中國(guó)工程院院士高從堦50余年研究海水淡化——
創(chuàng)新“膜”法，向海洋要淡水(講述·一輩子一件事)
人物小傳
高從堦，1942年生，山東青島人，中國(guó)工程院院士、浙江工業(yè)大學(xué)膜分離與水處理協(xié)同創(chuàng)新中心主任。長(zhǎng)期從事海水綜合利用及膜分離領(lǐng)域的研究與開發(fā)工作，是我國(guó)膜分離技術(shù)領(lǐng)域的著名專家和反滲透膜工程技術(shù)領(lǐng)域的開拓者之一。曾兩次獲得國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，獲得何梁何利科技進(jìn)步獎(jiǎng)、浙江省科技重大貢獻(xiàn)獎(jiǎng)、10多項(xiàng)省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)。
翻開中國(guó)海水淡化技術(shù)的發(fā)展史，高從堦的名字位列其中。在國(guó)內(nèi)最先籌建“中空纖維反滲透膜”的研制項(xiàng)目整套設(shè)施，促使國(guó)外相關(guān)產(chǎn)品降價(jià)30%；建成國(guó)內(nèi)首條反滲透復(fù)合膜生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)反滲透膜國(guó)產(chǎn)化，打破國(guó)外壟斷；成功研制海水淡化工程應(yīng)用的反滲透組件，解決海島居民飲用水難題……如今，耄耋之年的高從堦仍活躍在膜技術(shù)研發(fā)的第一線。
迎難而上，“從0到1”攻克海水淡化難題
高從堦與膜技術(shù)故事的開端，要追溯到上世紀(jì)60年代。那個(gè)時(shí)候，為解決沿海地區(qū)水資源短缺問題，我國(guó)開始在海水淡化領(lǐng)域進(jìn)行探索。
早期，海水淡化主要采用蒸餾法，但成本很高，不具備推廣價(jià)值。1967年，國(guó)家海洋局受原國(guó)家科委委托，組織全國(guó)范圍內(nèi)的科研力量，在北京、青島和上海三地開啟海水淡化研究。剛畢業(yè)兩年、就職于國(guó)家海洋局第一海洋研究所的高從堦，被抽調(diào)到青島，參與反滲透膜的研究與開發(fā)。
“為找到項(xiàng)目所需的高壓泵，我們跑了全國(guó)很多工廠，最后是在上海的一家小型泵廠找到能用得上的型號(hào)?！备邚膱昊貞洠?dāng)時(shí)物資匱乏，試驗(yàn)樣機(jī)也是東拼西湊而來。比如，試驗(yàn)所用的聚氯乙烯燒結(jié)多孔板、用環(huán)氧樹脂和玻璃纖維壓制出的承壓板等器材，都是實(shí)驗(yàn)室人員自己動(dòng)手制作的。
可喜的是，僅耗時(shí)一年多，科研團(tuán)隊(duì)便成功研制出醋酸纖維不對(duì)稱反滲透膜，脫鹽率可達(dá)96%以上，實(shí)現(xiàn)我國(guó)海水淡化反滲透膜從無到有的跨越。
后來，我國(guó)第一個(gè)海水淡化研究室在浙江杭州組建。高從堦從青島來到杭州，繼續(xù)從事海水淡化相關(guān)研究。
1974年，高從堦被推薦為“中空纖維反滲透膜和組器研究”課題的負(fù)責(zé)人。“當(dāng)時(shí)我?guī)ьI(lǐng)只有3個(gè)人的課題組，因陋就簡(jiǎn)地建起中空纖維抽絲實(shí)驗(yàn)室?！备邚膱暾f，他們決定開展三醋酸纖維素(CTA)中空纖維形成的熱致相分離研究，這在我國(guó)尚屬首次。
這一干就是9年?！拔覀兛朔Y料少、原材料和設(shè)備短缺等困難，逐步籌建了從小試、中試到批量制備的整套設(shè)施。”高從堦回憶，通過一次次試驗(yàn)和測(cè)試，就在1983年，CTA中空纖維反滲透膜及組器研制相關(guān)成果通過了國(guó)家海洋局和浙江省科委聯(lián)合組織的鑒定。該項(xiàng)成果具有操作壓力低、透水量大等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛地應(yīng)用于純水制備和苦咸水淡化，售價(jià)僅為國(guó)外相似產(chǎn)品的1/3左右，此后迫使國(guó)外企業(yè)將同類產(chǎn)品價(jià)格降低30%到50%。
1990年，高從堦團(tuán)隊(duì)成功解決了大型中鹽度苦咸水脫鹽組件的制膜技術(shù)和粘結(jié)密封等重要關(guān)鍵技術(shù)。1997年，在浙江舟山嵊山島建成我國(guó)第一個(gè)自主設(shè)計(jì)制造的500噸/日反滲透海水淡化項(xiàng)目。2000年，我國(guó)第一座1000噸/日海水淡化設(shè)備研制成功并投入使用……“向海洋要淡水”從理論變成現(xiàn)實(shí)。
不斷攀登，見證中國(guó)膜分離產(chǎn)業(yè)從無到有、從有到優(yōu)的發(fā)展歷程
高從堦大學(xué)時(shí)主修的外語是俄語，僅在最后一個(gè)學(xué)年聽過英語課，這樣的英語基礎(chǔ)不足以閱讀英文文獻(xiàn)。為了更好地參與科研，高從堦暗下決心要提高英語水平。
1972年，他花了近一個(gè)月的工資，買了一臺(tái)收音機(jī)用來學(xué)習(xí)英語。經(jīng)過一段時(shí)間努力，他可以準(zhǔn)確高效地閱讀英文文獻(xiàn)。然而，他并不滿足，又學(xué)習(xí)了日語。經(jīng)他翻譯的多篇日本反滲透膜研究領(lǐng)域的第一手資料，為我國(guó)的膜技術(shù)研究提供了有價(jià)值的前沿信息。
