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寧波材料所 札記首頁

我與材料所共成長

  2010年7月16日,我從國外歸來,正式加入寧波材料所,到今天剛好10年零5個月,這十年來,我們從0起步,一直堅持做一件事情,利用10年時間,聚焦膜技術的研究和產業化,不斷努力克服各種困難,逐步獲得了同行認可,打造了一支擁有20多名科研人員的團隊,我自己也剛好40歲,步入了不惑之年。在此分享這十年的感悟與收獲,希望對大家有所啟發。

  我與材料所

  十年間,我在寧波材料所一步一個腳印,從“春蕾”副研究員,逐步成長為了高分子與復合材料實驗室副主任、高分子第一黨支部支部書記、先進功能膜團隊負責人,這個過程用王國維概括人生三境界的三句話來形容很貼切。

  1.副研究員:昨夜西風凋碧樹。獨上高樓,望盡天涯路

  2010年,我剛剛回國,加入高分子事業部,當時加班很多,每天吃完晚飯就會繼續回到辦公室處理學生的論文、項目和團隊里的事務?!白蛞刮黠L凋碧樹。獨上高樓,望盡天涯路”,這句話很形象地描述了當時我加班后的狀態,雖然比較辛苦,但因為有機會嘗試很多之前沒有接觸過的事情,肩負更多的責任,多任務處理的能力獲得了很大的提升,所以很充實、很開心,也為日后的工作打下了堅實的基礎。

  2.成立獨立團隊:衣帶漸寬終不悔,為伊消得人憔悴

  2014年,由于所內的人事變動,我開始嘗試成立獨立的團隊。那段時間真是困難重重,可以說是近十年來壓力最大的一個階段,我沒有啟動經費,沒有實驗室,每天都在為團隊的生存發愁,一直在思索團隊未來的發展方向。團隊試運行期間,研究所、人力資源處、二級所都給予了我很大的支持。我還記得當時的辦公桌是二級所提供的,實驗室是方省眾老師提供的,研究經費只有青促會提供的20萬元,還有2位學生和2位員工,這就是當時所有的家底。但最終我還是度過了那個艱難的階段,“衣帶漸寬終不悔,為伊消得人憔悴”這句話很符合當時的心境。

  3.團隊負責人:眾里尋他千百度,驀然回首,那人卻在燈火闌珊處

  2015年1月1日,我們正式成立了團隊,團隊也慢慢度過了困難期,不用再為生存發愁,開始平穩快速地發展。也許每個團隊都會經歷最初的壓力與掙扎,現在回頭想想,那時的困難好像也沒那么可怕,倒是被壓力練就的我變得更加從容,雖然還在探索未來的路,但是心境已然更加平和。

  我和膜材料

  從碩士階段到現在,我一直在研究先進膜材料,這個方向國內研究的人比較多,既有學術界的科研機構,也有產業界的企業,如何在其中做出特色脫穎而出,是我在一直思考和努力的方向。因此,我們提出通過“化學協同相轉化”的思路實現微孔膜界面工程調控,最終突破了物理相轉化難以功能化的限制,也成為國內這方面從基礎研究到產業化做得最完備最出色的團隊。

  我與國家基金

  2007年至今,我一共申請到了6個國家基金項目,這些項目都和微孔膜相關。其實面上項目的申請難度還是比較高的,因此有自己的特色和創新點非常重要。我最早申請到的國家基金是2008年的青年基金項目“兩親性共聚物P(MMA-POEM)與PVDF共混膜的多層次結構控制與性能的研究”,這是我博士階段的工作?;氐讲牧纤?,2012年申請的面上項目“超臨界流體誘導相分離制備結晶型含氟聚合物微孔膜的機理研究及其微結構控制”是提出了一種新的方法,用超臨界的新手段制備含氟聚合物微孔膜,這個創新點幫我拿到了這個基金。2014年的面上項目“生物基聚合物中空纖維透析膜的梯度微結構調控及界面仿生中分子特異去除機理研究”是2013年開始著手準備的,由于含氟聚合物不容易降解,存在污染的問題,所以2013年我就開始嘗試研究生物基聚合物微孔膜,用在透析方面,申請這個項目之前,已經開展了1年多的基礎研究,也有一些相關的文章發表。

