背景介绍

随着工业的快速发展，国内外市场对有机溶剂的需求与日俱增，大多数有机溶剂与水容易形成共沸物或近沸物，采用常规的分离技术进行脱水，存在能耗高、工艺流程复杂等缺点。分子筛膜分离脱水技术具有设备占用体积小、操作简单、能耗低、无污染等优点，在能源、石油化工、生物医药、农药等众多行业的溶剂脱水应用中具有广阔的应用前景。当前NaA分子筛膜产品主要采用管式结构，其通量和装填密度相对较低，装备投资偏高及受到分子筛膜密封结构的限制，制约了该技术在大宗化学品比如生物乙醇等生产过程中的应用。

研发带头人

顾学红：南京工业大学教授，博士生导师，现任南京工业大学化工学院院长。1997年本科毕业于南京化工大学化工学院，2002年6月在南京工业大学获得工学博士学位，2003年4月至2007年1月期间，在新墨西哥州矿业技术学院、辛辛纳提大学从事博士后研究工作，2007年2月回国任教，主要围绕能源和环境需求，开展分子筛膜的制备及应用研究工作，并重点开展渗透汽化分子筛膜脱水的基础研究和工业应用开发工作。

技术先进性

分子筛膜脱水技术具有分离能耗低、无污染物排放、设备占用空间小等优点。本项目产品高性能中空纤维分子筛膜是自主研发的节能环保技术，采用陶瓷密封技术，溶剂耐受性和耐压性能均显著提升，产品性能达到国际先进水平，其能量是常规管式NaA型分子筛膜通量的4倍以上。

经济效益和社会效益

项目开发及产业化期间，陆续与中国石化、中粮集团等签订技术开发合同，特别是与广西中粮生物质能源有限公司开展合作，将中空纤维分子筛膜脱水技术用于燃料乙醇的生产，实现该技术在大宗化学品生产上首次应用。目前已与神华集团、中粮集团开展合作，进一步将该技术应用于生物乙醇领域，未来三年预计形成3-5个万吨级处理规模的示范工程，溶剂年处理总和达到10万吨。同时该技术也可以通过技术转移的方式输送到衍生公司九天高科，支撑公司进一步做大做强。

背景介绍

水处理膜是21世纪绿色新型水处理技术，具有效率高、无二次污染、运行条件适中等优势，在废水处理、海水淡化、中水回用、自来水净化等方面越来越受到青睐。其中，中空纤维PVDF超滤膜材料性能优异，已广泛应用于工业废水、市政污水、饮用水、海水淡化等预处理和深度处理工艺。我国PVDF超滤膜市场以每年30%以上速度增长，主要生产企业有碧水源、津9721见好就收、北京赛诺、海南立升、招金膜天等公司，膜法水处理的市场规模已超过百亿元，其中国产膜产品占据国内市场半壁江山。

研发带头人

汪朝晖：南京工业大学教授，硕士生导师，江苏省特聘教授，江苏省“双创人才”，“九思学者”，江苏省五一劳动奖章，“南京市五一创新能手”，“南京市技术能手”等奖项获得者，参与973、863、国家支撑计划、国家重点研发计划等项目。

技术先进性

本项目独创性地开发出VNIPS超滤膜生产工艺，实现精准调控PVDF超滤膜分离层孔径的目标，量产的PVDF超滤膜皮层开孔率高，孔径小且均一，最可几孔径占比从常规的50%左右提升到近90%，当平均孔径约25nm时，最大孔不超过40nm，而常规的市场上同类型膜的最大孔往往大于100nm。水处理工程应用中表现出优秀的抗污染能力。其次，纺丝工艺中集成了柔性拉伸工序，中空纤维膜的抗拉强度高达5 MPa，而常规中空纤维纺丝工艺生产的产品的抗拉强度则普遍低于3.0 MPa。采用柔性拉伸工艺，不仅显著提高膜的整体强度，而且保持了PVDF膜良好的柔韧性，同时不影响VNIPS膜孔径分布窄的特性。通过组件中的膜丝装填方式、曝气方式以及浓水收集方式的优化，进一步改善组件的抗污染能力和清洗后的通量恢复率。因而，与同类产品相比，具有明显的抗污染性能优势，经过长期与世界同类产品中最优的超滤膜同工况比较，综合性能没有明显差别，在造纸废水处理等特定领域具有优势。

经济效益和社会效益

自项目实施以来，已为众多企业的污水处理工程提供了性能优异的高抗污染PVDF中空纤维超滤膜产品和技术支持服务，累计使用膜面积28万平方米，特别是在造纸行业的废水处理方面，本项目开发出面向造纸达标尾水的PVDF特种超滤膜，成功应用于日本王子公司在南通投资 100 多亿建设的制浆造纸工厂的废水零排放工程。该工程废水处理量为4万吨/天，废水盐浓度高，COD达150 mg/L以上，通过设计膜法制浆造纸废水零排放工艺，最终将废水转化为净化水、工业盐和干泥，达到资源化利用的目的。高抗污染PVDF中空纤维膜作为超滤系统核心元件，表现出了较高的运行通量和较低的运行压力。这套零排放工程的投资费用和运行成本均不到常规排海工程的 50%，并且每年可减少 COD 排放总量约1000 吨，减少废水排放总量约 1300 万吨，回收盐产品数万吨。该技术又分别在APP 旗下金华盛纸业废水处理工程（1.7万吨/天）、和中国最大的再生纸生产商玖龙纸业废水处理工程（2.2万吨/天）中得到了推广应用。项目的成功实施为我国造纸废水处理与回用提供了工程示范，将对我国造纸工业的可持续发展提供强有力的支撑。另外，项目生产的高抗污染超滤膜还成功应用于化工废水处理（1440 m³/d）、热电厂地表水净化（4800 m³/d）、煤矿废水处理（6000 m³/d）等工程，发挥了良好的社会与经济效益。

