探索“膜”法世界 筑梦科技强国 ——记大连理工大学化工学院贺高红教授

随着膜分离技术近20年来的飞速发展，其应用已从早期的脱盐、水处理，拓展到化工、石油、冶金、电子、能源、医药等工业领域的高效回收、超纯分离及绿色生产等领域;也成为氢能利用和能源储存等新兴技术的关键部件。膜分离技术是实现可持续发展的重要前沿技术，是21世纪最有发展前景的高新技术之一。

我国膜分离技术发展始于20世纪50年代，数十年来取得了长足的进步，离不开一大批科研人员的努力。大连理工大学膜科学与技术研发中心主任贺高红教授，一直从事膜材料、膜制备及膜过程在化工、环保和新能源等方面应用的研究。她和团队深耕科研，30多年来，积累了深厚理论知识和工程应用经验，开发多种高性能膜，创新膜过程设计理论和工业应用技术，尤其使我国成为全球工业生产回收VOCs膜产量最大国家，建立了不同于简单消除/降解方法的全新化工行业减排、节约资源的技术路线，为我国气体膜分离技术从跟跑到全球领跑、新能源膜弯道超车，做出了重要贡献。

扬膜技术之帆 创新科研之道

贺高红于1993年在中国科学院大连化学物理研究所获博士学位，师承于中国气体膜分离之父、曾任中国科学院大连化学物理研究所副所长朱葆琳教授。朱教授从上世纪70年代领导研发我国气体分离膜，最终成功实现氮/氢分离膜产业化。贺高红继承了恩师的衣钵，成为国内第一个气体膜分离技术领域的博士。毕业后，继续潜心开展膜技术研究，始终瞄准学科前沿和国际研究热点领域，发展了膜制备和跨膜物质传递理论，研发了多个系列的高性能膜和膜应用流程。

贺高红带领团队开发了含烃石化尾气膜分离技术，针对石化尾气组分复杂、压力等级多、可回收组分多样等特点，创新研发了压力梯级利用、杂质梯级脱除、组分梯级回收的系列高效低成本梯级膜回收流程、工艺包和成套技术，成功用于氢气、有机氟、有机氯、油田或炼厂轻烃、有机小分子单体、等高附加值气体回收，以及氦气、富氧、富氮、脱碳天然气等制备，经济效益显著，解决了我国炼厂气处理存在的技术落后、回收产品单一、回收效率低等问题，核心成果达到国际先进水平，实现了我国膜技术在石化尾气综合利用的跨越式发展,建立国内最大炼厂气回收装置等十几套工业化装置，仅中石油某石化一套装置就实现“年新增利润32,805万元”。

贺高红带领团队从减小传递阻力和优化传递组分与膜相互作用出发，开发出系列挥发性有机物(VOCs)分离膜、创新性地使用多技术集成膜耦合工艺，突破了化工行业VOCs排放浓度高、处理要求严格、难以综合治理的瓶颈，在实现减排VOCs的同时，回收95%以上的资源，带来显著经济效益和社会效益，大幅度提高了企业减排的积极性，为我们的蓝天保卫战做出了重要的贡献。研制的高性能、长寿命、低阻力的复合膜，成功应用于有机蒸汽回收工业项目，打破了美国、德国进口膜的垄断，迫使其在我国市场大幅降价。该成果已在400余项化工生产、储运过程及加油站等回收VOCs工业项目中应用，累计回收烯烃78万吨、油气10万吨，为应用单位创经济效益30多亿元，13套装备出口到美国、日本、韩国和尼日利亚等国家，使我国成为全球最大的工业生产和应用VOCs膜的国家。

贺高红主持完成的“含烃石化尾气梯级耦合膜分离技术的研发与工业应用”和“膜法高效回收与减排化工行业挥发性有机气体”分别于2010年和2018年两次获国家科技进步二等奖，还获得日内瓦国际发明展-展会评判特别嘉许金奖、第十五届中国专利奖优秀奖、中国石油和化学工业科学技术进步一等奖、化学领域权威奖“侯德榜化工科学技术奖”创新奖等。

