中國工程院院士高從堦50余年研究海水淡化——
創(chuàng)新“膜”法，向海洋要淡水(講述·一輩子一件事)
人物小傳
高從堦，1942年生，山東青島人，中國工程院院士、浙江工業(yè)大學膜分離與水處理協(xié)同創(chuàng)新中心主任。長期從事海水綜合利用及膜分離領域的研究與開發(fā)工作，是我國膜分離技術領域的著名專家和反滲透膜工程技術領域的開拓者之一。曾兩次獲得國家科技進步獎一等獎，獲得何梁何利科技進步獎、浙江省科技重大貢獻獎、10多項省部級科技進步獎。
翻開中國海水淡化技術的發(fā)展史，高從堦的名字位列其中。在國內(nèi)最先籌建“中空纖維反滲透膜”的研制項目整套設施，促使國外相關產(chǎn)品降價30%；建成國內(nèi)首條反滲透復合膜生產(chǎn)線，實現(xiàn)反滲透膜國產(chǎn)化，打破國外壟斷；成功研制海水淡化工程應用的反滲透組件，解決海島居民飲用水難題……如今，耄耋之年的高從堦仍活躍在膜技術研發(fā)的第一線。
迎難而上，“從0到1”攻克海水淡化難題
高從堦與膜技術故事的開端，要追溯到上世紀60年代。那個時候，為解決沿海地區(qū)水資源短缺問題，我國開始在海水淡化領域進行探索。
早期，海水淡化主要采用蒸餾法，但成本很高，不具備推廣價值。1967年，國家海洋局受原國家科委委托，組織全國范圍內(nèi)的科研力量，在北京、青島和上海三地開啟海水淡化研究。剛畢業(yè)兩年、就職于國家海洋局第一海洋研究所的高從堦，被抽調(diào)到青島，參與反滲透膜的研究與開發(fā)。
“為找到項目所需的高壓泵，我們跑了全國很多工廠，最后是在上海的一家小型泵廠找到能用得上的型號。”高從堦回憶，當時物資匱乏，試驗樣機也是東拼西湊而來。比如，試驗所用的聚氯乙烯燒結(jié)多孔板、用環(huán)氧樹脂和玻璃纖維壓制出的承壓板等器材，都是實驗室人員自己動手制作的。
可喜的是，僅耗時一年多，科研團隊便成功研制出醋酸纖維不對稱反滲透膜，脫鹽率可達96%以上，實現(xiàn)我國海水淡化反滲透膜從無到有的跨越。
后來，我國第一個海水淡化研究室在浙江杭州組建。高從堦從青島來到杭州，繼續(xù)從事海水淡化相關研究。
1974年，高從堦被推薦為“中空纖維反滲透膜和組器研究”課題的負責人。“當時我?guī)ьI只有3個人的課題組，因陋就簡地建起中空纖維抽絲實驗室。”高從堦說，他們決定開展三醋酸纖維素(CTA)中空纖維形成的熱致相分離研究，這在我國尚屬首次。
這一干就是9年。“我們克服資料少、原材料和設備短缺等困難，逐步籌建了從小試、中試到批量制備的整套設施。”高從堦回憶，通過一次次試驗和測試，就在1983年，CTA中空纖維反滲透膜及組器研制相關成果通過了國家海洋局和浙江省科委聯(lián)合組織的鑒定。該項成果具有操作壓力低、透水量大等優(yōu)點，可廣泛地應用于純水制備和苦咸水淡化，售價僅為國外相似產(chǎn)品的1/3左右，此后迫使國外企業(yè)將同類產(chǎn)品價格降低30%到50%。
1990年，高從堦團隊成功解決了大型中鹽度苦咸水脫鹽組件的制膜技術和粘結(jié)密封等重要關鍵技術。1997年，在浙江舟山嵊山島建成我國第一個自主設計制造的500噸/日反滲透海水淡化項目。2000年，我國第一座1000噸/日海水淡化設備研制成功并投入使用……“向海洋要淡水”從理論變成現(xiàn)實。
不斷攀登，見證中國膜分離產(chǎn)業(yè)從無到有、從有到優(yōu)的發(fā)展歷程
高從堦大學時主修的外語是俄語，僅在最后一個學年聽過英語課，這樣的英語基礎不足以閱讀英文文獻。為了更好地參與科研，高從堦暗下決心要提高英語水平。
1972年，他花了近一個月的工資，買了一臺收音機用來學習英語。經(jīng)過一段時間努力，他可以準確高效地閱讀英文文獻。然而，他并不滿足，又學習了日語。經(jīng)他翻譯的多篇日本反滲透膜研究領域的第一手資料，為我國的膜技術研究提供了有價值的前沿信息。
