澎湃新聞·澎湃號3月22日訊：多年來，從走出國門踏入美國佐治亞理工學院，到加入法國科技公司，而后輾轉至美國勞倫斯伯克利國家實驗室，馬滄?？蒲袌髧某跣膹奈锤淖??！皩W成歸國”的家國情懷一直伴隨他，用以激勵自我，勇攀高峰。

把成果寫在祖國大地上

2020年3月，再次踏上祖國土地那一刻，馬滄海心中涌起陣陣波瀾。闊別故土十余載，其間雖有回國交流研討、探望家人的時刻，但沒有一次比這一刻更令人激動。以前，為了學習先進技術、吸取國外成功經驗、提高自身專業能力，他不得不頻頻踏上海外漂泊之旅。如今學有所成，成功入選國家級青年人才計劃，他終于能夠扎下根來，著手實現自己的理想——把成果寫在祖國大地上。

馬滄?；貒倪@一年也是意義重大的一年。2020年9月22日，中國在第75屆聯合國大會上正式提出2030年實現“碳達峰”、2060年實現“碳中和”的“雙碳”目標。

節能降碳，科技先行。從源頭替代、過程削減、末端捕集等方面綜合尋找科技創新的新方向，成了科技工作者和社會企業的共同發力點。對于長期從事膜分離技術及應用研究的馬滄海來說，這是最好的時候。

膜分離技術是利用具有特殊選擇分離性的高分子等材料作為分離元件，在一定的驅動力作用下，使雙元或多元組分因透過膜的速率不同而達到分離或特定組分富集的目的。

通俗來講，這項技術的作用就是“過濾”。好比日常生活中過濾豆漿，高分子膜材料制成的膜相當于豆漿機中的濾網，可以將豆漿與豆漿渣這樣的不同物質分離。但膜分離技術可比普通濾網強大得多，它具有無相變、能耗低、常溫運行、占地面積小、操作簡便、易于自動化、極其適合處理熱敏物質等優點，在化工、環保、生物工程、醫藥、食品等行業均有廣泛的應用。生活中常用的凈水器、鋰離子電池隔膜、口罩、果汁等產品就應用到了這項分離技術。不過，這項技術當前最重要的應用方向之一還是氣體分離，包括制氮、富氧、提氫、脫碳、有機蒸汽回收等。而馬滄海專攻的，正是碳捕集方向的膜分離技術。

膜分離法依靠二氧化碳混合氣體中不同氣體在分離膜兩側的溶解度或擴散率的差異分離出二氧化碳。目前，基于膜技術的氣體分離主要依賴于具有可定制氣體傳輸特性的合成聚合物材料。超滲透性和選擇性聚合物膜成為工業應用中實現氣體產品理想回收率和純度的關鍵因素，在合成氨工業氫氣回收、石化含烴尾氣處理等多種系統中均已有成功應用案例。

但近年來，隨著氣體膜分離應用要求的提高和應用環境的日趨復雜，傳統膜材料因氣體滲透性能和選擇性能的羅伯遜（Robeson）上限、老化和塑化等問題，已經不能滿足日益增長的工業需求。提高聚合物膜的氣體分離性能、開發新型膜材料并完成從實驗室制造到工業應用的轉變，是氣體膜分離技術推廣應用的當務之急，也是馬滄海當前科研工作的重點。

2021年，馬滄海依托大連理工大學平臺，聯合其他多個院校的合作者提出了通過熱交聯“縮小孔徑分布和增強分子篩分性能”這一新策略，解決了當前膜氣體分離性能不足的關鍵挑戰，并在此基礎上開發了一種通過PIM-BM/TB的多共價交聯來設計微孔聚合物共混膜的方法。在300℃下熱處理5小時的實驗中，具有可定制孔隙率的交聯PIM-BM/TB分子篩膜顯示出813.6的超高氫氣-甲烷選擇性，同時保持358Barrer的氫氣滲透性。更重要的是，這種交聯膜在分離包括氫氣-甲烷、氫氣-氮氣、氧氮在內的多種混合氣體的表現上，均大大超過了當前常規聚合物膜的性能上限，這項成果被國際著名學術期刊《自然》（Nature）子刊接受發表。

著眼應用，從源頭上進行基礎研究創新工作，尋找氣體分離膜的改進方法和新材料的制備手段，是馬滄海實現夢想的第一塊重要拼圖。而聚焦前沿，把握行業未來發展新趨勢，深耕新型分離膜材料的同時積極布局高端分離膜制備及產業化，在馬滄?？磥硗瑯又匾?。

