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李锁定团队的成就颠覆了国外在高端膜材料的垄断地位
《中关村》杂志 赵占杰 李经纬 / 时间:2018-02-24 16:02:17

  据中关村杂志微信公众平台2018年2月12日讯 1月8日,2017年度国家科学技术奖励大会在北京人民大会堂隆重举行。高科技环保企业碧水源与清华大学的合作项目“膜集成城镇污水深度净化技术与工程应用”获颁国家科技进步二等奖。


李锁定团队的成就颠覆了国外在高端膜材料的垄断地位


  该项目立足膜集成城镇污水深度净化技术产业化,自主研发的高性能膜材料与膜组器,一举打破了西方发达国家在该领域的技术垄断,创新低碳源深度脱氮除磷、高品质再生水制备工艺,显著提升了出水水质,实现了膜池-生化池联动优化曝气,节能降耗达世界先进水平。
  这一成果的取得,凝结了整个技术团队孜孜不倦的努力。北京“海聚工程”入选者李锁定博士就是该项目的主要完成人之一。
  与膜结缘
  1967年,李锁定出生于河南洛阳的一个小乡村,从小学习成绩优异。1985年,李锁定考入清华大学,专业是高分子化工与材料。毕业后,他又考取了中科院生态环境研究中心,获高分子化学硕士学位并留下从事研究工作。
  在中科院生态环境研究中心攻读硕士及工作期间,李锁定正式与膜结缘。他参与了国家“863”科技攻关项目中“耐污染超滤膜的研究”,并成功合成了耐污染超滤膜。这项成果在当时填补了国内空白,并成功在印钞行业应用。利用这种超滤膜,北京印钞厂对印钞清洗液进行了有效的循环利用,不仅提高了印刷质量,还大大减少了废水的排放,给北京印钞厂带来了数千万元的经济效益。
  在中科院生态环境研究中心工作期间,李锁定曾到美国纽约州立大学做访问学者。这次访学让他产生了出国继续深造的想法。2000年,他正式进入纽约州立大学,并于2003年和2007年分别获得了环境化学硕士学位和博士学位。
  在海外留学期间,他把自身所学所知与美国的先进技术进行了有效地结合,先后参与了多项重要科技项目,并取得许多科研成果。例如,他曾参与燃料电池项目及氢燃料的储存项目,研制出了性能优异的燃料电池专用电极。该电极不仅具有良好的导电性,还具有良好的氢气透过性。在氢燃料的储存项目中,合成了具有极高氢储存能力的纳米结构活性碳,该研究成果得到了美国能源部的极大肯定。这两项成果已被美国燃料燃气公司在氢燃料电池与氢储存项目中得到了成功应用。
  以他的能力,完全可以留在美国工作。但他在取得博士学位后不久就选择了回国。谈及原因,他说他忘不了自己大学老师的话:“鼓励你们出国深造,但学成后要回国,为自己的国家服务。”
  除了心中的赤子情怀,他在回国前也做了客观分析。他认为改革开放几十年的发展,中国在物质生活与经济水平上已经缩短了与美国的距离。而且,中国正处在改革开放的大变革时期,回国后更能感觉到社会的脉动,真正将自己发展与国家发展结合起来,从而更好实现个人价值。
  更让他坚定回国决心的是,国内水处理行业发展方兴未艾,对膜材料研发方面的研发人才十分渴求。一家同样由留学回国人员创办的水处理企业——北京碧水源科技股份有限公司就向他发出了盛情邀约。
  打破国外高端膜材料垄断
  我国水资源短缺,在缺水地区特别是城市、工业和人口比较集中的地区,水资源已成为社会经济发展的严重制约因素。因此,对于城市污水不仅要治理,更要抓回用。这催生了水处理这一关乎国计民生的朝阳产业。
  然而,传统的水处理方法无法满足以再生回用为目的的污水深度处理的要求。为此,国内外学者一直在努力探索污水资源化的高效途径。随着研究的逐渐深入,一个新的概念  “膜—生物反应器”(Membrane Bioreactor,简称:MBR)逐渐引起人们的关注。
  这种技术将传统污水生物处理工艺与膜分离技术有机结合起来,其基本原理是利用水溶液中的水分子具有透过分离膜的能力,而溶质或其他杂质不能透过分离膜,从而达到提高水质的目的。与传统水处理技术相比,MBR技术具有节能、投资少、操作简便、处理效率高等优点。而膜材料的制造是这项技术的核心。
  然而,过去有很长一段时间,高端膜材料市场一直被海外企业垄断。因此,科技部《十二五膜产业发展规划》中就明确提出要“开发高强度、抗污染的膜生物反应器(MBR)专用膜材料,解决城市缺水问题”。
  2007年,李锁定加盟碧水源,但那时碧水源的膜事业刚刚起步,团队只有四五个人,还没有自己的地盘,总部在上地,怀柔做研发。李锁定白天去怀柔,晚上回城里,往往又干到半夜,有时直接住在怀柔,犹如创业一般。