背景介绍

相比于传统的反渗透膜和超微滤膜，纳滤膜具有更精密的孔径范围和表面电荷，可实现药物、染料、有机盐、无机盐等小分子的高效分离，以实现资源高效利用、减少三废排放。纳滤膜技术近年来已经在饮用水软化、净化处理工艺升级改造中得到了广泛应用，并在长期运行使用中保持了稳定可靠的处理效果。纳滤膜不仅可以去除水中残留的微量化学物质(如农药、杀虫剂等)和消毒副产物(三卤甲烷、卤乙酸等)，截留水中藻类、细菌及病原微生物以保证生物安全性，去除重金属等有害的多价离子，保留水中部分对人体有益的矿物质，还能够在水源水质波动和应急性条件下保证最终供水水质的稳定，满足不同水源条件下的用水需求。纳滤膜在低压下具有较高通量，对单价、多价离子选择性分离程度较高，运行过程中的实际能耗和成本比反渗透膜更低。对于水源条件复杂且用水要求有较高的经济较发达的地区，纳滤膜技术作为饮用水深度处理工艺可能是更为合适的选择。

研发带头人

孙世鹏：南京工业大学教授，博士生导师，国家特种分离膜工程技术研究中心副主任。专注于有机纳滤膜材料设计、制备与应用研究。入选国家级人才计划（2015）、江苏省杰出青年基金（2019）、霍英东青年教师基金（2020）、江苏省六大人才高峰（2016）、国际先进材料协会会士（2021）。

技术先进性

通过对界面聚合选择层和基膜机构和性质的协同调控，构建出具有独特四层结构的新型纳滤膜。有别于传统的3层结构，本项目研发的纳滤膜在支撑层和分离层中间加入超薄亲水过渡层，提升纳滤膜在两种组分分离过程中的抗污染性和抗结垢性。评价纳滤膜性能的重要指标是水通量和硫酸镁截留率。自制膜的性能打破了传统商业纳滤膜的水通量和截留率之间有trade-off效应。同时，在分离高浓度硫酸根离子和氯离子的实验中，膜的通量超过DL膜，而且浓度越高优势越明显，膜对两种盐的分离效率也随浓度增加而增大。

经济效益和社会效益

本项目开发两种纳滤膜技术和产品：一种是面向于饮用水处理的低压高通量纳滤膜；另一种面向于工业领域中的苛刻条件下的物料分离体系所需的耐高压、耐溶剂纳滤膜。本项目拥有巨大的市场效益，根据BCC市场分析数据，2013年全球膜处理市场容量达到130亿美元，纳滤虽占不到2%的市场份额，但其增长速度更快，年复合增长率达到15.6%，到2019年，纳滤膜的市场容量可达到4.45亿美元。随着纳滤市场容量的每年递增，本项目的市场空间及将会取得的经济效益相当可观。

背景介绍

发酵产业是我国重要的支柱产业之一，但是产品结构不合理、环境污染等现状严重制约了我国发酵行业的可持续发展。国内发酵企业普遍采用批式发酵为主的“粗放式”生产模式，在生产过程中不能及时跟踪底物或产物的浓度变化，对发酵过程的认识往往处于“黑箱”状态，生产操作完全依赖于操作经验。基于以上现状，本项目所独立开发出具有自主知识产权的纳米传感微芯片及浓度响应发酵检测仪，实现多种发酵产物、底物及中间代谢产物的超灵敏检测。

研发带头人

金万勤：南京工业大学教授，材料化学工程国家重点实验室常务副主任，“973”首席科学家，德国“洪堡”学者。目前主要从事膜材料、膜制备及膜反应器的研究，先后承担包括国家“973”计划、“863”计划、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金重点项目等10余项科研项目。

技术先进性

开发出具有自主知识产权的纳米传感微芯片及浓度响应发酵检测仪，实现多种发酵产物、底物及中间代谢产物的超灵敏检测。通过独特的精密印刷技术将高性能规整纳米传感晶一次性打印成柔性传感微芯片，其生物活性高、稳定性强、检测范围广，可数百倍提升发酵组分的传感反应信号，将发酵组分浓度信号瞬间转化为电信号输出，确保检测信号的准确、快速、无干扰。基于该芯片的传感特性进一步研发配套电子电路、自动化控制系统，集成为浓度响应发酵检测仪。该仪器支持传感微芯片即插即用模式，可直接对粘稠且成分复杂的发酵原液进行直接检测，实现对样品中葡萄糖、乙醇、果糖、乳酸、谷氨酸、丙酮酸等组分的快速精确检测（单次检测时间<50s，检测误差<2%），在同类产品中拥有绝对的技术优势。

经济效益和社会效益

目前该仪器在华北制药集团试用，凭借检测速度快、灵敏度高、有利于提升发酵转化率的优点，得到用户的好评。该仪器设备产品不仅填补了发酵行业快速检测的空白，而且进一步拓展了膜材料的应用领域。目前已与华北制药集团、石药集团、淮阴工学院等企业及科研院所达成了使用意向，得到了多个投资基金的关注。