1982年2月，高從堦參與了一次為期2年的出國(guó)學(xué)習(xí)。在此期間，他與導(dǎo)師一起，在國(guó)際上首次采用離子交聯(lián)復(fù)合法、功能團(tuán)等當(dāng)量反應(yīng)法和孔徑熱保護(hù)法制備多種復(fù)合膜，最終發(fā)表兩篇有關(guān)荷電膜研究的科研論文。
高從堦回國(guó)后，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研制出國(guó)內(nèi)第一張芳香族聚酰胺反滲透復(fù)合膜，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白；在國(guó)內(nèi)最先建成芳香族聚酰胺反滲透復(fù)合膜生產(chǎn)線，初步實(shí)現(xiàn)反滲透復(fù)合膜的產(chǎn)業(yè)化；在國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)活性染料脫鹽純化提級(jí)的工業(yè)應(yīng)用……
當(dāng)被問及如何做科研，高從堦告訴年輕人：“做科研不能只知埋頭苦干，更要學(xué)會(huì)抬頭看世界前沿?！?/p>
他講起自己早年的經(jīng)歷，“1974年，我開始帶團(tuán)隊(duì)獨(dú)立做科研項(xiàng)目，那時(shí)候沒經(jīng)驗(yàn)，找到一個(gè)方向就悶頭往前沖，但研究了近一年，便決定放棄?！痹蚴桥c國(guó)內(nèi)其他研究團(tuán)隊(duì)“撞題”。
“相同的科研項(xiàng)目，別的團(tuán)隊(duì)有三四十名科研人員參與，我們只是幾個(gè)人的小團(tuán)隊(duì)，強(qiáng)行推動(dòng)項(xiàng)目，是對(duì)科研資源的浪費(fèi)?！备邚膱贽D(zhuǎn)換賽道，轉(zhuǎn)而開展CTA相關(guān)研究。這次的及時(shí)轉(zhuǎn)型，推動(dòng)我國(guó)在上世紀(jì)80年代擁有了自主研發(fā)、自主設(shè)計(jì)、自主生產(chǎn)的中空纖維反滲透膜。
50余年的科研生涯，高從堦見證了中國(guó)膜分離產(chǎn)業(yè)從無到有、從有到優(yōu)的發(fā)展歷程。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2023年，中國(guó)膜企業(yè)總數(shù)達(dá)2000多家，膜工業(yè)總產(chǎn)值約4384億元，占全球膜工業(yè)總產(chǎn)值的30%左右。在大規(guī)模應(yīng)用方面，我國(guó)的膜分離技術(shù)基本達(dá)到世界先進(jìn)水平，是全球最大的分離膜生產(chǎn)國(guó)之一。
堅(jiān)守一線，不斷推動(dòng)膜技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景拓展
在浙江工業(yè)大學(xué)莫干山校區(qū)，高從堦團(tuán)隊(duì)成員、浙江工業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)師徐燕青正在開展耐溶劑納濾膜的工業(yè)化放大實(shí)驗(yàn)。年逾八十的高從堦觀看片刻后，指著已經(jīng)頗具規(guī)模的長(zhǎng)卷膜材料給出建議：“膜材料的工業(yè)化放大應(yīng)用，除了膜材料本身的耐溶劑特性，還要考慮其他組件和粘膠的耐溶劑特性，這是一項(xiàng)系統(tǒng)性工程?！?/p>
在高從堦等專家的指導(dǎo)下，浙江工業(yè)大學(xué)憑借“新型膜法水處理關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目獲得2023年度國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。該新型膜法處理技術(shù)，取得了海水淡化、超純水制備、醫(yī)藥純化、核沾染水處理等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)突破。
令高從堦的學(xué)生周勇敬佩的是，高從堦現(xiàn)在仍堅(jiān)持每天閱讀膜技術(shù)領(lǐng)域最新外文文獻(xiàn)，遇到有啟發(fā)意義的，他會(huì)寫上自己的思考后分享給大家，為科研工作打開新視野。
雖然科研工作非常忙碌，每逢接到高校講座或?qū)W術(shù)研討的邀請(qǐng)，高從堦都欣然前往，“如果我們這一輩人的經(jīng)驗(yàn)?zāi)芙o予青年一些啟發(fā)，那再好不過了。”
“潔凈廠房用的空氣凈化器、醫(yī)院用的血液透析儀、太陽能面板等產(chǎn)品都有膜技術(shù)應(yīng)用?！备邚膱杲榻B，社會(huì)的進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都需要膜技術(shù)，除了廣泛用于海水和苦咸水淡化、飲用水凈化的液體分離膜外，還有氣體分離膜、特種分離膜、新能源膜和醫(yī)用膜等種類，現(xiàn)已基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，并應(yīng)用于各行各業(yè)。
隨著膜技術(shù)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用不斷拓展，未來科研人員大有可為。高從堦期待更多的科研人員勇于嘗試、不斷探索，共同推動(dòng)中國(guó)膜技術(shù)繼續(xù)取得新突破。
本報(bào)記者 顧 春 《人民日?qǐng)?bào)》(2025年04月03日 第 06 版)