我與材料所共成長(zhǎng)
作者：高分子實(shí)驗(yàn)室 劉富，日期：2021-01-05
2010年7月16日，我從國(guó)外歸來(lái)，正式加入寧波材料所，到今天剛好10年零5個(gè)月，這十年來(lái)，我們從0起步，一直堅(jiān)持做一件事情，利用10年時(shí)間，聚焦膜技術(shù)的研究和產(chǎn)業(yè)化，不斷努力克服各種困難，逐步獲得了同行認(rèn)可，打造了一支擁有20多名科研人員的團(tuán)隊(duì)，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(duì)大家有所啟發(fā)。
我與材料所
十年間，我在寧波材料所一步一個(gè)腳印，從“春蕾”副研究員，逐步成長(zhǎng)為了高分子與復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)室副主任、高分子第一黨支部支部書(shū)記、先進(jìn)功能膜團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人，這個(gè)過(guò)程用王國(guó)維概括人生三境界的三句話(huà)來(lái)形容很貼切。
1.副研究員：昨夜西風(fēng)凋碧樹(shù)。獨(dú)上高樓，望盡天涯路
2010年，我剛剛回國(guó)，加入高分子事業(yè)部，當(dāng)時(shí)加班很多，每天吃完晚飯就會(huì)繼續(xù)回到辦公室處理學(xué)生的論文、項(xiàng)目和團(tuán)隊(duì)里的事務(wù)。“昨夜西風(fēng)凋碧樹(shù)。獨(dú)上高樓，望盡天涯路”，這句話(huà)很形象地描述了當(dāng)時(shí)我加班后的狀態(tài)，雖然比較辛苦，但因?yàn)橛袡C(jī)會(huì)嘗試很多之前沒(méi)有接觸過(guò)的事情，肩負(fù)更多的責(zé)任，多任務(wù)處理的能力獲得了很大的提升，所以很充實(shí)、很開(kāi)心，也為日后的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
2.成立獨(dú)立團(tuán)隊(duì)：衣帶漸寬終不悔，為伊消得人憔悴
2014年，由于所內(nèi)的人事變動(dòng)，我開(kāi)始嘗試成立獨(dú)立的團(tuán)隊(duì)。那段時(shí)間真是困難重重，可以說(shuō)是近十年來(lái)壓力最大的一個(gè)階段，我沒(méi)有啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)，沒(méi)有實(shí)驗(yàn)室，每天都在為團(tuán)隊(duì)的生存發(fā)愁，一直在思索團(tuán)隊(duì)未來(lái)的發(fā)展方向。團(tuán)隊(duì)試運(yùn)行期間，研究所、人力資源處、二級(jí)所都給予了我很大的支持。我還記得當(dāng)時(shí)的辦公桌是二級(jí)所提供的，實(shí)驗(yàn)室是方省眾老師提供的，研究經(jīng)費(fèi)只有青促會(huì)提供的20萬(wàn)元，還有2位學(xué)生和2位員工，這就是當(dāng)時(shí)所有的家底。但最終我還是度過(guò)了那個(gè)艱難的階段，“衣帶漸寬終不悔，為伊消得人憔悴”這句話(huà)很符合當(dāng)時(shí)的心境。
3.團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)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(tuán)隊(duì)，團(tuán)隊(duì)也慢慢度過(guò)了困難期，不用再為生存發(fā)愁，開(kāi)始平穩(wěn)快速地發(fā)展。也許每個(gè)團(tuán)隊(duì)都會(huì)經(jīng)歷最初的壓力與掙扎，現(xiàn)在回頭想想，那時(shí)的困難好像也沒(méi)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(lái)的路，但是心境已然更加平和。
我和膜材料
