关于我们

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新型膜材料重点实验室依托南京理工大学环境工程工信部重点学科，以环境与生物工程学院、化工污染控制教育部工程研究中心、江苏省实验教学与实践教育中心为主体，围绕国家中长期科学与技术发展规划，以服务国家、行业、区域重大需求为导向，以具有前瞻性、先导性和探索性的高水平学术创新和重大工程成果产出为核心，聚集于膜材料的结构设计与宏观制备过程的研究。

本实验室依托南京理工大学环境科学与工程学科，工信部重点学科及江苏省重点学科。环境工程是原国防科工委重点学科，江苏省重点专业，始建于1979年，1980年招收本科生，1987年获环境工程硕士学位授予权，2003年获环境科学硕士学位授予权，2000年获环境工程博士学位授予权，形成了本科-硕士-博士多层次环境科技人才培养体系。环境工程专业是江苏省特色专业。本学科通过化学、化工、生物和材料等学科的渗透和交叉，形成了环境科学基础研究和工程应用结合的教学与研究体系。在新型膜材料的制备和膜过程开发、精细化工与特种化工废水处理与资源化技术、面向环境污染治理的多孔材料合成及功能设计、循环水质量控制、水中典型有机污染物的监测分析等方面形成优势和特色。

近3年，共获得100余项项目资助，其中包括国家国家重点研发计划、国家科技支撑计划、973计划、863计划、国家自然科学基金以及地方省部级以上科研项目60余项，纵向科研经费累计约5100万元；此外还包括40余项企业横向工程项目以及产学研合作项目，科研经费累计约7250万元。

近3年，在Chemical Society Reviews, Advanced Functional Materials, Environmental Science & Technology, Environmental Science & Technology Letters, Journal of Membrane Science等重要刊物上发表学术论文300余篇，其中SCI/EI收录198篇，授权发明专利37件。

在过去的三年间，本研究团队在科学研究、队伍建设、学术创新、人才培养、条件建设、开放交流、运行管理等方面均取得了长足的发展。过去三年内，本研究团队共计发表学术论文198篇，其中SCI收录论文186篇，授权国家发明专利共计37项。目前，实验室拥有青年千人计划获得者3人、国务院政府特殊津贴获得者2人、国务院学位委员会学科评议组成员1人、新世纪百千万人才工程国家级人选1人、教育部新世纪优秀人才1人、江苏省杰出青年基金获得者3人、江苏省优秀青年基金获得者2人、江苏省突出贡献中青年专家1人、江苏省六大人才高峰计划3人、江苏省333工程培养对象6人、江苏省青蓝工程优秀青年骨干教师4人、江苏省“双创人才”2人、“双创博士”2人，江苏高校优秀科技创新团队1个。重点实验室已形成一支由42名教学、科研与实验人员组成的高水平研究队伍，学科梯队结构建设趋于合理，教师和科研人员中拥有博士学位的比例达到90.5%，其中有交叉学科背景者占80%以上，曾在国外进修半年以上或者攻读学位者占60%以上；现有实验室用房总面积 3200 m²，仪器设备总资产达到3252万元。2015-2017年度设立开放基金36项，承办学术会议8次，教师赴境外参加科研合作/访问15人次，派出博士生半年以上出国访学、交流9人次，招收国外留学生9名；获得江苏省优秀硕士学位论文3篇。

二、运行管理

（1）机构设置

本实验室在南京理工大学重点实验室建设与指导委员会的指导下组建和运行。实验室实行主任负责制。实验室主任负责实验室的全面工作。实验室还将设立专职秘书，协助做好实验室的日常管理工作。

根据实验室的研究方向，实验室下设三个研究室，分别为膜材料的分子结构设计与制备研究室、膜传质及分离原理研究室、膜过程及应用基础研究室。实验室下设管理办公室，负责实验室的对外开放、人力资源、仪器设备等日常管理工作。

 实验室机构图

（2）学术委员会

实验室将设立学术委员会。学术委员会是实验室的学术指导机构，主要任务是审议实验室的目标、任务和研究方向，审议实验室的重大学术活动、年度工作，审批开放研究课题。学术委员会会议每年至少召开一次。学术委员会由13位国内知名专家组成。

