的秦培勇回憶說(shuō)，項目的產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中還出現過(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(zhù)對“膜”事業(yè)的執著(zhù)，感染了投資方和廠(chǎng)方，也讓她的研究團隊感動(dòng)。沒(méi)有她的這份堅持，不可能有今天國家科技進(jìn)步獎的肯定。
為了推進(jìn)“膜”項目的研究，陳翠仙的研究生們常常在實(shí)驗室里工作到很晚，但他們常說(shuō)：“咱們的精力還比不上陳老師呢?！痹瓉?lái)，年過(guò)半百的陳翠仙常常和學(xué)生們一起在實(shí)驗室里工作到凌晨。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(cháng)*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(yōu)，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、奮力追趕國際先進(jìn)水平、堅持不懈推進(jìn)新興產(chǎn)業(yè)的成功范例。
陳翠仙教授（左一）和研發(fā)團隊成員在實(shí)驗室