開篇：從”分子篩”到”工業(yè)命脈”，中空纖維膜如何改變世界？ 在凈水器濾芯中默默工作的中空纖維膜，在ICU病房血液透析儀里挽救生命的過濾裝置，甚至在航天器廢水循環(huán)系統(tǒng)中扮演關(guān)鍵角色——這種形似發(fā)絲卻內(nèi)藏萬千孔隙的材料，正以高效分離、低能耗、模塊化設(shè)計等優(yōu)勢，悄然重塑現(xiàn)代工業(yè)與生活的邊界。肖長發(fā)教授團隊深耕中空纖維膜領(lǐng)域二十余年，其研究成果不僅推動了制備技術(shù)的革新，更讓這一材料在環(huán)境治理、生物醫(yī)療等領(lǐng)域釋放出巨大潛力。

一、中空纖維膜的核心價值與結(jié)構(gòu)特性

中空纖維膜是一種具有不對稱多孔結(jié)構(gòu)的管狀分離材料，其內(nèi)壁致密層可實現(xiàn)分子級篩選，外壁支撐層則賦予機械強度。這種”內(nèi)密外疏”的獨特構(gòu)造，使其在保持高滲透通量的同時，具備優(yōu)異的抗污染性與使用壽命。 肖長發(fā)團隊在《Journal of Membrane Science》發(fā)表的論文中指出，中空纖維膜的性能突破源于材料選擇與結(jié)構(gòu)調(diào)控的協(xié)同優(yōu)化。例如，采用聚偏氟乙烯（PVDF）時，通過添加聚乙烯吡咯烷酮（PVP）作為成孔劑，可使膜孔徑分布均勻性提升40%；而引入納米二氧化鈦（TiO?）粒子，則能賦予膜材料光催化自清潔功能。

二、制備技術(shù)的三大創(chuàng)新路徑

1. 干-濕相轉(zhuǎn)化法的工藝升級

傳統(tǒng)相轉(zhuǎn)化法易導(dǎo)致膜孔結(jié)構(gòu)不均，肖長發(fā)團隊通過梯度凝固浴設(shè)計，將溶劑與非溶劑的擴散速率控制在納米尺度。實驗數(shù)據(jù)顯示，采用分段溫度控制的凝固?。?5℃→10℃→5℃），可使膜表面孔徑標準差降低至0.8μm，顯著提高截留率。

2. 熔融紡絲-拉伸法的突破

針對聚烯烴類材料，團隊開發(fā)出雙向拉伸耦合退火工藝。在180℃熔融紡絲過程中施加軸向拉伸，再通過橫向氣體膨脹形成微孔。這種工藝使聚丙烯中空纖維膜的孔隙率突破65%，水通量達800L/(m2·h·bar)，較傳統(tǒng)工藝提升2.3倍。

3. 靜電紡絲技術(shù)的前沿探索

為獲得亞微米級超細纖維，團隊采用多針頭陣列靜電紡絲裝置，通過調(diào)節(jié)PVDF/DMF溶液的導(dǎo)電性（添加0.5wt% LiCl），在20kV電壓下制備出直徑200-500nm的納米纖維膜。這種膜對0.1μm顆粒的截留效率超過99.97%，已用于高精度空氣過濾系統(tǒng)。

三、多領(lǐng)域應(yīng)用場景的技術(shù)落地

? 水處理領(lǐng)域的革命性應(yīng)用

在天津某工業(yè)園區(qū)廢水處理項目中，肖團隊開發(fā)的PVDF中空纖維膜生物反應(yīng)器（MBR）實現(xiàn)日均處理量5000噸。膜組件通量穩(wěn)定在25LMH，運行成本較進口產(chǎn)品降低37%，COD去除率高達98.6%。

? 醫(yī)療健康領(lǐng)域的生命守護

團隊與醫(yī)療器械企業(yè)合作研發(fā)的聚砜中空纖維血液透析器，通過表面接枝肝素分子，使凝血時間延長至4.2小時（普通產(chǎn)品為2.5小時）。臨床數(shù)據(jù)顯示，該產(chǎn)品對β2-微球蛋白的清除率提升至82%，顯著降低透析并發(fā)癥風(fēng)險。

? 新能源產(chǎn)業(yè)的跨界融合

在鋰離子電池隔膜領(lǐng)域，團隊首創(chuàng)三層復(fù)合中空纖維隔膜：外層陶瓷涂層提升耐熱性（可承受200℃高溫），中間層聚乙烯提供閉孔保護，內(nèi)層纖維素增強電解液浸潤性。該技術(shù)使電池循環(huán)壽命突破2000次，相關(guān)成果入選《Advanced Energy Materials》封面論文。

四、未來發(fā)展趨勢與技術(shù)挑戰(zhàn)

當前中空纖維膜研究正朝著功能化、智能化、綠色化方向演進。肖長發(fā)團隊最新開發(fā)的光熱響應(yīng)型中空纖維膜，通過負載碳量子點，可實現(xiàn)太陽光驅(qū)動下的膜污染原位清除，能耗降低60%。而在制備工藝綠色化方面，團隊正在試驗超臨界CO?替代有毒溶劑，已實現(xiàn)NMP用量減少85%的突破。 隨著3D打印技術(shù)的引入，定制化膜組件設(shè)計成為可能。團隊利用熔融沉積成型（FDM）技術(shù)，成功制備出螺旋流道增強型中空纖維膜，湍流促進效率提升70%，為工業(yè)級膜分離系統(tǒng)提供了全新解決方案。