新天工开物：守护水安全的“中国膜法”

　　近日，“新天工开物——科技成就发布会”生态环境专场在国家科技传播中心举行。会上，浙江工业大学等单位发布的“新型膜法水处理关键技术及应用”成果引发关注。

　　中国工程院院士、大连理工大学高分子材料研究所所长蹇锡高在成就推介时指出：“项目在膜法处理相关理论、材料、制备技术、处理工艺及国内外典型应用方面取得了重大突破，打破了国外的垄断，直接带动了水处理领域的科技创新，推动了化工行业绿色低碳化发展。”

　　这项荣获2023年国家科技进步奖一等奖的成就，不仅标志着我国在高端分离膜领域实现了从严重依赖进口到自主可控、乃至领跑全球的历史性跨越，更以其全链条的源头创新，为全球水资源短缺、水污染治理与水安全挑战提供了系统性的“中国方案”。这段历程，恰是一部中国科技工作者面向国家急需、从无到有、从有到优、从优到强的奋斗史诗。

　　从“望膜兴叹”到“定义未来”——一场中国膜技术工作者的自主突围

　　水，是生命之源，亦是工业之血。然而，随着工业化进程加速，水资源短缺、水污染复杂化、特种水安全风险(如核废水)等问题日益严峻。膜分离技术，以其低能耗、高效率、绿色化的特性，被视为解决这些问题的关键共性技术。但长期以来，以工业分离膜为代表的高端膜市场近90%被美、日、德等国垄断，成为卡住我国水资源安全保障和高端制造发展的“喉中之刺”。

　　自主技术与产业创新，成为破局关键。2023年，“新型膜法水处理关键技术及应用”获国家科技进步奖一等奖，标志着我国已摆脱“望膜兴叹”的传统局面。

　　“可能很多朋友好奇，一张薄薄的‘膜’，凭什么能获得国家科技最高荣誉？”发布会现场，浙江大学求是特聘教授、浙江大学碳中和研究院副院长张林介绍道。

　　进入新世纪，我国工业腾飞，水资源矛盾愈发突出，同时，核能等新兴领域带来的特种水处理需求，对膜技术提出了近乎苛刻的更高要求。面对“高端膜可控制备难、膜污染严重、特种膜寿命短、伴生固废处置难”等世界性行业瓶颈，以侯立安院士、高从堦院士、郑裕国院士为核心的科研领军者，汇聚高校、部队、国企及高新技术企业力量，组建了产学研深度融合的“国家队”，开启了长达十余年的协同创新攻坚战。

　　“我们毅然决定，不再跟随模仿，必须从理论源头进行创新，实现从原理、材料、技术到工艺装备的全链条突破。”张林教授的话语中透着坚定。这场突围，不仅是为了打破垄断，更是为了定义未来水处理技术的范式。

　　源头创新“三部曲”——从看见、模仿到超越的科学攀登

　　要实现技术领跑，唯有开辟新路。一支中国科研团队将创新之根深扎于基础研究，演绎了一场从理论突破到产业应用的完整创新“三部曲”。

　　第一部曲，是“看见”微观世界，为膜实施“基因编辑”。传统制膜过程好似“黑箱”操作，性能调控依赖经验。团队首创“核磁共振耦合电化学阻抗”原位研究方法，“这就如同给膜的生产线同时安装了‘磁共振仪’和‘心电图机’，”团队负责人张林比喻道，“首次让我们清晰‘看见’了成膜过程中分子扩散与微观结构形成的动态奥秘。”基于此，他们揭示了“反应-扩散”耦合机制，建立起通过调控扩散行为来“按需设计”膜微观结构的理论，为高性能膜的“可控制备”奠定了基石。

　　第二部曲，是向自然学习，为膜穿上“水铠甲”。膜污染是长期困扰行业的顽疾。团队将目光投向自然界：无论水体多浊，鱼体表面总能保持洁净。受此启发，他们模仿鱼体表粘液的“局部荷电平衡”特性，在膜表面构建出一层稳定的自由水合层。“这层‘水铠甲’能有效阻隔污染物的靠近与粘附，”张林解释，“基于这一源自自然的‘荷电平衡抗污染机制’，我们找到了攻克膜污染的全新路径。”

