膜分離技術(shù)，可以讓天更藍(lán)水更清

徐強(qiáng)

膜分離技術(shù)由于兼有分離、濃縮、純化和精制的功能，又有高效、節(jié)能、環(huán)保、易于控制等特征，目前已廣泛應(yīng)用于化工、環(huán)保、能源、水處理、碳捕集等領(lǐng)域，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，已成為當(dāng)今分離科學(xué)中最重要的手段之一。張亞濤則是這一新興科技領(lǐng)域的年輕學(xué)術(shù)帶頭人。

不懈追求 碩果累累

張亞濤于2009年9月獲浙江大學(xué)博士學(xué)位，隨后受聘到鄭州大學(xué)化工與能源學(xué)院任教至今，歷任講師、副教授、直聘教授。近幾年，主要圍繞有機(jī)/無機(jī)雜化膜制備及應(yīng)用展開研究，通過調(diào)控零維、一維、二維納米材料與高分子膜材料的微觀結(jié)構(gòu)，制備了具有持續(xù)抗菌性能的雜化超濾膜；用于分離染料和鹽的疏松納濾膜；高效捕集二氧化碳的氣體分離膜。研究結(jié)果為設(shè)計(jì)和構(gòu)建性能優(yōu)良穩(wěn)定的有機(jī)/無機(jī)雜化膜及高效可控的傳質(zhì)、分離過程提供了新的思路和方法，為開發(fā)具有不同用途的功能膜提供了重要理論依據(jù)。期間，張亞濤教授還受國家留學(xué)基金委資助，作為訪問學(xué)者（博士后）赴澳大利亞新南威爾士大學(xué)聯(lián)合國教科文組織膜科學(xué)與技術(shù)中心進(jìn)行了為期一年的合作研究。

由于長期扎根于膜分離領(lǐng)域一線研究，張亞濤教授取得了豐碩成果。目前，主持或完成國家自然科學(xué)基金2項(xiàng)、教育部博士點(diǎn)基金1項(xiàng)，河南省高?？萍紕?chuàng)新人才支持計(jì)劃1項(xiàng)，中國博士后基金面上資助和特別資助各1項(xiàng)。以第一/通訊作者在AIChE Journal、Journal of Materials Chemistry A、ACS Applied Materials and Interfaces、Journal of Membrane Science等期刊發(fā)表SCI論文50篇，他引超500次。獲河南省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)1項(xiàng)（排名第一）、教育部技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)1項(xiàng)（排名第三）、教育部自然科學(xué)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)（排名第四）、河南省高?？萍紕?chuàng)新人才（2016）、河南省教育廳學(xué)術(shù)技術(shù)帶頭人（2016）、浙江省優(yōu)秀博士論文（2011）。

開拓創(chuàng)新 勇攀高峰

近年來的研究工作主要圍繞有機(jī)/無機(jī)雜化材料及膜制備： （1）有機(jī)/無機(jī)納米復(fù)合凝膠固定化酶膜反應(yīng)器去除低濃度CO2的研究； （2）有機(jī)/無機(jī)雜化超濾膜、疏松納濾膜構(gòu)建及應(yīng)用。

（1）有機(jī)/無機(jī)納米復(fù)合凝膠固定化酶膜反應(yīng)器去除低濃度二氧化碳

在獲得納米凝膠固定化高活性碳酸酐酶的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種新型的兩通道交叉接觸式納米復(fù)合凝膠固定化酶膜反應(yīng)器，成功將納米復(fù)合凝膠固定化碳酸酐酶高效地結(jié)合到膜技術(shù)中，驗(yàn)證了該酶膜生物反應(yīng)器對(duì)于低濃度CO2良好的捕集性能和運(yùn)行穩(wěn)定性。在最佳操作條件下，該酶膜反應(yīng)器的CO2/N2、CO2/O2的選擇性分別為820、330，CO2滲透率為1.65×10-8mol/（m2·s·Pa），且該反應(yīng)器具有良好的穩(wěn)定性。同時(shí)，為了探明CO2在該酶膜反應(yīng)器中的促進(jìn)傳遞機(jī)理，通過對(duì)納米復(fù)合凝膠固定化酶膜反應(yīng)器促進(jìn)傳遞CO2的傳質(zhì)分析，建立了其傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)模型，得到了該酶膜反應(yīng)器中CO2的濃度分布。

（2）有機(jī)/無機(jī)雜化抗菌超濾膜、疏松納濾膜制備及應(yīng)用

將產(chǎn)于河南本土的埃洛石納米管用于抗菌超濾膜的制備，一方面為高效抗菌劑的制備提供了一種無機(jī)載體，同時(shí)為耐生物污染膜的制備提供了思路和方法；提出了將氧化石墨烯用于抗菌超濾膜的制備，為制備抗菌納濾膜、反滲透膜等提供了借鑒和思路。埃洛石納米管是一種天然的無機(jī)納米材料，兩端開口，具有優(yōu)良的親水性且易于改性，為獲得性能優(yōu)良的功能膜提供了保障；相對(duì)于零維、一維納米材料，二維的氧化石墨烯片層材料，在提高膜的機(jī)械性能方面更具優(yōu)勢(shì)，同時(shí)氧化石墨烯本身具有抗菌性能，無需再負(fù)載抗菌劑，膜的制備過程更簡便。

對(duì)染料純化、染料廢水的處理及回用均離不開對(duì)電解質(zhì)的去除，然而傳統(tǒng)納濾膜對(duì)于二價(jià)鹽的截留過高，難以有效實(shí)現(xiàn)染料和鹽的分離。針對(duì)上述問題，申請(qǐng)人采用共混法及原位合成法引入功能化的納米材料，通過相轉(zhuǎn)化法制備有機(jī)/無機(jī)雜化疏松納濾膜，旨在實(shí)現(xiàn)活性染料與電解質(zhì)的有效分離。該研究成果在鄭州鴻盛數(shù)碼科技股份有限公司得到初步應(yīng)用，用于噴墨印花染料的分離與純化，取得明顯效果。