人生不设限，90后材料女博士造出令科学界惊叹的原油分离“膜”
目前，原油分离仍依赖于传统高能耗的精馏技术。近年来，聚合物膜分离技术发展迅猛，诸如反渗透膜已经占据了海水淡化市场，这是因为与蒸馏等更传统的方法相比，反渗透膜可以大大降低能耗并获得良好的经济效益。然而，针对原油分离而言，高效的膜材料较为缺乏，主要原因在于大多数的聚合物膜在原油分离过程中无法同时实现高通量与高选择性。传统界面聚合法制备的聚酰胺超薄膜具有致密的网络结构，广泛应用于工业海水淡化过程。但由于受到膜亲水性能的限制，该方法制备的超薄膜尚未在原油分离中得到应用。
突破令科学界惊叹的“膜”
2022年，8月，国际顶级期刊Science和Nature相继报道了一篇来自英国帝国理工学院研究团队的论文，关于研究通过实验分析和模型建立，制备能高效应用于原油分离的膜材料，为实现低碳和节能减排提供了一种新的思路。论文的第一作者是毕业于帝国理工学院的博士李思瑶，是位年轻的“90后”，温州永嘉县金溪人。能在国际顶级期刊杂志上发表文章，并只用了三年零三个月便取得了世界排名第八的英国帝国理工学院工学博士学位，这当中有导师的耐心引导，有师兄们的悉心指点，有一点幸运的加成，但还不是全部。
李思瑶坦言，在课题初期，每一步的探索都充满挑战。她的导师——帝国理工学院 Andrew Livingston 院士、江志伟和她一起构思了新颖的想法，并设想了实验成功后会出现的结果，很有趣但也非常复杂，令人无从下手。
江志伟的人生似乎因为一瓶茅台而发生了奇妙的变化。几年前，他的朋友从国内给他带了一瓶茅台，他当时发下宏愿：只有在发顶级期刊的时候才会喝这瓶茅台。可是，这瓶茅台却在今年9月被他一饮而尽，原因是他在一个月内竟然两次登上发顶级期刊的宝座。
第一次，是在8月31日，以英国伦敦玛丽皇后大学研究员的身份，江志伟成为论文第一作者，并将这篇论文发表在Nature上。第二次，则是在9月29日，他首次担任通讯作者，李思瑶为第一作者，并将其发表在Science上。这些光荣的成就，让江志伟、李思瑶获得了来自合作公司、科学界同行和所任职学校等方面的赞誉与祝贺。
江志伟回想起他的求学经历，十年之间，他“误打误撞”地进入了科研领域，并现在怀着情怀投入到这项事业中。他在谈论这两篇论文时说到：“我感受到人生命运的改变有时就是这么突然，柳暗花明，越过山丘，之后又是另外一番天地！”
一次成功的科研探索
李思瑶很早已经开始接触有关膜材料分离的研究，在大学本科、硕士期间，就曾跟随导师们参与过不少相关课题，因此对于漫长而枯燥的科研道路，她早已做足心理准备，但成果倒是比预想中来得更快一些。在得知自己的研究被相继刊登在国际顶级期刊《自然》《科学》杂志上，李思瑶心里还是会泛起微澜。
“这种成就感是很难描述的，也是其他工作无法比拟的，我的这项研究其实是相对技术应用型的，与传统能量密集型的蒸馏和分馏技术相比，实现原油膜分离可以大大降低能源需求并获得良好的经济效益，如果能够实现市场化，可以节约不少资源，而研究成果能得到权威杂志的认可，想想还是比较兴奋的。”
科研是在探索未知的世界，为未解的问题提供有效的解决方案，精彩科研结果背后是每一个科研人员日复一日的尝试，幸运的时候，几十次尝试能有一些微小的进步，但也有的时候，实验结果不尽人意。
李思瑶坦言，在课题初期，每一步的探索都充满挑战，她的导师——帝国理工学院Andrew Livingston院士和她一起构思了新颖的想法，并设想了实验成功后会出现的结果，很有趣但也非常复杂，令人无从下手。
“近年来，聚合物膜分离技术发展迅猛，诸多海水淡化膜已经投放市场，然而，目前针对原油高效分离的膜材料较为缺乏，这主要是由于大多数的聚合物膜在分离过程中无法同时实现高通量与高选择性。近年来，科学家们也在不断尝试将超薄膜材料扩展应用于原油分离中，例如将传统界面聚合法制备的薄膜材料进行表面修饰改性，以提高其疏水性能。然而这种局限于表面的修饰手段对于膜在非极性溶剂系统当中分离性能的提升较为有限，因此，在全世界能源化工领域是仍是棘手的问题……”
