應(yīng)用為“坐標(biāo)”堅(jiān)持前沿探索的青年“膜術(shù)師”
——記中山大學(xué)“百人計(jì)劃”學(xué)者楊皓程副教授

1994年北美膜學(xué)會(huì)時(shí)任會(huì)長訪問中國時(shí)曾說過：“誰掌握了膜技術(shù)，誰就掌握了化學(xué)工業(yè)的未來?！睍r(shí)至今日，中國已成為膜技術(shù)推廣應(yīng)用大國，卻還不是膜開發(fā)強(qiáng)國，實(shí)現(xiàn)從膜應(yīng)用大國向膜技術(shù)強(qiáng)國轉(zhuǎn)變尚需各方包括科研工作者的共同努力。

“90后”青年學(xué)者楊皓程博士，正是這支隊(duì)伍中的一員。

結(jié)緣膜技術(shù)

膜技術(shù)可在溫和、低成本條件下實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分離，已成為當(dāng)代解決人類面臨的能源、水資源、環(huán)境等領(lǐng)域重大問題和支持傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級(jí)的共性技術(shù)。多年來，作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，在國家大力支持、市場需求激增的大背景下，我國膜工業(yè)發(fā)展迅速，目前已成為世界膜技術(shù)發(fā)展最活躍、膜工業(yè)增長最快、膜應(yīng)用市場最大的地區(qū)之一。

28歲的楊皓程本科畢業(yè)于浙江大學(xué)，2012年保送讀博，由此開始從事聚合物分離膜的表界面工程研究。2015年底作為訪問學(xué)生，赴澳大利亞新南威爾士大學(xué)化工學(xué)院交流學(xué)習(xí)約半年時(shí)間。2017年獲得博士學(xué)位后，赴美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室從事博士后研究，并于2018年獲得該實(shí)驗(yàn)室杰出博士后研究獎(jiǎng)。今年9月，作為“百人計(jì)劃”青年學(xué)術(shù)骨干，被引進(jìn)至中山大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院，任副教授。

取得多項(xiàng)前沿創(chuàng)新成果

楊皓程副教授在第十屆亞太膜會(huì)議分會(huì)上做報(bào)告

投身我國膜技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展以來，楊皓程立足實(shí)際問題，堅(jiān)持前沿探索，為中國膜技術(shù)發(fā)展做出了自己的貢獻(xiàn)。

他發(fā)展了多巴胺輔助共沉積技術(shù)，促進(jìn)貽貝仿生化學(xué)在分離膜表界面工程上的應(yīng)用，開發(fā)出一系列高性能膜材料。

分離膜是現(xiàn)代化工過程的核心部分，不僅可用于污水處理、海水淡化等過程，還可作為膜接觸器或膜反應(yīng)器應(yīng)用于化工反應(yīng)過程。而膜作為一種多孔的高比表面積的材料，在應(yīng)用過程中直接與料液接觸，其表界面性質(zhì)對膜性能的影響至關(guān)重要。

貽貝仿生表面化學(xué)是以多巴胺為主的一類生物分子，在溫和條件下對材料表面進(jìn)行修飾的化學(xué)過程。具有反應(yīng)條件溫和、適用范圍廣泛、后功能化多樣等諸多優(yōu)點(diǎn)。但與此同時(shí)，沉積時(shí)間冗長、涂層均勻性欠缺、酸堿穩(wěn)定性差，成為阻礙多巴胺沉積技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用的主要瓶頸。楊皓程開展科研工作伊始，貽貝仿生化學(xué)剛被學(xué)術(shù)界所關(guān)注。為了克服其缺陷，讀博期間，他首次引入第二組分聚乙烯亞胺，利用共沉積策略對技術(shù)進(jìn)行了改良，結(jié)果沉積時(shí)間明顯縮短，其親水性與穩(wěn)定性等也都有顯著提高，由此拓展了貽貝仿生化學(xué)在分離膜表界面工程上的應(yīng)用。

之后，楊皓程以此為基礎(chǔ)，發(fā)展了一系列親水改性膜、有機(jī)—無機(jī)復(fù)合膜、納濾膜等高性能膜材料。

他還進(jìn)一步發(fā)展了仿生礦化法在有機(jī)—無機(jī)復(fù)合膜制備過程中的應(yīng)用，提出普適仿生礦化模型，并將其應(yīng)用于油水分離膜的制備中。

