应用为“坐标”坚持前沿探索的青年“膜术师”<br/>——记中山大学“百人计划”学者杨皓程副教授

应用为“坐标”坚持前沿探索的青年“膜术师”
——记中山大学“百人计划”学者杨皓程副教授

2019-01-21

海峡科技与产业 2018年8期

1994年北美膜学会时任会长访问中国时曾说过：“谁掌握了膜技术，谁就掌握了化学工业的未来。”时至今日，中国已成为膜技术推广应用大国，却还不是膜开发强国，实现从膜应用大国向膜技术强国转变尚需各方包括科研工作者的共同努力。

“90后”青年学者杨皓程博士，正是这支队伍中的一员。

结缘膜技术

膜技术可在温和、低成本条件下实现物质分离，已成为当代解决人类面临的能源、水资源、环境等领域重大问题和支持传统产业技术升级的共性技术。多年来，作为战略性新兴产业，在国家大力支持、市场需求激增的大背景下，我国膜工业发展迅速，目前已成为世界膜技术发展最活跃、膜工业增长最快、膜应用市场最大的地区之一。

28岁的杨皓程本科毕业于浙江大学，2012年保送读博，由此开始从事聚合物分离膜的表界面工程研究。2015年底作为访问学生，赴澳大利亚新南威尔士大学化工学院交流学习约半年时间。2017年获得博士学位后，赴美国阿贡国家实验室从事博士后研究，并于2018年获得该实验室杰出博士后研究奖。今年9月，作为“百人计划”青年学术骨干，被引进至中山大学化学工程与技术学院，任副教授。

取得多项前沿创新成果

杨皓程副教授在第十届亚太膜会议分会上做报告

投身我国膜技术的创新与发展以来，杨皓程立足实际问题，坚持前沿探索，为中国膜技术发展做出了自己的贡献。

他发展了多巴胺辅助共沉积技术，促进贻贝仿生化学在分离膜表界面工程上的应用，开发出一系列高性能膜材料。

分离膜是现代化工过程的核心部分，不仅可用于污水处理、海水淡化等过程，还可作为膜接触器或膜反应器应用于化工反应过程。而膜作为一种多孔的高比表面积的材料，在应用过程中直接与料液接触，其表界面性质对膜性能的影响至关重要。

贻贝仿生表面化学是以多巴胺为主的一类生物分子，在温和条件下对材料表面进行修饰的化学过程。具有反应条件温和、适用范围广泛、后功能化多样等诸多优点。但与此同时，沉积时间冗长、涂层均匀性欠缺、酸碱稳定性差，成为阻碍多巴胺沉积技术发展与应用的主要瓶颈。杨皓程开展科研工作伊始，贻贝仿生化学刚被学术界所关注。为了克服其缺陷，读博期间，他首次引入第二组分聚乙烯亚胺，利用共沉积策略对技术进行了改良，结果沉积时间明显缩短，其亲水性与稳定性等也都有显著提高，由此拓展了贻贝仿生化学在分离膜表界面工程上的应用。

之后，杨皓程以此为基础，发展了一系列亲水改性膜、有机—无机复合膜、纳滤膜等高性能膜材料。

他还进一步发展了仿生矿化法在有机—无机复合膜制备过程中的应用，提出普适仿生矿化模型，并将其应用于油水分离膜的制备中。

有机—无机复合膜是同时结合有机材料与无机材料两者优点而发展起来的一类新型膜材料，但由于有机材料与无机材料间的界面相容性较差，往往又限制了这类膜材料的制备。为此，杨皓程所在课题组首次尝试用模仿自然界生物矿化过程的仿生矿化法来对膜表面进行温和的无机物复合，效果显著。杨皓程在这项工作中的贡献在于进一步发展了这一过程的普适原则，极大降低了实验操作难度，拓宽了适用的矿物种类，从而推进了其由理论实验向实际应用转变的进程。“我们同时发现，经仿生矿化法处理后的这类高表面矿物覆盖率的膜，在油水分离，特别是较难处理的原油分离中表现出了极大的潜力。”

在此基础上，杨皓程利用原子层沉积技术研究不同氧化物包覆的聚合物膜的抗原油污染能力，为油田废水及海上油污的膜法处理提供了理论基础。

此外，他发明了气—液界面辅助的Janus膜制备技术，并首次将其应用于超细鼓泡、膜乳化等领域，推动Janus膜由理论研究走向实际应用。

Janus膜是指两面具有不同甚至相反性质的膜材料，这类膜具有特殊的传递现象，并且在涉及两项界面的过程中表现出比均质膜更好的性能。这一概念自2010年首次被提出以来，受到世界广泛关注，只是其研究一直停留在理论层面。杨皓程研究发明了气—液界面辅助的Janus膜制备技术，推动Janus膜的实际应用，并论证了它的性能优势及背后的机理。他们还提出Janus膜的一些新应用，如用于超细鼓泡、膜乳化过程，这使得Janus膜在最近两年得到极大关注和发展。

在读博士与博士后的6年时间，杨皓程共发表SCI论文近50篇，其中3篇第一作者论文入选为ESI高被引论文。他还荣获2015年浙江省化学会创新奖，当选为2017年浙江省优秀毕业生、浙江大学优秀毕业生。

杨皓程坦言，自己走上膜科学研究道路，需要感谢导师，中国膜科学领域著名学者徐志康教授。“我的博士导师对我的科研与人生道路产生了重大的影响。他在学术与做人方面的垂范和教诲都让我受益匪浅。”