從碩士階段到現(xiàn)在，我一直在研究先進(jìn)膜材料，這個(gè)方向國(guó)內(nèi)研究的人比較多，既有學(xué)術(shù)界的科研機(jī)構(gòu)，也有產(chǎn)業(yè)界的企業(yè)，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(guò)“化學(xué)協(xié)同相轉(zhuǎn)化”的思路實(shí)現(xiàn)微孔膜界面工程調(diào)控，最終突破了物理相轉(zhuǎn)化難以功能化的限制，也成為國(guó)內(nèi)這方面從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)化做得最完備最出色的團(tuán)隊(duì)。
我與國(guó)家基金
2007年至今，我一共申請(qǐng)到了6個(gè)國(guó)家基金項(xiàng)目，這些項(xiàng)目都和微孔膜相關(guān)。其實(shí)面上項(xiàng)目的申請(qǐng)難度還是比較高的，因此有自己的特色和創(chuàng)新點(diǎn)非常重要。我最早申請(qǐng)到的國(guó)家基金是2008年的青年基金項(xiàng)目“兩親性共聚物P(MMA-POEM)與PVDF共混膜的多層次結(jié)構(gòu)控制與性能的研究”，這是我博士階段的工作。回到材料所之后，2012年申請(qǐng)的面上項(xiàng)目“超臨界流體誘導(dǎo)相分離制備結(jié)晶型含氟聚合物微孔膜的機(jī)理研究及其微結(jié)構(gòu)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(gè)創(chuàng)新點(diǎn)幫我拿到了這個(gè)基金。2014年的面上項(xiàng)目“生物基聚合物中空纖維透析膜的梯度微結(jié)構(gòu)調(diào)控及界面仿生中分子特異去除機(jī)理研究”是2013年開(kāi)始著手準(zhǔn)備的，由于含氟聚合物不容易降解，存在污染的問(wèn)題，所以2013年我就開(kāi)始嘗試研究生物基聚合物微孔膜，用在透析方面，申請(qǐng)這個(gè)項(xiàng)目之前，已經(jīng)開(kāi)展了1年多的基礎(chǔ)研究，也有一些相關(guān)的文章發(fā)表。
2016年，我們對(duì)微孔膜的功能化進(jìn)行了拓展，之前所有的膜都是基于物理的孔徑篩分機(jī)理，這次我們引入了化學(xué)反應(yīng)的概念，膜本身就是一個(gè)微反應(yīng)器，一些有機(jī)物的分子在通過(guò)膜的時(shí)候就能被降解掉。憑借這個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)我們也比較順利地拿到了一個(gè)國(guó)家基金面上項(xiàng)目。同年，我們還申請(qǐng)到了基金委的香港聯(lián)合基金，也做出了一些成果。
2018年，我們申報(bào)成功了“非對(duì)稱(chēng)浸潤(rùn)性微孔膜的非對(duì)稱(chēng)滲透?jìng)髻|(zhì)行為及機(jī)制研究”項(xiàng)目，這個(gè)項(xiàng)目是基于2016年的項(xiàng)目“聚合物微孔膜限域界面微反應(yīng)器的設(shè)計(jì)及其吸附促進(jìn)催化、分離及主動(dòng)抗污機(jī)理研究”的研究過(guò)程中產(chǎn)生的一個(gè)想法，后面繼續(xù)開(kāi)展了深入研究，就有了這個(gè)項(xiàng)目。
這些年來(lái)的基金申請(qǐng)看似順利，但其實(shí)也有很多次失敗的經(jīng)歷，我的體會(huì)是，申請(qǐng)項(xiàng)目或者參加答辯，成功與否都很正常，堅(jiān)持特色和創(chuàng)新之外，還要有一顆平常心。
我與產(chǎn)業(yè)化
我們團(tuán)隊(duì)一直聚焦水處理所使用的膜材料的基礎(chǔ)研究及產(chǎn)業(yè)化，這是市政及工業(yè)領(lǐng)域廢水處理的核心技術(shù)，之前一直被美、日、德等國(guó)的公司壟斷，近十年國(guó)內(nèi)相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品的市場(chǎng)份額在不斷提升，目前已經(jīng)占到50%以上，但和傳統(tǒng)生化水處理相比，膜法水處理的投資成本過(guò)高，且由于膜污染的問(wèn)題運(yùn)行成本也相對(duì)較高，所以推廣率較低。這意味著我們還有很大的發(fā)展空間，我們?cè)谥攸c(diǎn)解決膜污染的問(wèn)題。