学术委员会成员名单

主  任：              侯立安       院  士        第二炮兵后勤科学技术研究所

委  员：              黄    霞       教  授         清华大学

    姜忠义       教  授         天津大学

    徐志康       教  授         浙江大学

    徐铜文       教  授        中国科学技术大学

    任洪强       教  授        南京大学

    傅大放       教  授        东南大学

    金万勤       教  授        南京工业大学

    于水利       教  授        同济大学

         王连军       教  授        南京理工大学

    李健生       教  授        南京理工大学

    张    强       教  授        南京理工大学

秘 书：             张    轩       副教授      南京理工大学

（3）运行机制

实验室实行“开放、流动、联合、竞争”的运行机制。

1）完善管理制度

在南京理工大学重点实验室建设指导委员会的指导下，实验室安排和管理各项科研与学术活动，制定和规范管理制度，包括科研项目管理办法、知识产权管理办法、实验室仪器设备管理办法、科研人员绩效奖励制度、财务管理办法、研究生管理办法等，保障实验室高效、有序、平稳运行。

2）建立科研特区

建立科研特区，在用人机制、薪酬标准、学术晋级等方面给予优惠政策，形成宽松的学术氛围，面向国际汇聚人才；建立激励和竞争机制，完善科研人员绩效评估和考核制度，调动科研人员的积极性，稳定管理服务、技术开发队伍。

3）设立开放基金

实验室根据研究方向设立开放基金，加大开放力度，吸引国内外优秀科技人才承担开放课题，扩大流动科研人员的比例；鼓励国内外企业、组织或个人联合设立开放基金，并参与实验室研究。

4）推进知识产权工作

实验室将推进知识产权工作，固定人员与流动人员在实验室完成的研究成果，包括专著、论文、软件、数据库等，均署实验室名称，专利申请、技术成果转让及成果报奖按实验室管理办法执行。在国外学习、进修、从事客座研究的实验室固定人员，凡涉及实验室工作、成果的，在论文、专著等发表时，也均署实验室名称。

5）加强仪器设备共享

加强仪器设备管理工作，做到仪器设备相对集中，统一管理，凡符合开放条件的仪器设备均对外开放；加强数据、资料、成果的存储与共享，提高实验室仪器设备的开放度和共享率。

6）注重环境和文化建设

加强实验室信息化建设，建立内部信息管理系统；建设独立的网站，扩大实验室国际知名度。对现有实验室进行扩容和改造，加强硬件建设，同时开展实验室文化与软环境建设，营造实验室良好的学术氛围。

    三、研究方向及主要内容 

根据当前国内外学科发展的最新趋势，以国家、地方重大环保需求为牵引，紧密围绕国家和地方社会经济发展中涉及的分离膜制备与过程方面的问题，结合本实验室的研究基础、学科特色，开展相应的基础理论和工程化应用研究。本实验室主要研究方向集中在以下三个方面：

（1）膜材料的分子结构设计与制备；

（2）膜传质及分离原理；

（3）膜过程及应用基础。

1、膜材料的分子结构设计与制备

(1) 吸附/超滤双功能膜技术

针对环境水体中污染物浓度低、毒性大、难分离等特点，围绕双功能膜技术，重点关注吸附/超滤双功能膜。将传统的吸附材料与膜分离功能有机结合，开发吸附/超滤双功能膜材料，系统的研究吸附/超滤双功能膜的分离机理。进一步采用纳米离子反向灌装技术来解决传统有机-无机共混吸附膜吸附能力和超滤性能无法兼顾的难题，实现高效、同步去除多种污染物，从而实现在低压过滤条件下同步去除不同尺度的多组分污染物，为超滤膜法水质净化提供了新的思路和技术途径。

(2) 刺激响应膜吸附技术

针对不同的、复杂的水体环境，开展刺激性相应膜吸附技术的研究，通过分子设计以及结构设计感知外部信号，实现膜吸附能力的相应变化。围绕刺激相应相关的材料，重点关注具有pH响应型PVDF超滤膜的研究。采用双亲嵌段共聚物的共混改性，实现对废水中重金属离子的可控吸附分离。进而利用原位水解的方法开发PVDF/La(OH)₃无机/有机杂化膜，开发具有超高磷吸附以及优异可重复利用性能的PVDF超滤膜，在对自然水体的净化过程中同步实现磷的脱除，降低水体富营养化的可能性。

(3) 膜表面精密修饰技术

针对蛋白和生物溶液的分离、纯化及浓缩过程中，疏水性膜易引起有机物和胶体（蛋白）在膜表面和孔内的吸附，从而带来渗透性变小和膜污染问题，膜的亲水化改性为本部分研究的重要内容。鉴于活性/可控自由基聚合技术在分离膜用高分子材料的修饰方面具有独特的优势，通过对高分子链末端或侧链官能团的“亲水化”后修饰反应，以获得具有嵌段或接枝结构的新型双亲性共聚物。基于可控/自由基聚合技术、优化膜材料的分子结构，并以此类共聚物作为添加剂提高膜的表面亲水性、从而达到提高膜渗透性、抑制膜污染的目的。