李锁定团队的成就颠覆了国外在高端膜材料的垄断地位


  功夫不负有心人,这支团队先后攻克了膜技术领域制备与应用过程中的一系列关键性技术难题,让碧水源掌握了完全拥有自主知识产权的MBR污水资源化技术。膜技术研发团队也逐渐发展壮大,达到上百人。
  作为公司当时膜材料研发室主任,李锁定同时兼任污水处理专用高性能分离膜项目主持人,对“污水处理专用膜”开展研究与开发,创造性地研究开发了“增强带衬型中空纤维膜”,专用于生活污水和工业废水的处理,从而使此项技术跃居世界前列,对我国污水资源化与再生利用具有重大战略意义。
  增强带衬型中空纤维膜通过把膜分离功能层与高强度衬结合在一起,既保证了膜的分离功能,又大大提高了膜的强度。这样一来,膜的使用寿命就从1-2年提高到5-6年。此外,通过选择膜材料与添加剂,优化制膜工艺,这种膜的透水通量比一般的滤膜提高了一倍。这两项技术革新,都有利于膜的大规模推广使用。
  一直以来,膜污染带来的运维成本高是制约MBR技术应用的瓶颈问题。李锁定带领团队通过对膜材料进行化学改性,控制膜孔结构,优化操作工艺,并建立了物理与化学相结合的高效清洗方案,成功地解决了膜污染问题。
  目前,他开发的产品已经大批用于工程项目 “OW-UF超滤水处理系统产业化推广”获国家火炬计划立项,“高品质PVDF中空纤维膜”获国家重点新产品计划立项。
  由于他和团队的工作,碧水源的膜材料还打破了国外在水处理领域对高端材料的垄断地位,大大压低了跨国公司产品的价格。
  有了国际先进水平的MBR工艺技术和产品,北京碧水源科技股份有限公司先后中标了国家多项水环境治理重点工程,包括南水北调丹江口污水处理工程、无锡环太湖地区水环境治理重点工程、北京引温济潮跨流域调水工程、奥运龙行水系工程以及国家大剧院水处理工程等,成为我国解决水环境问题的骨干力量,并于2010年在深交所创业板正式挂牌上市。
  此外,碧水源已经成功打入国际市场,产品技术销往澳大利亚、东南亚等十几个国家。
  助力生态文明
  “大处着眼,小处着手”,这是李锁定做科研和进行人生选择时的座右铭,伴随他取得一个又一个成果。面向未来,他希望通过自己和团队的努力,能为国家的生态文明建设和绿色发展做出新的贡献。


超滤膜水处理工程现场

超滤膜水处理工程现场


  目前,碧水源在北京怀柔科学城已建成亚洲最大的膜技术研发中心和生产基地,膜年产能达到1600万平米。与清华大学合作建成了国际一流的碧水源-清华环境膜研发中心,具有国际高水平的自主研发能力,承担着国家“863”项目、国家水专项、国家科技支撑计划、国家火炬计划、国家重点环境保护实用技术等国家重大项目课题,形成碧水源污水资源化事业的强力支撑。
  “在全球特大型MBR项目方面,根据MBR国际专业网站统计,碧水源已稳居全球第一。”李锁定说。
  在这样的基础上,碧水源提出了“未来水厂”计划,要在未来实现污水的完全循环,实现水源、资源、能源的全回收。这对膜材料技术提出了更高的要求。作为北京碧水源膜科技股份有限公司首席专家,李锁定又将带领团队向新的目标进发。
  链接
  李锁定,北京碧水源膜科技有限公司首席专家,教授级高工,2011年入选北京“海聚工程”,被聘为北京市特聘专家。在分离膜的制备及其在水处理与再利用中的应用、制膜工艺的研究、膜污染机理的探讨以及在实际工程应用等领域取得了众多成果,已取得专利50多项。