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　　2024年太原能源低碳發(fā)展論壇上，由太原理工大學(xué)膜科學(xué)技術(shù)團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的中空纖維氣體分離膜材料和膜組件受到關(guān)注。

　　基于國(guó)家能源安全和能源清潔高效利用的現(xiàn)實(shí)需求，氣體膜分離技術(shù)廣泛應(yīng)用于富氫、碳捕集、天然氣提氦和揮發(fā)性有機(jī)物治理等領(lǐng)域，已經(jīng)成為新能源開發(fā)、環(huán)境保護(hù)、資源回收等領(lǐng)域共性關(guān)鍵技術(shù)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的重要共性支撐，對(duì)提升我國(guó)戰(zhàn)略資源儲(chǔ)備，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)具有重要意義。然而，受原材料和膜制備工藝限制，我國(guó)氣體分離膜長(zhǎng)期被國(guó)外壟斷，存在巨大隱患。

　　太原理工大學(xué)膜科學(xué)技術(shù)團(tuán)隊(duì)依托該校國(guó)家“雙一流”建設(shè)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)科和省部共建煤基能源清潔高效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的先進(jìn)科研平臺(tái)，突破國(guó)外對(duì)氣體分離膜原材料、膜絲生產(chǎn)工藝、膜組件裝配的技術(shù)壁壘，自主研發(fā)出具有特殊橋聯(lián)結(jié)構(gòu)的聚酰亞胺類高分子膜材料，在國(guó)內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)氣體分離膜材料量化生產(chǎn)和工業(yè)應(yīng)用，解決了氦氣等特殊氣體高效分離的關(guān)鍵技術(shù)難題，有效填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代，為我國(guó)能源氣體脫碳、天然氣提氦等提供了“膜”法解決方案。

　　打破國(guó)外壟斷攻克氣體分離膜關(guān)鍵核心技術(shù)

　　在太原理工大學(xué)膜科學(xué)與技術(shù)研究中心實(shí)驗(yàn)室里，工作人員李師傅依照既定配方將狀如亂麻的白色、黃色膜材料放入紡絲機(jī)，經(jīng)混溶擠壓加工后，生產(chǎn)出如龍須面般細(xì)膩修長(zhǎng)的膜絲。這些外直徑約為0.3毫米的中空纖維膜絲將被裝入不同規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)化膜組件，應(yīng)用于各種氣體分離和提純場(chǎng)景。

　　“通俗來講，氣體膜分離技術(shù)的作用就是‘過濾’，即以膜兩側(cè)氣體的壓力差為推動(dòng)力，利用混合氣中不同氣體在膜中滲透速率不同，從而達(dá)到氣體分離目的。”該校膜科學(xué)技術(shù)團(tuán)隊(duì)技術(shù)負(fù)責(zé)人廖家友介紹，氣體膜分離技術(shù)是一種成本低、能耗少、綠色無污染的新型高效氣體分離技術(shù)。長(zhǎng)期以來，該技術(shù)主要被國(guó)外少數(shù)幾家企業(yè)壟斷，導(dǎo)致我國(guó)天然氣提氦、大規(guī)模能源氣體凈化等都受制于人。

　　膜材料是氣體膜分離技術(shù)的核心。為了打破國(guó)外壟斷，膜科學(xué)技術(shù)團(tuán)隊(duì)從膜材料出發(fā)，突破了高分子膜材料批量化生產(chǎn)壁壘，開發(fā)出高性能膜材料。同時(shí)采用表面偏析技術(shù)，并借鑒碳纖維生產(chǎn)工藝，自主設(shè)計(jì)紡絲配方，實(shí)現(xiàn)了超細(xì)中空纖維膜連續(xù)紡絲生產(chǎn)。該成果被授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利6項(xiàng)、實(shí)用新型專利12項(xiàng)。

　　“實(shí)現(xiàn)氣體分離膜材料批量生產(chǎn)并非易事，僅是克服膜材料大規(guī)模制備過程中的凝膠現(xiàn)象就困難重重。”提及艱難攻關(guān)過程，團(tuán)隊(duì)成員高成云博士至今記憶猶新：氣體分離膜材料批量合成過程中，溶液極易暴聚形成固態(tài)凝膠，導(dǎo)致整鍋料被毀。團(tuán)隊(duì)成員不厭其煩調(diào)配方、做實(shí)驗(yàn)，歷經(jīng)無數(shù)次失敗，終于設(shè)計(jì)出特殊的分子橋聯(lián)結(jié)構(gòu)膜材料，破解了這一難題。

