如何破解科技与经济“两张皮”难题，推动产学研深度融合，让科研成果真正从“书架”走向“货架”？
身为南京工业大学副校长、膜科学技术研究所分子筛膜团队负责人，顾学红的答案是“自己动手，躬身‘种田’”。
成立于2023年的江苏旭一高科技有限公司（以下简称“旭一高科”），正是这亩“试验田”。天然气里的二氧化碳难脱除，石油炼化中“双胞胎”分子难分离，再到有机溶剂的高效脱水，一直是能源化工行业的“老大难”。公司正在发动一场“膜”法革命，凭借全球首创的中空多孔陶瓷基分子筛膜技术，精准筛分各类分子，重新定义工业气体分离与有机溶剂纯化的技术边界。
分子筛膜“精准术”
今年3月底，一则消息在能源化工领域引发关注：南京工业大学顾学红、王学瑞教授团队历时五年攻关，研发出全新的分子筛膜制备技术，成功制备出能规模化生产的高性能沸石分子筛膜，为工业气体装上了“精准筛选器”。相关成果发表在国际顶级期刊《自然·通讯》上。
顾学红是旭一高科的创始人、首席科学家，王学瑞则担任旭一高科总经理。这项前沿成果从实验室走向产业化的主阵地，正是这家成立仅三年的年轻企业。
为什么工业气体分离需要这样一张“精准筛选器”？答案藏在能源化工行业的现实困境中。
天然气从地下开采出来时，往往混有二氧化碳。二氧化碳不仅热值低，还会在水的共同作用下腐蚀管道。因此，天然气在进入输气管网前，必须将二氧化碳脱除到3%以下。传统方法采用深冷分离，需要将温度降到气体分子液化的程度，而这一过程动辄零下100多摄氏度。一座百万吨级的天然气处理厂，仅分离环节的年耗电量，就是一个天文数字。
同样的困境也存在于石油炼化领域。那些化学组成完全一样、仅空间结构不同的“分子双胞胎”——同分异构体，性质差异微乎其微。用传统精馏塔分离，塔身动辄上百米高，且难以高效分离。
据了解，沸石分子筛膜是一层布满超小细孔的“分离膜”，仅允许符合尺寸的气体分子通过。然而，这张膜的制备，长期存在两大行业“拦路虎”。“一是膜层太厚，气体分子穿过膜的阻力大、跑得慢；二是从实验室规格膜样品放大到工业规格膜产品，很容易出现缺陷，就像一块布上有了针眼，大分子也会从小漏洞里溜过去，导致分离效果大打折扣。”顾学红表示。
对于团队亮出的“胚胎沸石介导缝合成膜”新策略，论文第一作者游乐凯博士如此比喻：“传统膜层内缝隙的消除，就像在石子路上铺沥青，缝隙总填不平。”而在新策略中，团队先培养出微小的“沸石胚胎”，然后通过缩合反应，让这些胚胎像积木一样紧密拼接，相邻的沸石晶体之间形成化学键，最终长成一块没有缝隙的连续分离膜。
这就像拿一根“针线”，在原子层面对沸石分子筛晶体实现精准“缝合”，织就“无缝衔接”的分离膜。王学瑞介绍，这一“缝合”技术实现了三大突破：一是更薄——膜厚度降至560纳米，相当于初始晶种层的厚度，气体穿透阻力大幅降低；二是更准——当用于天然气脱除二氧化碳时，每300个透过的气体分子中，甲烷分子数量还不到2个，筛选气体分子的精准度高；三是更大、更通用——成功制备出工业规格分子筛膜组件，实现了从实验室样品到工业级组件的跨越。
该技术在有机溶剂提纯领域，同样大显身手。乙二醇生产过程中会产生一种叫“杂醇油”的副产物，里面含有甲醇、乙醇等有用成分。但因为水和乙醇像“连体婴”一样难以分开，很多企业只能把它当低价燃料烧掉。团队利用分子筛膜的“精准筛选”能力，成功打破了水和乙醇的共沸瓶颈，开发出一套完整的提纯工艺，能把杂醇油变成纯度高达99.8%的乙醇产品。
产业突围“试验田”
如果说“无缝衔接”的分离膜是技术胜利，那么，实现科技同产业的“无缝对接”，才是这场“膜”法革命真正的落脚点。
2023年，旭一高科应运而生。“我把这家公司当作一块‘试验田’，用来探索如何实现快速、高效的技术成果转化，让教育、科技、人才真正一体化。”顾学红说。