1982年2月，高從堦參與了一次為期2年的出國學習。在此期間，他與導師一起，在國際上首次采用離子交聯(lián)復合法、功能團等當量反應法和孔徑熱保護法制備多種復合膜，最終發(fā)表兩篇有關荷電膜研究的科研論文。
高從堦回國后，他帶領團隊研制出國內(nèi)第一張芳香族聚酰胺反滲透復合膜，填補國內(nèi)空白；在國內(nèi)最先建成芳香族聚酰胺反滲透復合膜生產(chǎn)線，初步實現(xiàn)反滲透復合膜的產(chǎn)業(yè)化；在國內(nèi)首次實現(xiàn)活性染料脫鹽純化提級的工業(yè)應用……
當被問及如何做科研，高從堦告訴年輕人：“做科研不能只知埋頭苦干，更要學會抬頭看世界前沿。”
他講起自己早年的經(jīng)歷，“1974年，我開始帶團隊獨立做科研項目，那時候沒經(jīng)驗，找到一個方向就悶頭往前沖，但研究了近一年，便決定放棄。”原因是與國內(nèi)其他研究團隊“撞題”。
“相同的科研項目，別的團隊有三四十名科研人員參與，我們只是幾個人的小團隊，強行推動項目，是對科研資源的浪費。”高從堦轉(zhuǎn)換賽道，轉(zhuǎn)而開展CTA相關研究。這次的及時轉(zhuǎn)型，推動我國在上世紀80年代擁有了自主研發(fā)、自主設計、自主生產(chǎn)的中空纖維反滲透膜。
50余年的科研生涯，高從堦見證了中國膜分離產(chǎn)業(yè)從無到有、從有到優(yōu)的發(fā)展歷程。據(jù)統(tǒng)計，2023年，中國膜企業(yè)總數(shù)達2000多家，膜工業(yè)總產(chǎn)值約4384億元，占全球膜工業(yè)總產(chǎn)值的30%左右。在大規(guī)模應用方面，我國的膜分離技術基本達到世界先進水平，是全球最大的分離膜生產(chǎn)國之一。
堅守一線，不斷推動膜技術應用場景拓展
在浙江工業(yè)大學莫干山校區(qū)，高從堦團隊成員、浙江工業(yè)大學化學工程學院實驗師徐燕青正在開展耐溶劑納濾膜的工業(yè)化放大實驗。年逾八十的高從堦觀看片刻后，指著已經(jīng)頗具規(guī)模的長卷膜材料給出建議：“膜材料的工業(yè)化放大應用，除了膜材料本身的耐溶劑特性，還要考慮其他組件和粘膠的耐溶劑特性，這是一項系統(tǒng)性工程。”
在高從堦等專家的指導下，浙江工業(yè)大學憑借“新型膜法水處理關鍵技術及應用”項目獲得2023年度國家科技進步獎一等獎。該新型膜法處理技術，取得了海水淡化、超純水制備、醫(yī)藥純化、核沾染水處理等多項關鍵技術突破。
令高從堦的學生周勇敬佩的是，高從堦現(xiàn)在仍堅持每天閱讀膜技術領域最新外文文獻，遇到有啟發(fā)意義的，他會寫上自己的思考后分享給大家，為科研工作打開新視野。
雖然科研工作非常忙碌，每逢接到高校講座或?qū)W術研討的邀請，高從堦都欣然前往，“如果我們這一輩人的經(jīng)驗能給予青年一些啟發(fā)，那再好不過了。”
“潔凈廠房用的空氣凈化器、醫(yī)院用的血液透析儀、太陽能面板等產(chǎn)品都有膜技術應用。”高從堦介紹，社會的進步和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都需要膜技術，除了廣泛用于海水和苦咸水淡化、飲用水凈化的液體分離膜外，還有氣體分離膜、特種分離膜、新能源膜和醫(yī)用膜等種類，現(xiàn)已基本實現(xiàn)國產(chǎn)化，并應用于各行各業(yè)。
隨著膜技術在其他領域的應用不斷拓展，未來科研人員大有可為。高從堦期待更多的科研人員勇于嘗試、不斷探索，共同推動中國膜技術繼續(xù)取得新突破。
本報記者 顧 春 《人民日報》(2025年04月03日 第 06 版)