重离子微孔膜粗看是半透明塑料薄膜。

微孔膜防护口罩

两个大国重器落户惠州,很多人不太容易理解这样的高科技与当地经济社会发展的关系。其实,除了科技创新、人才汇聚、技术应用之外,产业发展则是大科学装置与惠州已经和正在发生的亲密接触。比如,小到可开水浸泡消毒的抗疫口罩,大到能应对几倍流量的污水处理组件器,一张由重离子技术研制出来的高科技“薄膜”就功不可没。

可反复使用的“黑科技” 口罩

今年一场突如其来的新冠肺炎疫情,让惠州市科近离子膜材料研究院(下称研究院)走进了公众视野。研究院是由中国科学院近代物理研究所与惠州市科学技术局合作共建,依托中国科学院近代物理研究所在核物理和加速器方面的技术人才优势,引进多个学科的人才,形成“产学研用”的科研团队,从事新材料研究和技术开发,进行重离子微孔膜技术在水处理、环境保护、食品、生物、医疗、防伪等领域的研究,促进科研技术的民用化,创造新的经济价值。项目负责人莫丹博士是中国科学院近代物理研究所研究员、中国科学院大学博士生导师、中国科学院青年创新促进会会员,主要从事重离子微孔膜成果转化与产业化工作。

2月中旬,正是各类医用防疫物资尤其是防护口罩紧缺之时。在广东惠州,惠州离子科学研究中心和惠州科近离子膜材料研究院接到先进能源科学与技术广东省实验室的一个紧急任务:研究探讨重离子微孔膜在防疫物资方面的应用。研究院充分发挥在重离子微孔膜领域内的人才与技术优势,最后决定先从民用口罩入手进行技术攻关,紧急研发出一款民用重离子微孔膜防护口罩,成功后委托惠州市泓源水处理科技有限公司实现量产。

与普通口罩不同,惠州研发的这种口罩将用上一个高科技组件——利用重离子技术制造的微孔膜。惠州市泓源水处理科技有限公司总经理刘广停和研究院负责人莫丹博士等技术骨干们接受任务后,立即结束春节假期返回惠州,开始了没日没夜的试验。十几天后,他们终于拿出了合格的样品,大家都为此瘦了好几斤。

3月初,一款可重复使用的“黑科技”口罩在惠州面世。经广州市微生物研究所检测,该口罩颗粒过滤效率可达75%,远高于医用外科口罩颗粒过滤效率30%的标准;呼吸阻力约为13帕,远小于外科口罩49帕的标准;细菌过滤效率为约90%。

同时,该口罩可耐120摄氏度高温,单次使用后,用沸水浸泡10分钟消毒杀菌,晾干后即可继续多次使用——直到口罩整体被“用坏”为止。经第三方机构检测,该款口罩重复使用20次以后,整体性能不下降。当时,这款口罩被大量捐给了当地防疫部门,并陆续投放市场,一定程度上缓解了防疫物资紧张局面。

重离子微孔膜污水处理技术

这只是离子膜应用的“牛刀小试”, 科近离子膜材料研究院的目标,是要将技术应用到水污染治理领域。项目负责人莫丹博士认为,这才是目前应用最广、效益最大的领域。

污水处理器的核心组件是过滤板。搭载了微孔膜的过滤板,最近已在研究院研制成功。它能拦截更微小的颗粒物,几乎不会被堵塞(因此可在清洗表面后反复使用),且能应对几倍的瞬时过水量——这在夏天骤雨频仍的华南地区尤其有用。

惠州市泓源水处理科技有限公司总经理刘广停向记者展示了一台小型化水处理设备,只见深色污水经过重离子微孔膜组件处理后,污水瞬间变得干净透亮,让人印象深刻。

“配以其他处理技术,重离子微孔膜在针对不同行业污水处理中的应用前景非常广阔。”项目组负责人莫丹博士对此十分自信。

科技的每一次进步,都在国计民生上留下浓墨重彩的一笔。

近水楼台先得月。目前,由惠州科近离子膜材料研究院研制的新型雨污两用污水处理设备已在惠南科技园投入中试产水,产水水质明显优于地表五类水。

按照刘广停的设想,这样的高科技污水处理产业第一步是解决雨水、河道水、景观水的治污,第二步延伸至医疗废水、垃圾填埋场废水的无害化处理。未来,小型化低成本的海水淡化工程也能拓展,主要用在无人岛礁上。

“惠州比较早开始整治修复西湖及其他河涌水质,我觉得可以应用上这种技术。让水体自净、自我修复的根本,就是让水中高效增氧,水生动植物有了好的生存环境,就能达到自生态循环。”刘广停说,现在要做的就是要争取尽快完成产业化应用。

微孔膜每个孔道都是直线贯通

一张重离子微孔膜成了抗“疫”利器,个中缘由,要从它的“出生”说起。

在兰州的实验室里,重离子加速器停止,一张薄如蝉翼的塑料膜被工程师小心取出,一次重离子束流轰击已在其上打出无数纳米级别口径的微孔径迹。再经过蚀刻,一张重离子微孔膜就诞生了。

据悉,普通过滤膜靠的是物理拉伸和化学蚀刻来打孔,不但孔道大小宽窄不一,还并非直线贯通,导致过滤能力不佳、不耐高温和容易变形,还容易将过滤后物质“卡”在曲折的孔道里无法清除,久之就堵住了。

而微孔膜毫无上述缺陷,它的每个孔道都是直线贯通,且大小相等,可耐高温,过滤物质无法留存,一冲一刷即清除干净——这也是离子膜口罩可经烫洗消毒重复使用的原因之一。文、图/广州日报全媒体记者谢英君、

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