　　第三部曲，是发明标志性的“中国膜”，一举突破性能极限。在新理论指引下，三类创新膜材料应运而生：“超薄脱盐膜”采用独特方法，如同对膜进行精密“基因编辑”，使其厚度减半、水通量翻倍，完美破解了渗透性与选择性难以兼得的全球性难题；“长效抗污膜”则首次将温和化学反应应用于超薄膜表面无损修饰，犹如给膜做“肌肤护理”，使其抗粘附性能提升55%，清洗后通量几乎完全恢复，寿命显著延长；面对核污染防治的世界级挑战，“核素吸附膜”扮演起“智能捕手”的角色，能精准识别并高效抓取水中痕量核素，浓缩因子高达1000倍，提供了关键材料解决方案。

　　与此同时，团队在工艺与装备上同步实现跨越：独创“超大口径膜压力容器”等关键技术，于浙江舟山建成了特大型海水淡化工程，吨水电耗仅2.0千瓦时的能效持续领跑全球；创新预处理工艺，使膜面有机污染物残留量锐减91%，从根源上纾解了膜孔堵塞的行业痛点。这场从基础理论到核心材料，再到重大工程的系统性创新，标志着中国在高性能分离膜领域完成了从跟随、并跑到领跑的关键跨越。

　　从“中国制造”到“中国标准”——赋能全球的协同创新生态

　　技术的价值在于应用，创新的生命力在于生态。这项成果的成功，不仅是实验室的胜利，更是中国式协同创新模式的胜利。

　　“正是得益于浙江省打造的协同创新中心这个‘特区’平台，我们突破了机构、人员、经费的壁垒，心往一处想，劲往一处使。”张林强调。在这个生态中，侯立安院士负责顶层规划与成果转化，高从堦院士攻坚膜材料核心性能，郑裕国院士拓展长效膜技术在医药等高附加值领域的应用，陈冠益、李小年等教授则在固废处置、新材料开发上各展所长……老中青三代科学家与工程师形成了高效的创新共同体。

　　如今，项目的131件授权发明专利中相当大一部分已成功转化或转让。技术成果在等一批优秀企业落地生根，并产生了巨大的经济社会效益。国产高端膜不仅保障了中芯国际等顶尖芯片制造企业的供应链安全，服务了全球前50强生物医药公司中的27家，更在激烈的国际竞争中脱颖而出，出口至欧洲、美洲、日本等24个国家和地区，单个出口合同金额高达9亿元人民币。

　　面对国际市场推广中遭遇的“反馈数据少”等挑战，团队将立足点放在国内丰富的应用场景上。“我们在新疆建立了盐碱水资源化处理示范装置，连续运行半年多，获取了宝贵数据。”张林表示，中国庞大的市场、多样的工况，本身就是技术迭代升级的最佳试验场。

　　更为深远的是，中国膜产业正在从技术输出迈向标准引领。高从堦院士在采访中指出：“我们有中国膜工业协会、标准化委员会等组织，正在积极推动标准的制定和修订。” 随着一系列国标、行标、团标的推出，中国在膜技术领域的话语权不断增强。

　　展望未来，智能化与资源化成为新前沿。“我们正在探索利用人工智能技术，提升膜在极端环境下的性能。”高从堦院士展望道。同时，对于海水淡化产生的浓海水，团队正聚焦于锂、钾、铀等战略资源的提取技术，变废为宝，推动“零液体排放”和资源循环。

　　“我们希望能创造出有中国基因的膜理论、有中国标志的膜产品、有中国烙印的膜技术。”张林教授用团队的共同愿景结束了他的汇报，“我们不仅要让中国的膜技术造福中国人民，更要推动全球膜技术迈向新的高峰，为构建人类命运共同体贡献中国智慧和中国力量！”