精益求“晶” 再创辉煌

长江学者特聘教授、国家杰出青年基金获得者、国家科技进步奖二等奖第一完成人、国务院政府特殊津贴获得者、全国巾帼建功标兵……这些年来，贺教授头上的头衔愈来愈多，但她始终不忘初心，仍然坚持奋战在科研一线，面向国家重大需求，开拓新的方向。近年来，贺高红领导学术团队将膜过程与结晶过程相结合，创新提出“利用微孔膜选择性脱除溶剂，使溶液浓缩发生结晶堵塞膜孔，使得膜通量骤降”这一新的检测方法，代替了原有的利用结晶体系透光率减小的光学方法，突破了不透明或低透光率体系无法测定的关键瓶颈，将结晶成核检测精度由原来的1 μm提升到百纳米级，准确测定了162个全色级体系的结晶成核介稳区，联合国家工业结晶工程技术中心建立了膜响应成核基础数据库，为结晶热力学基础研究范式的革新做出贡献。通过调控膜界面构建结晶的传质控制区域，利用跨膜推动力(温度差、压力差)可实现精确调控，突破原有复杂宏观尺度调控的局限，当膜孔径<0.01 μm时，其完全混合时间由原来结晶器内的2.4 s降低到膜调控的10 ms以内，扩散系数提升了2个数量级。贺高红带领团队开发出相应的科学仪器和设备，检测和过程调控精度都显著优于美国、德国、英国的现有仪器水平，促进了膜结晶在医药生产、超纯分离、特种精细化学品制备等领域的应用。

贺高红主持完成的膜结晶过程调控基金委重大科研仪器顺利通过基金委项目，突破高端科研仪器的国际垄断，结题获得“优秀”，对高端化学品、生物工程和制药工程的研究做出了贡献。

随风而动 储存阳光

绿色新能源的使用可以节省不可再生的化石能源，但是风和阳光发电的波动性和间歇性决定了必须装备储能技术才可能实现其大规模并网，同时燃料电池是氢新能源高效利用的关键。储能电池和燃料电池核心部件——隔膜的技术壁垒最高，它需要绝缘电子，但要为载电流的离子提供迁移通道，既要保障电池体系的安全，同时又要提升电池的性能，国家的需求就是命令，近年来，贺高红教授领导的膜研究团队不满足前期在节能环保等领域取得的丰硕成果，在国家自然科学基金创新群体项目的资助下，开拓新的方向，要用膜把风、光伏和氢等绿色能源储存和应用起来。

她领导团队抓住离子膜在全钒、铁铬、中性有机液流电池应用中离子选择传导性亟需提升的关键共性问题，设计并制备了两性膜、非离子化梯级筛分膜、一体化COF复合膜等，显著提升液流电池性能和寿命，并完成铁铬液流电池隔膜的合成及20cm宽幅制膜中试;规模化设计制备锂电池等级孔隔膜、正极膜材料，调控锂电池内离子传递速率，提高电池能量密度、提升电池循环稳定性和运行安全性，实现连续稳定运行7000小时，达到均质非氟替代膜同期文献报道最高水平;通过离子膜的分子结构设计，调控膜内亲憎水微相分离结构，提升膜的离子传导性，并优化膜电极组件结构，提高燃料电池、水电解制氢和电化学氢泵的功率密度和稳定性，为基于可再生能源的能源储存、转换、利用模式革新提供了重要支撑。新能源膜的研究还在路上，还有很多关键瓶颈和技术指标期待突破，但路虽远行则将至,事虽难做则必成，只要国家需要的，贺高红领导的团队就会坚定的走下去。

梦想，因付诸行动才神圣，因持之以恒而伟大。贺高红这几十年在膜科研人生的逐梦之旅中，带领团队不畏艰辛、披荆斩棘，把团队铸成了中国膜分离技术的“国家队”、“排头兵”。现在的她继续在科研旅途上砥砺前行，手持创新之剑，让中国人自己的膜科技在国际上展露锋芒、引领时代!

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