2、膜传质及分离原理

(1) 纳米通道离子交换膜技术

针对传统燃料电池隔膜化学稳定性较差的问题，本部分研究立足于分子结构的原位设计，通过单体结构的改变，实现对聚合物结构的可控修饰。同时辅以嵌段、枝化等手段对聚合物的组成结构进行了有效的调控。同时在文献报道的二维材料特异性能的基础上，通过对无机材料的有机修饰，制备有机/无机纳米复合膜体系，进而也对其电化学综合性能进行系统表征。最后，通过粗粒化构型的建立与模拟，构建出不同种类聚合物在介观尺度的相分离形貌；以经典力学为基础，通过分子动力学模拟的手段阐明不同种类聚合物膜内水分子传递以及质子传导的作用机制。基于上述理论，本部分的研究导向拟进一步引入具有极高键离解能的“苯基-苯基”化学结构作为聚合物的主链构成，进而通过零价镍催化偶联技术在温和的条件下开发系列具有高化学稳定性的质子交换膜并应用于燃料电池。

(2) 阴阳协同电催化无机膜技术

针对传统以板式电极为主的电化学氧化体系中污染物扩散主要依靠浓度梯度、扩散速率极慢、从而造成电化学反应速率低、能耗过高的问题，拟开发RuO₂膜电极、PbO₂膜电极和Sb-SnO₂膜电极等一系列膜电极产品，同步实现膜电极的电膜耦合催化过滤技术，利用膜过滤的流道限定特性与管式电极表面的超高比表面积，强化有机物与电极接触，增加有效接触面积，以此突破电化学扩散控制瓶颈。其次，利用电场阳极产生的羟基自由基使毒性有机物质发生高效率的降解，新生态的氧可有效延缓膜污染，降低膜阻力，从而保持优异的膜通量与使用寿命。 

3、膜过程及应用基础

1. 非MPD型反渗透膜技术

   针对商品化的纳滤膜/反渗透膜脱盐层的化学结构选型单一（纳滤膜为聚哌嗪酰胺（PIP）和全芳香族聚酰胺（MPD））的问题，本部分研究提出“跳出PIP和MPD束缚”的概念，通过一系列分子设计、过程控制、性能再优化等手段，制备组装新型复合纳滤、反渗透膜材料。同时通过多尺度模拟技术，对膜过程实施预测和指导，揭示“分子结构-聚合物结构-宏观性能”之间的构效关系，为工业化之路提供可靠的理论、数据与技术支撑。

2. 印染废水多膜联用工艺

   针对工业印染废水盐度高、pH波动性强、色度高及毒性大（生物难降解）等特点，本部分研究提出“变废为宝”的策略，开发了以“纳滤/正渗透/膜蒸馏”为一体的多膜联用工艺，拟实现清洁水、染料及盐分的回收与再利用，满足国家日益严格的零排放需求。首先利用纳滤技术（NF）将废水中的染料和盐分进行有效分离；进而利用正渗透技术（FO）对处理后的染料废水进行浓缩，达到染料的回收；最后利用膜蒸馏技术（MD）对无机盐进行浓缩回用作为正渗透汲取液再次使用。因此，本技术的显著特点是全工艺过程中不产生任何的废水及固废，可以真正实现资源的回收利用，减轻对环境的压力。

3. 高盐废水膜蒸馏技术

   膜蒸馏技术的研究主要集中在适用于膜蒸馏的疏水膜、膜组件的改进及膜蒸馏过程的研究。本部分主要以用于膜蒸馏工艺的膜材料为出发点，提高膜材料的多孔性、疏水性能，从而减少传质阻力、降低膜的导热系数，研制具有高通量、高截留率、且成本低廉的新型膜材料。膜蒸馏过程中，膜组件是传热传质耦合发生的场所，其设计的优劣直接影响着传热传质效率，本研究在尽量不增加膜组件结构复杂性的前提下，通过减少边界层的传质和传热阻力，提高组件内界面上的速度场和温度场的均匀，从而获得更高的流动动力学和膜通量，实现膜蒸馏性能的提升。另外，本部分还重视膜蒸馏过程及机理的研究，通过完善机理模型，建立应用更广泛、精确度更高的机理模型，为膜过程强化和设计计算提供更可靠的理论指导。在膜蒸馏工艺及组件设计上，尽可能实现余热回收及再利用，注重膜蒸馏与其它工艺的耦合设计与开发。