  2016年,我們對微孔膜的功能化進行了拓展,之前所有的膜都是基于物理的孔徑篩分機理,這次我們引入了化學反應的概念,膜本身就是一個微反應器,一些有機物的分子在通過膜的時候就能被降解掉。憑借這個創新點我們也比較順利地拿到了一個國家基金面上項目。同年,我們還申請到了基金委的香港聯合基金,也做出了一些成果。

  2018年,我們申報成功了“非對稱浸潤性微孔膜的非對稱滲透傳質行為及機制研究”項目,這個項目是基于2016年的項目“聚合物微孔膜限域界面微反應器的設計及其吸附促進催化、分離及主動抗污機理研究”的研究過程中產生的一個想法,后面繼續開展了深入研究,就有了這個項目。

  這些年來的基金申請看似順利,但其實也有很多次失敗的經歷,我的體會是,申請項目或者參加答辯,成功與否都很正常,堅持特色和創新之外,還要有一顆平常心。

  我與產業化

  我們團隊一直聚焦水處理所使用的膜材料的基礎研究及產業化,這是市政及工業領域廢水處理的核心技術,之前一直被美、日、德等國的公司壟斷,近十年國內相關技術和產品的市場份額在不斷提升,目前已經占到50%以上,但和傳統生化水處理相比,膜法水處理的投資成本過高,且由于膜污染的問題運行成本也相對較高,所以推廣率較低。這意味著我們還有很大的發展空間,我們在重點解決膜污染的問題。

  2011年,我們針對PVDF微孔膜發表一篇綜述,這篇綜述目前已經被引用了1600多次,在材料所內首屈一指,說明這篇文章在基礎研究和工業上都有實用的價值,這也是我選擇這種材料幸運的地方,可以圍繞它持續地開展研究。最初我們是針對疏水性的聚偏氟乙烯膜采用共混改性、表面涂覆和表面接枝的方法,但都不能提供長效穩定的改性效果,因此難以滿足生產及應用的實際需求。所以我們開始考慮用交聯的方式,但做起來也很困難,這是一個從非平衡態到平衡態,同時進行交聯的過程,如何把二者協同起來是很有難度的,所以我們發明了可控凝膠協同相轉化技術,制備高抗污中空纖維超濾膜,也就是在PVDF紡絲液中原位合成可交聯的硅烷基前驅體,控制其在相轉化過程中發生交聯,在紡絲前不交聯,在紡絲后發生交聯,實現成膜改性一體化。通過界面自遷移作用,實現膜表面及膜孔界面的親水凝膠富集,構筑超親水干膜,提高抗污性,通過共價鍵構筑的交聯凝膠網絡,提高親水抗污的穩定性和耐清洗特性,從根本上解決親水和親水穩定性的問題。我們團隊從膜材料到膜系統,再到工程應用,形成了全生命周期的研究過程,我們也在和企業合作,通過膜材料、膜系統和膜工藝的集成創新,實現了污廢水深度治理120萬噸/日,新增高品質回用水1.4億噸/年,占膜法水處理領域的10%-20%的份額,推動了膜技術在市政污水和工業廢水領域的大規模應用。

  工程應用方面,針對市政生活污水的高標排放,我們的膜處理技術應用于寧波和昆山黑臭水體和生活污水的治理,以及齊齊哈爾生活污水的治理,為大灣區、長三角、東三省地區的水生態安全提供了保障。針對高污染工業廢水的高效回收,我們的項目推廣應用于青海、內蒙古、新疆等地區的煤化工高污染工業廢水處理領域,實現了水回用75%以上,未來還有很大的發展空間。針對自來水廠超濾膜提標改造,我們的技術應用在了處理量達50萬噸/天的寧波桃源自來水廠,這也是全國最大的浸沒式超濾水廠,起到了很好的示范效應,我們的超親水PVDF中空纖維干膜在寧波大榭島的一個項目上替代了日本三菱麗陽的同類產品,吸引了三菱化學主動尋求代加工。

  最后分享《菜根譚》里的兩句話,和大家共勉。為人處世,“一苦一樂相磨練,練極而成福者,其福始久”,就是每個人都會經歷高峰和低谷,低谷的時候不要太消極,高峰的時候不要太得意,放平心態,事情才能做得長遠;為學做科研,“一疑一信相參勘,勘極而成知者,其知始真”,就是做科研要堅持自己的理解,敢于質疑,格物致知,才能取得更多的成就,探索到未知的奧秘。

 ?。ǜ鶕?020年12月16日青促會講壇報告內容整理

  報告人:高分子實驗室 劉富)

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