我国在膜技术领域已经实现了多项创新，成为全球膜产业规模和市场规模最大的国家之一，但仍有很多膜技术应用领域的“膜”咒尚未打破。加快新型膜材料的开发是当前膜科学领域的研究难点和前沿问题，也是加快形成膜产业新质生产力的关键。11月22日召开的2024水业可持续发展大会上，多位专家介绍了当前膜技术创新研发的重点领域。

　　中国膜工业协会理事长郑根江指出，膜技术是当前公认的最先进的分离技术之一。多年来，我国膜技术及产业取得了快速发展，初步形成了膜与膜材料、膜装备、膜工程、膜配套设备和膜系统运维协同发展的产业链条。据不完全统计，截至2023年年底，我国涉膜企业达2500多家，实现膜工业总产值4384亿元，连续多年保持12%的增长率，总产值约占全球总产量的30%。目前，中国已成为全球膜产业规模和市场规模最大的国家之一。

　　中国工程院院士侯立安表示，我国高度重视膜技术发展，长期将膜产业写入国家战略。目前，我国膜产业已经初步形成完备的工业体系，并逐步融入全球市场，进入规范、有序、快速发展的阶段。

　　“膜技术的成熟与发展，为我国水资源开发利用、新能源等战略性新兴产业提供了产业支撑，特别在水处理领域发挥着越来越重要的作用。截至2024年，我国已建海水淡化工程150多个，产水规模235.7万吨/日；已建规模型各类膜法工业废水资源化工程700多个，年处理能力达75亿立方米；各类膜法工业用水净化工程上万个，净水能力达200多亿立方米。膜技术已成为我国水处理的主流技术和水业发展的重要支撑。”郑根江介绍说。

　　在理论研究层面，我国科学家将“图灵理论”引入到聚酰胺分离膜形成过程的机理阐释，提出利用单体扩散行为精准调控脱盐纳微结构的新路径；开展鱼类表面抗黏附特性仿生研究，发现局部荷电平衡自由水合现象，提出膜表面荷电平衡抗污染机制。

　　在技术应用领域，我国企业携先进技术进入半导体超纯水制备赛道，目前已成为全球第三家、国内唯一的芯片制造用超纯水分离膜供应方；浙江舟山已建成国内单机规模最大海水淡化工程。

　　据杭州水处理首席顾问杨波介绍，国内石化行业最大的膜法海水淡化工程——浙江某膜法海水淡化项目，整体产水量达日产25万吨，已于2021年5月全面建成投入运行，整体工艺由海水一级预处理、海水二级预处理、海水反渗透淡化系统、淡水反渗透系统以及配套辅助系统组成。系统中的V型滤池、卧式机械过滤器、海水淡化单机规模都创造了国内之最。该项目是“十三五”国家重点研发计划项目“面向规模化应用的膜法海水淡化关键技术及装备开发与示范”的示范工程，最终系统吨水成本接近3元，制水能耗和成本同比下降10%以上。

　　“但我们也不得不承认，我国膜技术发展到现在还有很多‘膜’咒尚未打破。”侯立安院士介绍说，在膜形成及服役过程机理方面，膜构效关系的传统认知有限，难以突破选择性和渗透性的博弈效益，易消耗大量能源；在应用环境方面，水处理工艺的水质较为复杂，传统膜材料无法有效解决极端环境中的过滤技术难题，高端水处理膜可控制备难，多领域应用因此遭遇发展瓶颈；在使用寿命方面，长期使用不但会缩短膜的使用寿命，影响膜的分离性能，而且易发生浓差极化和膜污染，增加运行成本。此外，膜系统还存在减污降碳协同发展矛盾、分离过程伴生固废处置等问题。

　　侯立安院士表示，开发材料用料少、选择性高、透过性好、耐污染性强的新型膜材料是当前膜科学领域的研究难点和前沿问题，也是加快形成膜业新质生产力的关键。

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　　当前，科学界正在研究的新型膜材料包括金属有机共价框架材料、有机共价框架材料、石墨烯、碳纳米管、分子筛和类水滑石等。“当然，除新型膜材料的开发外，新型成膜机理和分离机制也要同步进行研发。”侯立安院士强调。

　　具体看来，含纳米颗粒的混合基质膜、有机共价框架膜、吸附分离膜等新型分离膜能够构建含纳米通道的超薄分离层，展现出远超传统聚合物膜对新污染物的分离性能。碳纳米管、活性炭等碳纳米材料可以活化过硫酸盐，选择性降解新污染，提高对污染物的去除效率。这些纳米功能材料在膜分离、高级氧化、吸附等去除技术中的应用，能够实现对水中新污染物的高效去除，提升去除工艺的运行时间。

　　在增强膜抗污染能力上，从膜污染机理角度着手的两性离子耐污染反渗透膜，可以减弱膜与污染物间的相互作用。这种膜以超支化聚乙酰亚胺与丙烯酸为原料构建两性离子结构，对于带正负电荷的污染物表现出优异的耐污染性能，结构层含有自由水合层也提高了膜通量和截留率。从杀菌抑菌角度入手的新型群体感应抑制剂抗生物污染改性膜，则通过添加群体感应抑制剂来阻断细菌之间的自诱导，从而控制生物絮凝，具有高效、低毒、降低菌体耐药性的特点，可降低膜表面微生物增殖和代谢组分。

　　郑根江表示，我国膜产业正处在向高质量发展迈进的关键时期，绿色化、低碳化、智能化是发展趋势，信息技术、生物技术、材料技术以及先进制造技术等跨学科交叉、融合也将是未来的发展方向。

　　侯立安院士认为，针对高渗透性反渗透膜技术的应用限制，需要重新设计模组件，但膜材料各种各样，制膜研究的成本也有限。基于不同建模方法的膜材料性能预测辅以人工智能寻优算法，有望成为识别具有潜力膜材料的有效方式。此外，在重视新型膜技术应用的同时，也要加强浓缩水的处理，还要重视回用或绿色化处置废弃膜组件，防止二次污染。

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