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周志辉:二十年“膜”一剑

作者:程毓编辑:程毓发布时间:2024-04-08浏览次数:

记者 程毓

“我们又中了一个海外的标。”4月2日,在我校资源与环境工程学院的实验室里,周志辉教授开心地对团队师生说,今年投了8个标,这是中的第7个。

从研究膜分离技术,到研发膜产品,再到开发膜法循环系统……周志辉走过了20年。如今,他不仅把渗透气化膜带到全国各地,市场占有率达70%,还把膜送出了国门,走上惠及全球之路。

技术成功转化的背后,是他瞄准目标、持续攻关的不懈努力。而他所做的,都剑指一个梦想——节能减碳,让地球变得更美好。

薄的膜,不可小觑

走进周志辉的实验室,台面上放着多个金属盘。盘内十几个形似白色粉笔的管子惹人注目。管子表面附着他研制的渗透气化膜——膜的孔径为纳米级,肉眼看不到,用手摸不着。

“溶液通过这些膜,大的分子留下来,小的分子透过去,从而实现分离,使溶液纯化或浓缩。”周志辉介绍,膜分离技术是一项高效节能的新型分离技术,曾有专家指出,谁掌握了膜技术,就掌握了化学工业。

20年前,攻读硕士学位的周志辉跟随导师来到化工企业调研。在热气腾腾的生产车间里,数十个罐子正在做溶液分离。这种精馏分离在高温下进行,不仅能耗大、提纯度不高,而且污染环境,还存在易燃易爆的危险。

周志辉成为导师团队里第一个研究渗透气化膜的博士。他在实验室里做了大量的基础研究,发表了一系列论文,毕业后来到武科大工作。

是继续研究不起眼的膜,还是做高大上的其它工作?徘徊不定之时,武汉一家高科技溶剂提纯企业看到他的论文,慕名找来。根据企业需求,他用了半年时间研制出6平方米的膜。企业使用后,产品质量提升了,生产成本降低了,环境污染减少了,效果不错。

当时,正逢全国树立和践行“绿水青山就是金山银山”理念,这让他坚定了科研目标——专注地做绿色环保的膜分离技术。

然而,第一个大项目就让他历经坎坷。

武汉一家制药企业需要50平方米的膜和配套设备,一个月交货。周志辉找了一个合作伙伴负责研发设备,他自己负责研制膜。每天,他和团队只做得出1至2个平方米的膜。为了按期交货,他几乎不休不眠地做,眼睛都熬红了。

不料,企业使用后竟不断出问题。周志辉到现场查看,起初发现是膜和设备的接口密封不严。解决密封问题后,膜又经常断裂。他把断裂的膜拿回实验室检查,发现“不是膜的问题”。他又到现场,发现装溶液的罐子有铁锈。换了不锈钢的罐子后,总算膜的使用正常了。他每周跑这家企业,前后历时大半年,终于解决了所有问题。

通过这次的折腾,周志辉体会到,不仅要研发出好的膜,还要研制好的设备。他在网上查不到相关资料,于是,租了一个厂房,开始做产业研发。

膜用上去,碳减下来

为了做出配套的设备,周志辉自学机械、自动化等技术,一趟趟地跑企业,躬身向技术工人请教。画出图纸后,又到设备厂和师傅沟通,反复调整参数。第一个设备花费半年才做出来。他先自己学会操作,然后手把手地教工人们使用,再放心交给企业。

实验室做出来的膜管,长度一般在10至12厘米,只有一支粉笔大小,分离的效果很好。而企业连续生产需要的膜管,长度至少要80厘米,甚至更长。怎么保证膜孔的均匀分布和连续致密?

膜的厚度,只有头发丝的200分之一。膜的孔径,都是纳米级的。比如,酒精里的乙醇分子直径是0.42纳米,其它分子的直径是0.5纳米,膜的孔径要在0.42至0.5纳米之间。而这样的孔径,要放大30万倍才看得到。膜的研发难度可想而知。

经过反复的设计和实验,他们研发出一系列新技术,实现了膜的低碳合成和稳定连续生产。在实验室测试——酒精被膜拦截,杂质透过膜后被气化,分离出高纯度的酒精,“整个工艺过程节能安全、循环净化”。

然而,实验室培育的是“温室花朵”,工业化因为环境复杂,需要的是“郊外野草”。怎样让膜和设备耐酸碱、强吸附?周志辉带着团队深入企业,收集现场的各种影响因素,回到实验室不断调整设计和参数。

历经10多年的研发,他们终于攻克了一系列难题,实现了工业化应用,成为国内最早将渗透气化膜推向工业化的“先行者”。

一家企业算了算,使用渗透气化膜后,运行成本节省至少80%,最快2个月收回成本,最慢半年收回成本,还实现了“膜用上去,碳减下来”的效果。2019年,周志辉牵头的膜项目获得湖北省科技进步一等奖.

怎样让更多的企业应用这项技术?不同行业、不同企业对膜孔和设备的要求不一样,不同地域、不同老板的打交道方式也不一样。周志辉的经验是:“从品质入手,企业要求80分,我们至少做到90分。”

凭借过硬的实力和良好的信誉,他们一步步打开湖北市场。荆州、宜昌、襄阳、十堰……湖北各地先后有60多家企业成为他们的“客户”。

2020年,国家明确提出“双碳”目标。周志辉加大市场推广力度,2023年产品畅销我国90%以上的省份,被中国石化、浙江联盛等300多家企业使用,销售量全国第一。

中国膜”,走向世界

膜的应用非常广泛,日常生活中90%以上的用品都要用到。比如纯净水,要去除杂质;酒精,提高乙醇浓度;药品,筛选需要的化合物;芯片,提炼高纯度的溶液……使用膜分离技术和膜法循环设备,不仅精准地分离出有用的液体,还回收废水废气循环利用,实现近“零”排放。

“膜应用越多,碳排放就越少。”周志辉一边研究适用更多场景的膜,一边推动膜的产业化,努力让更多企业应用这项新技术。

他痴迷于膜。今年2月的一天,他看到一篇新发表的论文,马上发在团队的微信群里。过了一会,他突然想起来,今天是大年三十,赶紧补发了一段祝语。团队师生早已习以为常,“周老师只要看到有关膜的新技术、新设备,就会转发到群里”。

“生活中,他有时糊涂。”团队的范先媛老师讲他的趣事,周老师总不记得带钥匙,也经常不记得钥匙放哪了,好几次看到他被关在实验室外面,站在走廊走来走去地琢磨事,等着人来开门。

周志辉介绍,目前,膜技术的推广应用还很不充分,市场上90%以上的分离处理还在用精馏分离,“用膜是高耗能走向节能的重要一步,将有助于推动化工、医药、电子、新能源等行业转型升级”。他预言,膜的用处会越来越多,膜分离市场将越来越大。

去年,他按照“研发一代、生产一代、储备一代”的思路,把团队师生分成3组,把研发目标瞄向“混合膜”——一种用于任何溶液分离的膜。

周志辉经常对师生们说“搞快一点”。凭借一系列关键技术的创新,他带领团队相继建成600多套渗透汽化膜成套设备,单台设备每年可以处理十多万吨溶剂。近两年,他们为企业新增经济效益10.88亿元,减少二氧化碳排放22.1万吨。

2023年,周志辉牵头的膜项目再次获得湖北省科技进步一等奖,并收到来自美国和印度等国家的企业订单。

一片薄薄的“中国膜”,由此走出国门、走向世界。


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