有機(jī)—無機(jī)復(fù)合膜是同時(shí)結(jié)合有機(jī)材料與無機(jī)材料兩者優(yōu)點(diǎn)而發(fā)展起來的一類新型膜材料，但由于有機(jī)材料與無機(jī)材料間的界面相容性較差，往往又限制了這類膜材料的制備。為此，楊皓程所在課題組首次嘗試用模仿自然界生物礦化過程的仿生礦化法來對膜表面進(jìn)行溫和的無機(jī)物復(fù)合，效果顯著。楊皓程在這項(xiàng)工作中的貢獻(xiàn)在于進(jìn)一步發(fā)展了這一過程的普適原則，極大降低了實(shí)驗(yàn)操作難度，拓寬了適用的礦物種類，從而推進(jìn)了其由理論實(shí)驗(yàn)向?qū)嶋H應(yīng)用轉(zhuǎn)變的進(jìn)程?！拔覀兺瑫r(shí)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)仿生礦化法處理后的這類高表面礦物覆蓋率的膜，在油水分離，特別是較難處理的原油分離中表現(xiàn)出了極大的潛力?！?/p>

在此基礎(chǔ)上，楊皓程利用原子層沉積技術(shù)研究不同氧化物包覆的聚合物膜的抗原油污染能力，為油田廢水及海上油污的膜法處理提供了理論基礎(chǔ)。

此外，他發(fā)明了氣—液界面輔助的Janus膜制備技術(shù)，并首次將其應(yīng)用于超細(xì)鼓泡、膜乳化等領(lǐng)域，推動(dòng)Janus膜由理論研究走向?qū)嶋H應(yīng)用。

Janus膜是指兩面具有不同甚至相反性質(zhì)的膜材料，這類膜具有特殊的傳遞現(xiàn)象，并且在涉及兩項(xiàng)界面的過程中表現(xiàn)出比均質(zhì)膜更好的性能。這一概念自2010年首次被提出以來，受到世界廣泛關(guān)注，只是其研究一直停留在理論層面。楊皓程研究發(fā)明了氣—液界面輔助的Janus膜制備技術(shù)，推動(dòng)Janus膜的實(shí)際應(yīng)用，并論證了它的性能優(yōu)勢及背后的機(jī)理。他們還提出Janus膜的一些新應(yīng)用，如用于超細(xì)鼓泡、膜乳化過程，這使得Janus膜在最近兩年得到極大關(guān)注和發(fā)展。

在讀博士與博士后的6年時(shí)間，楊皓程共發(fā)表SCI論文近50篇，其中3篇第一作者論文入選為ESI高被引論文。他還榮獲2015年浙江省化學(xué)會(huì)創(chuàng)新獎(jiǎng)，當(dāng)選為2017年浙江省優(yōu)秀畢業(yè)生、浙江大學(xué)優(yōu)秀畢業(yè)生。

楊皓程坦言，自己走上膜科學(xué)研究道路，需要感謝導(dǎo)師，中國膜科學(xué)領(lǐng)域著名學(xué)者徐志康教授?！拔业牟┦繉?dǎo)師對我的科研與人生道路產(chǎn)生了重大的影響。他在學(xué)術(shù)與做人方面的垂范和教誨都讓我受益匪淺?！?/p>

助力“海洋強(qiáng)國”建設(shè)

目前楊皓程正忙著籌建實(shí)驗(yàn)室。他表示，實(shí)驗(yàn)室未來的研究將集中在海洋防污材料表界面工程和海水淡化技術(shù)的優(yōu)化與開發(fā)兩個(gè)方面。

海洋中的微生物與動(dòng)植物在海洋設(shè)備表面黏附、繁殖形成的生物污垢，即海洋生物污染，它會(huì)給海洋運(yùn)輸與海洋勘探等產(chǎn)業(yè)帶來不利影響。楊皓程將與團(tuán)隊(duì)通過設(shè)計(jì)表面改性方法，對生物污染過程展開研究，繪制海洋防污材料構(gòu)建的“路線圖”，由此開發(fā)出具有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值的防污涂層。

膜技術(shù)在海水淡化中發(fā)揮重要作用。不過，用于海水預(yù)處理的膜組件本身也受到海洋生物污染的威脅。為此，楊皓程將嘗試為海水淡化膜系統(tǒng)“穿上”抗污染涂層。此外，他還將致力于更節(jié)能高效的海水淡化體系的設(shè)計(jì)，開發(fā)具有實(shí)用價(jià)值的光熱海水淡化設(shè)備。

海洋工程中的膜技術(shù)是當(dāng)前和未來國際競爭的一個(gè)焦點(diǎn)。接下來的日子里，楊皓程將與膜科學(xué)領(lǐng)域的同道一起努力，提升膜技術(shù)在我國海洋強(qiáng)國建設(shè)中的貢獻(xiàn)度。