有别于之前科学家们尝试的表面修饰，李思瑶要做的是，是对膜材料进行贯穿的整体改性，类似于人体内水通道蛋白的概念，在超薄膜中引入一个原油分子的传输通道。在很长一段时间里，实验一度没有进展，不断尝试却又不断失败，李思瑶也曾经一度质疑过当初构想的可行性。
“原油牵涉到一个是膜分离技术，一个还涉及化学合成技术，这其实跟我学的化学工程差别还是比较大的，所以在整个研究过程当中，又重新去补充了很多知识，在不断调整的情况下，才摸到了一点思路。”
一点点调整，一点点进步，有时候一张膜要重复制备几十次，从而确保实验成果的可重复性，探索未知本身的意义成了支撑李思瑶坚持下去的动力。“能做自己喜欢的事，并能把它做好，我就已经是幸运的了，只用了三年多的时间认证了自己的猜想，这当然很好，但不论实验结果是否如设想的那样成功，这个过程都是值得坚持下去的。”
人生不设限
凭借这篇论文研究和在校期间始终保持专业前10%的优异成绩，李思瑶在去年顺利拿到了帝国理工学院的博士学位，导师积极支持她继续攻读博士后，从事科学研究，但李思瑶却选择了回到国内，转而从事起科研咨询行业。
“今年年初刚刚回国，找了相当于是为企业提供技术服务、技术解决方案的这么一个工作，倒不是说对研究工作产生了厌倦，而是想在明确未来从事的道路之前，再多接触一些内容，也多了解一些现实情况，扩展自己的边界。”
虽说是个理科生，又学的化学工程，但李思瑶并不是那种会把自己的目标严格量化的人。“我会给自己一个方向，能走多远就是看自己努力，也不会说‘不达目的誓不罢休’的那种，凡事只要尽全力了，我享受努力的这个过程，结果倒不是最重要的。”
这份从容的态度，李思瑶自学生时代起就一直保持着。由于父母在外经商，工作繁忙，在学业上对李思瑶也从没有过多的管束和要求，李思瑶从小开始便是一个人自觉学习，独立做事。“大部分时间都住校，然后在国外也是拿了全额奖学金，自己租房子住，跟爸妈其实聚少离多，都是电话视频联系，但他们一向对我的任何决定都很支持，相比学习成绩，他们更关心我的生活。”
而在父亲李金平和母亲吴素芬的印象中，李思瑶倒也不是一直都是“别人家的孩子”，幼时还相当调皮。“小学的时候，那时候我们在外面打拼，没有把她带在身边，她就是上课老坐不住，在墙上乱涂乱画的，经常被老师教育的。”最后，因为挂念女儿，两人还是克服了一切困难，把李思瑶接到了身边照顾。
“我们两个学历水平也不高，就是初中学历，基本上没办法辅导小孩，所以当时还让她寄宿在老师家里学习，学习成绩一下子就上来了。”初中进入绣山中学，高中又考上了温州中学，自此李思瑶就一直保持着优异的成绩。而在学生时代对化学课程产生的兴趣，让她选择了有着国内化工专业排名第一的天津大学就读。
“可能老师对我的影响比较大，会注重培养我的学习习惯，我一直不是那种死读书的人，比较注重学习效率，在英国留学的这些年，还利用课余时间几乎走遍了英国大大小小的城市，也去过不少欧洲国家，但是科研工作也没有落下。”
此外，课余时间，她还一直担任本科生助教，她将自己的科研热情带给了她的师弟师妹们。
“我觉得自律才能带来自由，才能在每一个人生节点能有更多的可能性，知道自己想要什么，就有动力去尝试，不要担心会犯错，这在实验当中是很常见的，或许最终我还是会回到科研的道路上，但是我相信我眼下的工作经历会成为生命中另一段风景。”
在李思瑶看来，科学研究的最大魅力，在于利用自己的专业知识，去帮助解决环境能源等人类生存发展问题，而她也还想尽自己的微薄之力继续为绿色低碳、节能减排提供新思路。“科研固然是一项巨大的挑战，但只要想到我们在黑暗中淘出的一点杂质或者精华，可以为后来人疏通一些障碍、避开一些误区，就是一种莫大的满足啊。”
高通量、高选择性、高稳定性是拓展膜在原油分离应用中必不可少的条件。此研究中，通过巧妙的分子设计，将自组装团聚体引入到传统的界面聚合中，有效地提高了聚酰胺超薄膜的疏水性能，为实现膜材料在极具挑战的原油分离中的应用提供了新的思路。
来源：贤集网——材料魔法师
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时间
2023-07-20 08:31:59
作者
贤集网——材料魔法师