甲醇是生產新能源汽車鋰電池電解液碳酸二甲酯的主要原料，但甲醇跟其他物質反應后，會形成碳酸二甲酯和甲醇共沸混合物。從共沸混合物中提取碳酸二甲酯，通常采用變壓精餾工藝。
最近，南京工業大學化工學院教授金萬勤團隊開發出一種新型有機—無機復合膜材料，采用新型膜分離工藝，提出一種有機共沸混合物分離的新策略。
“與變壓精餾工藝相比，這種新工藝分離1噸碳酸二甲酯的蒸汽消耗將從8噸降至4噸。”金萬勤說。
這一新工藝正是基于金萬勤團隊主持完成的“氣體凈化膜材料的創制及應用”項目研發的最新技術。經過多年積累，項目成果在中石化、中鹽集團等企業的200余項工程中應用，取得了一定的經濟效益和社會效益。
研發“有機—無機復合膜”
金萬勤介紹，石化、制藥領域的工業廢氣成分復雜，其中含氯有機揮發物、超細分以及含油氣體治理難度極大。傳統氣體凈化技術如旋風、靜電和布袋除塵等，往往存在處理效率低、運行不穩定、資源回收利用率不高等問題。
“相較于傳統氣體凈化技術，膜技術具有效率高、能耗低等特點。應用膜技術對工業廢氣進行處理，有望實現廢氣達標排放和資源回用。”金萬勤說。
膜技術用于氣體凈化優點顯著，但目前不少氣體凈化膜材料存在分離性能低、規模制備難度大、運行不穩定等問題，很難應對工業煙氣單位時間排放體積大、過濾推動力小等復雜工況。
對此，團隊聚焦工業化廢氣凈化與回收面臨的共性問題，針對氣體凈化膜技術的瓶頸問題，開展了系統深入的研究。
金萬勤介紹，現有的膜材料通常是有機—有機復合膜，這種膜在有機溶劑等苛刻環境中極易發生溶脹。這會導致膜孔道結構被破壞失去分離選擇性，使性能不穩定。
于是，團隊另辟蹊徑，提出了“有機—無機復合膜”。在反復試驗中，團隊通過構建聚合物分離層和陶瓷支撐層，制備出低成本、高穩定性的聚合物—陶瓷復合膜。
為何要讓兩種材料復合疊加？金萬勤介紹，這樣做能更好地發揮兩種材料的優勢。他們通過將剛性無機支撐體與有機膜層復合，構筑了受限溶脹界面的新結構，成功突破膜通量和選擇性相互制約的限制，解決了有機膜層在有機溶劑中因溶脹帶來的不穩定性。
“這種膜的研制難點就在于如何解決無機層與有機層間的界面結合問題，其中涉及如何控制膜層厚度、支撐體的粗糙度、高分子溶液的黏度、孔滲控制，以及在放大制備過程如何保證膜層完整性。這些都需要團隊一次次反復試驗優化?！苯鹑f勤說。
金萬勤帶領團隊圍繞現有膜材料難以滿足復雜化工煙氣超低排放與回收利用需求的難題進行了一系列攻關。他們克服了現有膜材料有機溶劑不耐受的難題，打破了傳統膜滲透性和選擇性難以兼具的瓶頸，實現了兩者的同步提升；開發出國際首創有機—無機復合膜和雙疏膜產品，顯著提高膜的抗污染性能和長期服役性能；提出了國際首創的防靜電導流網技術，創制了本質安全型膜組件，從根本上解決了裝備防靜電防爆問題，保障了百余項工程的安全運行。
突破規?；苽淦款i
在實驗室里實現的理論突破能否轉化為產品，是團隊面臨的又一個挑戰。在南京工業大學材料化學工程實驗室，金萬勤展示了一種膜層厚度不超過5微米的氣體凈化膜。他對記者感慨道，他帶領團隊攻克了氣體凈化膜技術的一系列規?；苽潆y題，又用了10年時間，讓氣體凈化膜材料從實驗室走向中試。
針對工業煙氣中油性氣溶膠易吸附在濾材表面形成污染層、影響膜結構和透氣性能的難題，團隊又提出了表面疏水疏油改性的熱輔助原位功能化方法，實現了對膜界面結合性與表面浸潤性的有序調控，創制了雙疏型氣體凈化膜材料，顯著提高了膜的抗污染性能和長期服役性能。
“較之國際先進技術，氣體凈化膜產品透氣速率提高30%以上，機械性能提高198%，對0.3微米超細粉塵去除率遠超國際標準，達到99.99%以上。”談及雙疏膜，項目第二完成人、南京工業大學教授仲兆祥介紹，煙氣中油性氣溶膠等污染物在雙疏膜表面吸附作用力小，污染層在重力和反吹等外力的作用下極易脫離膜表面，從而具有自清潔效果。這為解決膜材料在高黏高濕體系中的應用提供了新的解決途徑，膜穩定運行壽命也延長了3倍以上。
金萬勤介紹，目前氣體凈化膜技術在200余項工程中應用，遍及25個?。▍^、市），率先實現了膜技術在含氯氣體、含油煙塵處理等領域的規?；瘧茫塾嬏幚砉I氣體超過3000億立方米，新增高附加值粉體和有機溶劑回收價值超10億元，產生了廣泛的經濟效益和社會效益。
“一張膜無法解決所有氣體凈化問題。利用膜技術更高效地進行氣體凈化是我們科研工作的更高目標?！苯鹑f勤說，下一步，團隊將繼續在提高氣體凈化膜材料分離性能及應用性上下苦功。“我們將在有機—無機復合膜的基礎上，進一步創新研發一種新型混合基質膜，希望未來一到兩年里實現規?；苽??！彼f。