2011年，我們針對(duì)PVDF微孔膜發(fā)表一篇綜述，這篇綜述目前已經(jīng)被引用了1600多次，在材料所內(nèi)首屈一指，說(shuō)明這篇文章在基礎(chǔ)研究和工業(yè)上都有實(shí)用的價(jià)值，這也是我選擇這種材料幸運(yùn)的地方，可以圍繞它持續(xù)地開(kāi)展研究。最初我們是針對(duì)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(zhǎng)效穩(wěn)定的改性效果，因此難以滿(mǎn)足生產(chǎn)及應(yīng)用的實(shí)際需求。所以我們開(kāi)始考慮用交聯(lián)的方式，但做起來(lái)也很困難，這是一個(gè)從非平衡態(tài)到平衡態(tài)，同時(shí)進(jìn)行交聯(lián)的過(guò)程，如何把二者協(xié)同起來(lái)是很有難度的，所以我們發(fā)明了可控凝膠協(xié)同相轉(zhuǎn)化技術(shù)，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(lián)的硅烷基前驅(qū)體，控制其在相轉(zhuǎn)化過(guò)程中發(fā)生交聯(lián)，在紡絲前不交聯(lián)，在紡絲后發(fā)生交聯(lián)，實(shí)現(xiàn)成膜改性一體化。通過(guò)界面自遷移作用，實(shí)現(xiàn)膜表面及膜孔界面的親水凝膠富集，構(gòu)筑超親水干膜，提高抗污性，通過(guò)共價(jià)鍵構(gòu)筑的交聯(lián)凝膠網(wǎng)絡(luò)，提高親水抗污的穩(wěn)定性和耐清洗特性，從根本上解決親水和親水穩(wěn)定性的問(wèn)題。我們團(tuán)隊(duì)從膜材料到膜系統(tǒng)，再到工程應(yīng)用，形成了全生命周期的研究過(guò)程，我們也在和企業(yè)合作，通過(guò)膜材料、膜系統(tǒng)和膜工藝的集成創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)了污廢水深度治理120萬(wàn)噸/日，新增高品質(zhì)回用水1.4億噸/年，占膜法水處理領(lǐng)域的10%-20%的份額，推動(dòng)了膜技術(shù)在市政污水和工業(yè)廢水領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。
工程應(yīng)用方面，針對(duì)市政生活污水的高標(biāo)排放，我們的膜處理技術(shù)應(yīng)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(qū)、長(zhǎng)三角、東三省地區(qū)的水生態(tài)安全提供了保障。針對(duì)高污染工業(yè)廢水的高效回收，我們的項(xiàng)目推廣應(yīng)用于青海、內(nèi)蒙古、新疆等地區(qū)的煤化工高污染工業(yè)廢水處理領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了水回用75%以上，未來(lái)還有很大的發(fā)展空間。針對(duì)自來(lái)水廠超濾膜提標(biāo)改造，我們的技術(shù)應(yīng)用在了處理量達(dá)50萬(wàn)噸/天的寧波桃源自來(lái)水廠，這也是全國(guó)最大的浸沒(méi)式超濾水廠，起到了很好的示范效應(yīng)，我們的超親水PVDF中空纖維干膜在寧波大榭島的一個(gè)項(xiàng)目上替代了日本三菱麗陽(yáng)的同類(lèi)產(chǎn)品，吸引了三菱化學(xué)主動(dòng)尋求代加工。
最后分享《菜根譚》里的兩句話(huà)，和大家共勉。為人處世，“一苦一樂(lè)相磨練，練極而成福者，其福始久”，就是每個(gè)人都會(huì)經(jīng)歷高峰和低谷，低谷的時(shí)候不要太消極，高峰的時(shí)候不要太得意，放平心態(tài)，事情才能做得長(zhǎng)遠(yuǎn)；為學(xué)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(jiān)持自己的理解，敢于質(zhì)疑，格物致知，才能取得更多的成就，探索到未知的奧秘。
?。ǜ鶕?jù)2020年12月16日青促會(huì)講壇報(bào)告內(nèi)容整理
報(bào)告人：高分子實(shí)驗(yàn)室 劉富）
