應用為“坐標”堅持前沿探索的青年“膜術師”
——記中山大學“百人計劃”學者楊皓程副教授

1994年北美膜學會時任會長訪問中國時曾說過：“誰掌握了膜技術，誰就掌握了化學工業的未來。”時至今日，中國已成為膜技術推廣應用大國，卻還不是膜開發強國，實現從膜應用大國向膜技術強國轉變尚需各方包括科研工作者的共同努力。

“90后”青年學者楊皓程博士，正是這支隊伍中的一員。

結緣膜技術

膜技術可在溫和、低成本條件下實現物質分離，已成為當代解決人類面臨的能源、水資源、環境等領域重大問題和支持傳統產業技術升級的共性技術。多年來，作為戰略性新興產業，在國家大力支持、市場需求激增的大背景下，我國膜工業發展迅速，目前已成為世界膜技術發展最活躍、膜工業增長最快、膜應用市場最大的地區之一。

28歲的楊皓程本科畢業于浙江大學，2012年保送讀博，由此開始從事聚合物分離膜的表界面工程研究。2015年底作為訪問學生，赴澳大利亞新南威爾士大學化工學院交流學習約半年時間。2017年獲得博士學位后，赴美國阿貢國家實驗室從事博士后研究，并于2018年獲得該實驗室杰出博士后研究獎。今年9月，作為“百人計劃”青年學術骨干，被引進至中山大學化學工程與技術學院，任副教授。

取得多項前沿創新成果

楊皓程副教授在第十屆亞太膜會議分會上做報告

投身我國膜技術的創新與發展以來，楊皓程立足實際問題，堅持前沿探索，為中國膜技術發展做出了自己的貢獻。

他發展了多巴胺輔助共沉積技術，促進貽貝仿生化學在分離膜表界面工程上的應用，開發出一系列高性能膜材料。

分離膜是現代化工過程的核心部分，不僅可用于污水處理、海水淡化等過程，還可作為膜接觸器或膜反應器應用于化工反應過程。而膜作為一種多孔的高比表面積的材料，在應用過程中直接與料液接觸，其表界面性質對膜性能的影響至關重要。

貽貝仿生表面化學是以多巴胺為主的一類生物分子，在溫和條件下對材料表面進行修飾的化學過程。具有反應條件溫和、適用范圍廣泛、后功能化多樣等諸多優點。但與此同時，沉積時間冗長、涂層均勻性欠缺、酸堿穩定性差，成為阻礙多巴胺沉積技術發展與應用的主要瓶頸。楊皓程開展科研工作伊始，貽貝仿生化學剛被學術界所關注。為了克服其缺陷，讀博期間，他首次引入第二組分聚乙烯亞胺，利用共沉積策略對技術進行了改良，結果沉積時間明顯縮短，其親水性與穩定性等也都有顯著提高，由此拓展了貽貝仿生化學在分離膜表界面工程上的應用。

之后，楊皓程以此為基礎，發展了一系列親水改性膜、有機—無機復合膜、納濾膜等高性能膜材料。

他還進一步發展了仿生礦化法在有機—無機復合膜制備過程中的應用，提出普適仿生礦化模型，并將其應用于油水分離膜的制備中。

有機—無機復合膜是同時結合有機材料與無機材料兩者優點而發展起來的一類新型膜材料，但由于有機材料與無機材料間的界面相容性較差，往往又限制了這類膜材料的制備。為此，楊皓程所在課題組首次嘗試用模仿自然界生物礦化過程的仿生礦化法來對膜表面進行溫和的無機物復合，效果顯著。楊皓程在這項工作中的貢獻在于進一步發展了這一過程的普適原則，極大降低了實驗操作難度，拓寬了適用的礦物種類，從而推進了其由理論實驗向實際應用轉變的進程。“我們同時發現，經仿生礦化法處理后的這類高表面礦物覆蓋率的膜，在油水分離，特別是較難處理的原油分離中表現出了極大的潛力。”

在此基礎上，楊皓程利用原子層沉積技術研究不同氧化物包覆的聚合物膜的抗原油污染能力，為油田廢水及海上油污的膜法處理提供了理論基礎。

此外，他發明了氣—液界面輔助的Janus膜制備技術，并首次將其應用于超細鼓泡、膜乳化等領域，推動Janus膜由理論研究走向實際應用。

Janus膜是指兩面具有不同甚至相反性質的膜材料，這類膜具有特殊的傳遞現象，并且在涉及兩項界面的過程中表現出比均質膜更好的性能。這一概念自2010年首次被提出以來，受到世界廣泛關注，只是其研究一直停留在理論層面。楊皓程研究發明了氣—液界面輔助的Janus膜制備技術，推動Janus膜的實際應用，并論證了它的性能優勢及背后的機理。他們還提出Janus膜的一些新應用，如用于超細鼓泡、膜乳化過程，這使得Janus膜在最近兩年得到極大關注和發展。

在讀博士與博士后的6年時間，楊皓程共發表SCI論文近50篇，其中3篇第一作者論文入選為ESI高被引論文。他還榮獲2015年浙江省化學會創新獎，當選為2017年浙江省優秀畢業生、浙江大學優秀畢業生。

楊皓程坦言，自己走上膜科學研究道路，需要感謝導師，中國膜科學領域著名學者徐志康教授。“我的博士導師對我的科研與人生道路產生了重大的影響。他在學術與做人方面的垂范和教誨都讓我受益匪淺。”

助力“海洋強國”建設

目前楊皓程正忙著籌建實驗室。他表示，實驗室未來的研究將集中在海洋防污材料表界面工程和海水淡化技術的優化與開發兩個方面。

海洋中的微生物與動植物在海洋設備表面黏附、繁殖形成的生物污垢，即海洋生物污染，它會給海洋運輸與海洋勘探等產業帶來不利影響。楊皓程將與團隊通過設計表面改性方法，對生物污染過程展開研究，繪制海洋防污材料構建的“路線圖”，由此開發出具有工業應用價值的防污涂層。

膜技術在海水淡化中發揮重要作用。不過，用于海水預處理的膜組件本身也受到海洋生物污染的威脅。為此，楊皓程將嘗試為海水淡化膜系統“穿上”抗污染涂層。此外，他還將致力于更節能高效的海水淡化體系的設計，開發具有實用價值的光熱海水淡化設備。

海洋工程中的膜技術是當前和未來國際競爭的一個焦點。接下來的日子里，楊皓程將與膜科學領域的同道一起努力，提升膜技術在我國海洋強國建設中的貢獻度。