周志辉：用“膜”推动化工行业绿色化、产业化

导语：走出实验室大门，天色将晚。由于疫情，这个漫长的寒假，武汉科技大学资环学院的周志辉选择“泡”在实验室里，“集中这几个月做以实验为基础的研究”。 前不久获知，他牵头的项目《渗透气化分子筛膜成套设备关键技术及有机溶剂脱水应用》，获得湖北省2019年

    走出实验室大门，天色将晚。由于疫情，这个漫长的寒假，武汉科技大学资环学院的周志辉选择“泡”在实验室里，“集中这几个月做以实验为基础的研究”。 

　　前不久获知，他牵头的项目《渗透气化分子筛膜成套设备关键技术及有机溶剂脱水应用》，获得湖北省2019年度科学技术进步奖一等奖。 

　　周志辉是武科大资环学院副教授，主要从事无机渗透气化膜制备和工业化工艺优化研究。 

　　跬步不休，将工艺流程化繁为简  

　　有机溶剂是石油化工、精细化工、医药化工、电子和新能源领域中必不可少的，而有机溶剂的脱水，特别是微量的水脱除，是一项极具挑战性的工作。传统有机溶剂脱水主要采用精馏或吸附，但这一过程存在操作工艺复杂、能耗高、易产生二次污染等问题，其分离成本往往占生产过程中原材料成本的百分之四十到六十。 

　　“如何对分离过程进行简化？”周志辉提出，利用渗透气化分子筛膜实现分离功能的构想。 

　　渗透汽化，是膜分离的一种。渗透汽化的主要原理，一是利用被分离物质和膜孔径的不同直径进行分子大小筛分；二是利用亲水性膜用来脱水。 

　　以白酒为例，乙醇分子直径约0.42nm，水分子直径在0.26~0.296nm之间，研究出的分子膜的孔径约0.41nm。水分子直径较小能透过分子筛膜，乙醇分子直径较大则被截留住。因此，通过分子筛膜的“筛分”可以很容易地将乙醇和水完全分开，得到无水溶剂，从而简化复杂操作。 

　　“读书的时候，要得到蒸馏水需要先蒸馏再冷凝，现在通过膜去实现，无需加高温、回流，只需要一个泵。”周志辉回忆学生时代的实验操作，强调分子筛膜远远不止工艺流程化繁为简这一个优点。 

　　前几日，他在实验室做异丙醇和氢氧化钾反应实验，正常水平需要十几个小时得到全部产物异丙醇钾，使用分子筛膜后，仅用两个半小时就能完成。除减少反应时间外，所有膜分离都是单元操作，中间过程不需要反应，大大降低了反应能耗。“分离是大能耗过程，如果用膜则可能降低百分之五十的能耗。”同时，用膜是高耗能走向节能的重要一步，减少温室气体排放，有助于化工行业朝绿色化、精细化发展。 

　　从2003年读硕士时，出于爱做实验选择了膜领域课题，到如今成为全国第一个以无机渗透汽化膜项目获省级科技进步一等奖的研究成果，周志辉在膜领域的科研之路上已走了17年。他并未自满，反而更加谦虚，时常提醒自己“仍有不足”。 

　　谈起项目的有待改进之处，他说：“膜领域可探索的方向太多了，值得做精做广。”如酯化反应，反应过程中能把水拿走，反应转化率和收率就将大大提高。目前，项目组的研发重点是开发耐酸性的膜材料，不局限于分子筛膜，已取得了一些显著的研究成果。 

　　做纯水、精细化分离、水中脱溶剂……周志辉依旧致力于把气化分子筛膜耦合到其他分离过程中去，形成过程中的一个单元操作。他大胆预言：“膜的用处只会越来越多，膜分离市场将会越来越大。”   

　　从无到有，实现科研成果产业化   

　　周志辉做了十年的技术负责人，在这十年来，从实验室制备到工业化生产，最难的还是工业化。 

　　膜领域是典型的新材料方向研究领域，渗透汽化更是新中之新。工业化三步走——把膜材料按照工艺流程做成设备，设备投入到实际工程应用上，市场推广和安装调试，步步不易，因为一切要从空白开始。 

　　靠自己，是最初将研究成果投入工业化过程的常态。“很多东西是全新的，第一个实验装置花费半年才做出来，没有图纸可以参考，只能自己琢磨。”为了做出理想中的实验设备，周志辉拿着图纸亲自跑去工厂，和师傅反复沟通、调整。设备造好后，为求精确的实验操作，他必须保证操作易懂上手快，最先自己做一遍示范，然后手把手带着工人们做，熟练后再放心交给他们做。 

　　除实验设备外，生产一线上怎么保证放大过程中，膜还是连续致密的，怎么保证反应温度和压力跟实验室操作一致，怎么让设备更好地去除干扰条件？这都是周志辉和团队一直思考的问题。他们根据现场环境的复杂体系，不断调整实验方案，解决过程中暴露出的问题。 

　　一次，水热反应釜的条件使膜管合成的稳定性面临重大挑战。因为从膜管生产的角度，在实验室水热反应合成分子筛膜，膜管的长度一般在10cm、12cm，这个的重复性很容易实现，而要工业化应用，膜管的长度就至少要在80cm，甚至更长。 

　　团队成员吴红丹说，功夫不负有心人，经过多次设计实验，我们最终用热浸渍预涂技术实现了膜合成的连续工业化生产，大大提高了膜的生产效率及稳定性。 

　　项目组自2011年起就一直专注于无机分子筛渗透汽化膜及组件的研发工作。历时两三年技术成熟，历时十余年攻克一系列的难关，最终实现了工业化应用，成为国内最早将无机渗透汽化膜推向工业化的团队。 

　　如今，凭借无机渗透气化膜分离领域一系列关键技术的创新，项目组在海内外相继建成136套渗透气化分子筛膜成套设备，膜系统处理量单台设备可以做到处理十多万吨溶剂。 

　　周志辉认为，科研的使命之一就是工程化，把科研项目转化成生产力，实现产业化让更多的企业受益，间接地为整个社会节能减排，正如习近平总书记说的，把论文写在祖国的大地上。