立足國情探索科研新方向

中空纖維膜是功能纖維材料與分離膜技術交叉形成的新型膜產品，是分離膜領域中發展最快、規模最大、產值最高的一類新型膜技術產品。與卷式膜等其他類型分離膜相比，中空纖維膜具備耐壓性能好、無需支撐體、在膜組件內裝填密度大、單位體積膜面積大、通量大等優勢。就目前而言，我國雖然在反滲透、超濾和微濾等膜材料、組件及裝置方面已經建立了較為完備的研發與產業體系，具有較強的國際影響力和競爭力，但膜科學基礎及應用研究與國際頂尖水平仍有差距，高精度、高性能、特種分離膜產品與國際一流產品相比仍有較大差距，龐大的高端膜市場仍被國外企業壟斷。面對發達國家對高端技術的封鎖局面，推動我國中空纖維膜技術和產業創新發展的需求日趨緊迫。

早在2008年，馬滄海就在世界頂級氣體分離膜研究團隊——威廉·科羅斯（William Koros）院士課題組開始從事中空纖維膜的制備和工業應用研究工作。博士畢業前夕，馬滄海因過硬的專業實力和出色的表現被聘為法國液化空氣集團（Air Liquide）研發科學家。這是一家成立于1902年的老牌化工企業，一個多世紀以來始終堅守在氣體分離與制備的科學疆域，在氣體膜分離技術成果轉化方面積累了豐富的經驗。本著深入了解實踐需求、學習產業化經驗、提升自我專業技能的想法，馬滄海在這里一待就是5年，其間主要負責的便是中空纖維膜的制備及其放大化研究。

當前制備中空纖維膜的材料主要包括高分子和無機材料，高分子膜占據主要氣體膜分離市場，但是存在羅伯遜（Robeson）上限問題。采用無機炭材料制作氣體分離膜，具有“外柔內剛”的特性，密度比傳統氧化鋁膜輕，并兼有耐腐蝕、耐疲勞、高性能等優勢。馬滄海指出：“按照未來發展趨勢，用戶對膜使用條件的要求必然越來越高，如耐高溫、耐有機溶劑、耐酸、耐堿等，其中有些要求是高分子膜材料無法滿足的。相對的，炭中空纖維膜材料和結構特點決定了它能夠滿足這些苛刻條件?！?/p>

然而，制備炭中空纖維膜并不是一件容易的事情，僅僅是完成中空纖維原絲的預炭化這一步驟就困難重重：預炭化過程中易發生纖維粘連和糾纏，這不僅損傷纖維表面，而且會阻礙預炭化過程中反應熱的釋放，造成過熱和纖維斷裂。預炭化過程中，對氧氣濃度、加熱速率、炭化溫度和炭化時間的要求極其嚴苛，炭化溫度越高，氣體篩分性能越好，但是會降低其機械性能，炭化溫度直接影響炭中空纖維膜的力學性能和氣體分離性能。

國外長期從事中空纖維膜開發的企業眾多，而且早在20世紀70年代就開始了研究，在成果轉化方面具有先天優勢。而我國中空纖維膜的研發依然以高等院校、科研院所為主，大體仍處于基礎研究階段；基礎研發與產業需求往往脫節，成果轉移和轉化存在障礙。在我國亟須實現“雙碳”目標的重大背景下，面對社會日益增長的節能減排要求，如何制備性能滿足實際分離應用需求的中空纖維膜，從而大幅降低分離過程的能耗及碳排放，仍是當前膜領域面臨的重大難題……這樣的局面讓馬滄海備感憂慮，只是他深知：國外的中空纖維膜制備技術已經遙遙領先，其經驗只能借鑒，不能照搬，一切還要立足于我國實際情況，以發展的眼光看待問題，爭取彎道超車，早日成為世界膜強國。當前，如何最大限度地發揮中空纖維膜的性能、如何制造配套膜組件、采用何種組裝方式才使其具備產業化優勢……這些問題的答案，馬滄海仍在探索。

盡管前路漫漫，但和其他千千萬萬的中國夢建設者一樣，馬滄海對我國高端膜分離技術和產業的未來充滿了信心。在他看來，哪怕只是滄海一粟，只要能為這一領域向前邁進做出不懈努力，為我國實現“雙碳”目標添磚加瓦，他的年華就不算虛度，他的人生便稱得上精彩。