如何攻克工业废气净化效率低和难以回收等方面的关键难题，用新技术新材料打赢打好“蓝天保卫战”？近日，刚刚获得2023年度国家科学技术进步奖二等奖的南京工业大学化工学院教授金万勤接受记者采访时说，“发展高效节能的气体净化与回收技术，是当前大气污染治理亟待解决的关键问题，也是我们科技工作者必须肩负起的责任。”

近年来，金万勤带领团队，围绕现有膜材料难以满足复杂化工烟气超低排放与回收利用需求的难题进行攻关，主持完成“气体净化膜材料的创制及应用”项目，开发了国际首创有机-无机复合膜和双疏膜产品，解决了膜难以放大制备和稳定差的国际难题。

经过多年积累，项目成果在中石化、恒逸石化、中盐集团等企业实现200余套工程应用，取得了一定的经济效益和社会效益。

创新研制“有机-无机复合膜”新技术

金万勤介绍，石化、制药领域的工业废气成分复杂，其中含氯有机挥发物、超细分以及含油气体治理难度极大，现有技术如旋风、静电和布袋除尘等，往往存在处理效率低、运行不稳定、资源回收利用率不高等问题。

“相较于传统气体净化技术，膜技术具有效率高、能耗低等特点，同时有望实现达标排放和资源回用。”金万勤说。

然而，金万勤团队经过调研发现，目前不少气体净化膜材料存在分离性能低、规模制备难度大、运行不稳定等问题，很难应对工业烟气单位时间排放体积大、过滤推动力小等复杂工况。

对此，团队聚焦工业化废气净化与回收面临的共性问题，针对气体净化膜技术的瓶颈问题，开展了系统深入的研究。

金万勤表示，现有的膜材料通常是有机-有机复合膜，这种膜在有机溶剂等环境苛刻的工况下极易发生溶胀，导致膜孔道结构被破坏失去分离选择性，带来不稳定性能。

于是，团队另辟蹊径，提出了膜的新类型“有机-无机复合膜”。在反复的试验中，团队通过构建聚合物分离层和陶瓷支撑层，制备出低成本、高稳定性的聚合物/陶瓷复合膜。

为何要让两种材料复合叠加？金万勤介绍，这样做能更好地发挥两种材料的优势。他们通过设计刚性无机支撑体与有机膜层复合，构筑了受限溶胀界面的新结构，成功突破膜通量和选择性相互制约的限制，解决了有机膜层在有机溶剂中因溶胀带来的不稳定性。

“这种膜的研制难点就在于如何解决无机层与有机层间的界面结合问题，其中涉及如何控制膜层厚度、支撑体的粗糙度、高分子溶液的粘度、孔渗控制，以及在放大制备过程如何保证膜层完整性，这些都需要团队一次次反复试验优化。”金万勤说。

一心深耕图破壁，廿年磨剑展锋芒。如今，金万勤带领团队成功开发出了一系列高性能气体净化膜技术。他们克服了现有膜材料有机溶剂不耐受的难题，打破了传统膜渗透性和选择性难以兼具的瓶颈，实现了两者的同步提升；他们开发出国际首创有机-无机复合膜和双疏膜产品，显著提高膜的抗污染性能和长期服役性能；他们提出了国际首创的防静电导流网技术，创制了本质安全型膜组件，从根本上解决了装备防静电防爆问题，保障了百余套工程的安全运行。

突破规模化制备瓶颈实现“双效”

在实验室里实现的理论突破能否转化为产品，是团队面临的又一个挑战。在南京工业大学材料化学工程实验室，金万勤展示了一种膜层厚度不超过5微米的气体净化膜。他对记者感慨道，他带领团队攻克了气体净化膜技术的一系列规模化制备难题，用了十年时间，实现了气体净化膜材料从实验室走向中试。

针对工业烟气中油性气溶胶易在滤材表面吸附形成污染层，影响膜结构和透气性能的国际难题，团队又提出了表面疏水疏油改性的热辅助原位功能化方法，实现了对膜界面结合性与表面浸润性的有序调控，创制了双疏型气体净化膜材料，显著提高了膜的抗污染性能和长期服役性能。

“较之国际先进技术，气体净化膜产品透气速率提高30%以上，机械性能提高198%，对0.3微米超细粉尘去除率远超国际标准，达到了99.99%以上。”谈及双疏膜，获奖项目第二完成人仲兆祥教授介绍，烟气中油性气溶胶等污染物在双疏膜表面吸附作用力小，污染层在重力和反吹等外力的作用下极易脱离膜表面，从而具有自清洁效果。这为解决膜材料在高粘高湿体系中的应用提供了新的解决途径，膜稳定运行寿命也延长了3倍以上。

金万勤介绍，目前气体净化膜技术在200余套工程实现应用，遍及全国25个省市自治区，率先实现了膜技术在含氯气体、含油烟尘处理等领域的规模化应用，累计处理工业气体超过3000亿立方米，新增高附加值粉体和有机溶剂回收价值超10亿元，产生了广泛的经济效益和社会效益。

“一张膜无法解决所有问题，这也给我们科研工作提出了更高的要求。”金万勤说，下一步，团队将继续在提高气体净化膜材料分离性能及应用性上下苦功，“我们在有机-无机复合膜的基础上，将进一步创新研发一种新型的混合基质膜，希望在未来一到两年里实现规模化制备。”