1994年北美膜學(xué)會(huì)時(shí)任會(huì)長(zhǎng)訪問(wèn)中國(guó)時(shí)曾說(shuō)過(guò)：“誰(shuí)掌握了膜技術(shù)，誰(shuí)就掌握了化學(xué)工業(yè)的未來(lái)。”時(shí)至今日，中國(guó)已成為膜技術(shù)推廣應(yīng)用大國(guó)，卻還不是膜開(kāi)發(fā)強(qiáng)國(guó)，實(shí)現(xiàn)從膜應(yīng)用大國(guó)向膜技術(shù)強(qiáng)國(guó)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(lèi)面臨的能源、水資源、環(huán)境等領(lǐng)域重大問(wèn)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(lái)，作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，在國(guó)家大力支持、市場(chǎng)需求激增的大背景下，我國(guó)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(zhǎng)最快、膜應(yīng)用市場(chǎng)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(kāi)始從事聚合物分離膜的表界面工程研究。2015年底作為訪問(wèn)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(guó)阿貢國(guó)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(guó)膜技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展以來(lái)，楊皓程立足實(shí)際問(wèn)題，堅(jiān)持前沿探索，為中國(guó)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(kāi)發(fā)出一系列高性能膜材料。

分離膜是現(xiàn)代化工過(guò)程的核心部分，不僅可用于污水處理、海水淡化等過(guò)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(guò)程。而膜作為一種多孔的高比表面積的材料，在應(yīng)用過(guò)程中直接與料液接觸，其表界面性質(zhì)對(duì)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(lèi)生物分子，在溫和條件下對(duì)材料表面進(jìn)行修飾的化學(xué)過(guò)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(zhǎng)、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(kāi)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(duì)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(wú)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(wú)機(jī)復(fù)合膜制備過(guò)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(wú)機(jī)復(fù)合膜是同時(shí)結(jié)合有機(jī)材料與無(wú)機(jī)材料兩者優(yōu)點(diǎn)而發(fā)展起來(lái)的一類(lèi)新型膜材料，但由于有機(jī)材料與無(wú)機(jī)材料間的界面相容性較差，往往又限制了這類(lèi)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(guò)程的仿生礦化法來(lái)對(duì)膜表面進(jìn)行溫和的無(wú)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(guò)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(lèi)，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(lèi)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(lèi)膜具有特殊的傳遞現(xiàn)象，并且在涉及兩項(xiàng)界面的過(guò)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(lái)，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(shì)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(guò)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(guó)膜科學(xué)領(lǐng)域著名學(xué)者徐志康教授?！拔业牟┦繉?dǎo)師對(duì)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(guó)”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(lái)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(kāi)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(lái)不利影響。楊皓程將與團(tuán)隊(duì)通過(guò)設(shè)計(jì)表面改性方法，對(duì)生物污染過(guò)程展開(kāi)研究，繪制海洋防污材料構(gòu)建的“路線圖”，由此開(kāi)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(guò)，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(kāi)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(lái)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的一個(gè)焦點(diǎn)。接下來(lái)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(guó)海洋強(qiáng)國(guó)建設(shè)中的貢獻(xiàn)度。