　　有了科研成果的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，在投資伙伴和學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)支持下，團(tuán)隊(duì)2018年成立山西格瑞思科技有限公司，將實(shí)驗(yàn)室成果逐步中試放大；2020年在山東省臨沂市投資1.2億元建立生產(chǎn)基地——山東匯海膜材料科技有限公司，在全國(guó)率先實(shí)現(xiàn)中空纖維氣體分離膜量產(chǎn)和工業(yè)化應(yīng)用，填補(bǔ)了中空纖維氣體分離膜國(guó)產(chǎn)化批量生產(chǎn)空白。2023年，團(tuán)隊(duì)與山東匯海膜材料科技有限公司、四川星秦能源科技有限責(zé)任公司共建膜科學(xué)與技術(shù)研究中心，開啟了產(chǎn)學(xué)研用全產(chǎn)業(yè)鏈一體化發(fā)展之路。

　　“新型科技產(chǎn)品推廣應(yīng)用難度很大，特別是許多企業(yè)都不敢第一個(gè)吃螃蟹，不敢嘗試新技術(shù)?！弊窇泟?chuàng)業(yè)之初，團(tuán)隊(duì)成員馬紀(jì)偉博士感慨萬千，“成果轉(zhuǎn)化需要大量資金投入，更需要企業(yè)家用發(fā)展的眼光看問題。希望政策能夠發(fā)揮更大引導(dǎo)作用，讓新產(chǎn)品在替代進(jìn)口產(chǎn)品和替代傳統(tǒng)技術(shù)過程中得到更多機(jī)會(huì)?！?/p>

　　實(shí)現(xiàn)進(jìn)口替代神奇“膜”法應(yīng)用場(chǎng)景廣闊

　　二氧化碳分離膜、氦氣分離膜、氫氣膜、富氧膜、甲烷氮?dú)夥蛛x膜、揮發(fā)性有機(jī)物分離膜、脫濕膜……走進(jìn)山東匯海膜材料科技有限公司展廳，仿佛走進(jìn)一座膜材料博物館。

　　從2020年創(chuàng)建至今，公司已建成現(xiàn)代化生產(chǎn)車間1萬余平方米，裝配投產(chǎn)5條高速多噴頭自動(dòng)化生產(chǎn)線，可年產(chǎn)中空纖維膜約100萬平方米。提及企業(yè)發(fā)展，公司董事長(zhǎng)謝忠寶表示：“我們已經(jīng)形成膜材料—膜組件—膜應(yīng)用設(shè)備為一體的全產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)服務(wù)體系，可為石油、天然氣、煤焦、鋼鐵、水泥、熱電、農(nóng)產(chǎn)品保鮮倉(cāng)儲(chǔ)及物流運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)提供二氧化碳捕集、硫化氫脫除、氦氣提取、氮?dú)獗Ｗo(hù)、揮發(fā)性有機(jī)物治理等分離系統(tǒng)及技術(shù)支撐?！?/p>

　　“氣體膜分離是碳減排的重要手段之一。在我國(guó)實(shí)現(xiàn)‘雙碳’目標(biāo)關(guān)鍵時(shí)期，團(tuán)隊(duì)研發(fā)的二氧化碳分離膜將為我國(guó)低成本二氧化碳分離捕集提供有力工具。”團(tuán)隊(duì)成員孟現(xiàn)潔博士解釋，二氧化碳排放加劇溫室效應(yīng)，對(duì)全球生態(tài)環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重威脅，但二氧化碳也并非一無是處，它也是重要的碳資源。將天然氣、油田伴生氣、沼氣、煙道氣等體系中的二氧化碳分離捕集，再加以合理開發(fā)利用，如制備成甲醇、甲酸或用作植物氣肥、海上驅(qū)油氣等，是將其轉(zhuǎn)化為能源和產(chǎn)品的重要途徑。