科技日报记者 金凤 通讯员 游艺林
400℃高温气流中，细微焦粉随气流翻涌。能否不降温就把这些微小颗粒高效截留下来？南京工业大学教授仲兆祥领衔的“气体净化膜”团队，以近二十年的不懈探索换来自主创新的“膜”法——用自主研发的碳化硅陶瓷膜，在高温下实现细微颗粒物的高效分离。
从攻克膜污染难题、研发双疏型气体净化膜，到研制耐温1000℃、对PM0.3和PM2.5过滤效率超99.99%的碳化硅陶瓷膜，再到开发低碳共烧结技术和多污染物协同治理装备，他们坚持“国家需求大于个人兴趣”，为大型石化、制药、钢铁企业量身定制废气处理方案，将成果推向25个省、自治区、直辖市。近日，该团队入选2026年度江苏高校优秀科技创新团队。
“国家需求大于个人兴趣”，坐五年“冷板凳”破膜污染
这场持续近二十年的科研攻坚，始于对国家大气污染治理需求的前瞻性判断。2007年，刚刚博士毕业的仲兆祥在水处理领域已小有成果，在导师、中国工程院院士徐南平和邢卫红教授的建议下，他将研究方向转向当时鲜有人关注的气体净化膜领域。“国家需求大于个人兴趣。”仲兆祥说。
这条科研道路起初并不顺利。2008年，仲兆祥第一次走进北方一家钢铁厂，粉尘不时落在脸上。他主动向企业推荐气体净化膜技术，希望帮助企业实现污染物超低排放，得到的回答却是“不需要”。“当时企业减排意识薄弱，高性能气体净化技术的市场需求尚未显现。”刚转向这一领域的他，就这样坐了整整五年“冷板凳”。
随着国家大气污染防治力度不断加大，2013年，《大气污染防治行动计划》印发，工业废气治理迎来新的发展机遇。
仲兆祥不断壮大队伍，带领张峰、冯厦厦、韩峰、魏巍、邹栋、曾毅清等一批骨干深耕气体净化膜领域，逐步形成了涵盖膜材料、膜过程、膜装备及工程应用等研究方向的创新团队。
膜污染，是团队必须攻克的一道难关。就像油烟机用久了，油污容易附着在表面，清洗起来十分费力。工业废气净化也面临类似的困扰：废气中的油性物质和水分容易浸润膜表面、堵塞孔道，导致过滤阻力增加，影响设备稳定运行。
团队从膜材料表面的微观结构入手，通过原位活化、分子偶联等技术，研发出兼具疏水、疏油特性的双疏型气体净化膜，显著提高膜材料在复杂工况下的抗污染能力，为复杂工业废气的高效稳定净化提供了新方案。
24小时“蹲守”，只为排查技术难题
钢铁、化工等行业的废气常高达数百摄氏度，还夹杂细微粉尘和可回收粉体。受过滤材料耐温性能限制，传统工艺需先降温再过滤，既增加环节又损失热量。
为实现高温环境下的直接过滤，团队瞄准了耐高温、耐腐蚀的碳化硅陶瓷膜。然而，要让这种材料真正用于工业废气净化，既要保证过滤精度，又要兼顾气体通量和长期运行稳定性。
“膜孔大了，细微颗粒拦不住；膜孔小了，气体通过的阻力又会增加。”团队成员曾毅清介绍，为兼顾过滤精度与气体通量，团队不断优化膜材料的孔道结构，研制出载体与膜层均以碳化硅为主的陶瓷膜，最高使用温度达1000℃，耐压可达8兆帕，对PM0.3、PM2.5等细微颗粒物的过滤效率超过99.99%，使用寿命可达3年以上。
面对复杂的工业工况，团队组织科研骨干深入企业，了解实际需求、排查技术难题，并将现场发现的问题带回实验室联合攻关，再到工程现场检验改进效果。“最忙的时候，我们连续24小时守在示范工程的运行数据前，逐项排查问题，历经300余次参数调整。”团队成员邹栋说。
针对传统碳化硅膜烧结温度高、能耗大的问题，团队还开发了低碳共烧结技术，使支撑层与膜层能够协同制备。与传统分步制备工艺相比，单位膜产品制造能耗降低49%，碳排放量降低约49%，为规模化生产提供了支撑。该技术专利于2025年获得中国专利优秀奖。
落地200余套装置，把成果写进产业一线
在浙江巴陵恒逸己内酰胺有限责任公司，原有布袋除尘设备难以满足废气排放需求。仲兆祥带领团队深入企业，鼓励青年骨干主动承担攻关。
针对锅炉废气处理量大、工况复杂的特点，团队优化膜组件结构与气流分布，开发出适用于大型工业装置的膜法废气净化装备。
技术突破很快转化为生产效益。建成的膜法废气净化装置每小时可处理220万立方米废气，净化后粉尘浓度仅为3.59毫克/立方米，系统运行能耗降低三分之一以上，已稳定运行8年。
面对日益复杂的工业废气治理需求，团队继续探索多种污染物协同治理技术。在中盐集团江苏加怡热电厂，团队研发的催化型陶瓷膜将颗粒物过滤与氮氧化物催化脱除的有机结合，使一套装置能够同时完成除尘与脱硝。工程示范结果显示，净化后废气中的粉尘浓度低于5毫克/立方米，氮氧化物浓度低于50毫克/立方米，均满足超低排放要求。
如今，团队的气体净化膜技术已在中石化、恒逸石化、石药集团、宝武马钢等企业建成200余套工程应用装置，其中每小时气体处理量超100万立方米的大型装置达6套，覆盖25个省、自治区、直辖市。
2008年那句“不需要”，曾让仲兆祥感受到成果转化的艰难。如今，团队研发的气体净化膜已在全国各地的工业生产线上发挥重要作用。这一转变的背后，是团队对“国家需求大于个人兴趣”、矢志不渝扎根科研的坚守。
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