在这块“试验田”里，核心团队以南京工业大学化工学院为班底，又注入市场化血液，集结了一批既具备独立技术研发能力，也拥有坚实商业运营基础的人才。这种“学院派+市场派”的混编队伍，左手保持技术源头的创新能力，右手确保产业化路径的专业高效。
同时，团队与行业龙头企业、重点单位开展合作，构建了以企业为主体的任务牵引型创新联合体，有效打通了从基础研究到产业应用的“最后一公里”。
实验室里的“尖子生”，到了真实工业环境中还能不能打？这是技术团队必须直面的问题。
为此，团队将膜组件置于含2500ppm硫化氢、饱和湿度的沼气提纯工况下测试。尽管该环境相比天然气要苛刻得多，但结果显示，膜组件稳定运行超过220天，能同步实现二氧化碳、水和硫化氢的渗透，硬生生扛住了这场极限大考。
顾学红坦言，放大过程的核心是“稳”字当头：一是膜生产过程的稳定性，确保膜产品的品质稳定；二是膜使用过程的稳定性，确保工业装备的平稳运行。
如何把原材料从杂乱无章的原子，合成规整有序的分子筛膜，一直是国际学术界和产业界关注的焦点。“如果分子筛膜的生产和使用仅靠经验，一些细微的原料变化或者环境条件变化造成的杂质影响，都可能导致结果天差地别。”为此，团队借助人工智能手段，试图将这一“黑匣子”过程定量化、可控化。
此外，依托全球首创陶瓷中空纤维分子筛膜技术，旭一高科的膜不仅通量高、装填密、性能稳定，能实现分子级别的分离，还能大幅度降低膜的生产和应用成本。
如今，公司已经形成中空纤维分子筛膜与成套装备、分离集成系统整体解决方案，广泛应用于医药、化工、电子、新能源等行业的有机溶剂脱水和气体分离场景。产品落地江苏、浙江、河北、内蒙古等多个省、自治区，客户名单中不乏国内知名化工企业。
“产品带来的价值很直接：降低能耗、减少排放、为企业创造效益。”公司总经理王学瑞直言，“特别是在当前对节能减排要求越来越高的情况下，我们的技术相当于给企业装上了一台既能‘创收’又能‘增绿’的双引擎。”
“种”出创新集群
硬核技术的诞生，都离不开漫长而寂寞的沉淀。
公司董事长洪周回忆：“最早孵化项目的时候，我们就在江苏膜科技产业园的7号小楼里，顾老师带着我们年轻人，一干就是十年。”
从载体制备到成膜工艺，再到组件封装，每一个环节都是“硬骨头”。强度不够、膜层脱落、合成重复性差……问题一个个暴露，又一个个被攻克。正是这种在放大中发现问题、回到实验室研究机理、再回到中试线验证的“拧螺丝”式循环，铸就了成熟稳定的产品体系。
眼下，旭一高科的目光已投向更广阔的未来。从液体到气体，分子筛膜的工业应用版图正在不断扩展。这项成果还将为天然气提氦、同分异构体分离等场景提供可行的技术路径。
南京市创投集团未来天使投资部相关责任人透露，“目前旭一高科产线满负荷工作，创投集团也在协助企业寻找合适的场地以建设新产线、扩产能。”在他看来，前沿新材料是南京和江苏省重点培育的未来产业之一，高性能分离膜材料也被列为国家关键战略材料，“我们希望旭一高科能够始终坚持‘把科技成果转化为实实在在的生产力’的发展理念，成长为新型膜材料领域的龙头企业，为国家双碳目标的实现贡献更多科技力量。”
在旭一高科的办公楼里，年轻人的身影穿梭其间，洋溢着创新创业的活力。“他们中的很多人是我的学生，许多研究生在校期间所做的成果，毕业后直接带着技术到公司深化、转化，有的还成为公司核心技术骨干。”顾学红介绍。
以真实产业需求为牵引，以人才培养为根基，以市场化运营为保障，构建起从基础研究、技术攻关到产业应用的完整闭环。这一模式不仅在旭一高科跑通，也在一片园区里复制——以膜科学技术研究所为核心的产业园，已孵化出18家高科技企业，集聚行业相关公司200多家，成为全国膜技术与膜产业的创新高地。
这是一场关于“膜”的革命，更是一场关于科技成果转化机制的深刻探索。把论文写在祖国大地上，让成果长成参天大树，终将汇聚成一片繁茂的“科创森林”。
来源：南京市创投集团
