2024年10月25日至10月27日，罗建泉老师带领生物分离膜工程课题组的同学参加了在绍兴举办的2024第八届全国膜技术青年科学家大会。本次大会由中国海洋学会海水淡化与水再利用分会、全国膜技术信息站主办，浙江大学绍兴研究院、浙江大学膜与水处理技术教育部工程研究中心、中国海洋学会海水淡化与水再利用分会青年专家委员会、浙江省膜学会以及浙江省膜产业协会承办。大会特邀了新加坡工程院王蓉院士、浙江大学膜与水处理技术教育部工程研究中心徐志康教授做大会报告，并邀请中山大学孟凡刚教授、华中科技大学赵强教授、南京工业大学孙世鹏教授、大连理工大学阮雪华教授、海南大学潘福生教授、中国科学院山西煤炭化学研究所李南文研究员、浙江大学姚之侃特聘研究员分别做大会主旨报告。各领域的专家学者们深入分享了最新的研究成果，涵盖了膜材料设计与应用等多个方面。
图1 大会报告
大会同时设立了各大分会场，其中专家们就团队的最新研究进行了详细介绍。而在本次报告涉及到的主题中，我们对膜结构设计和机器学习较感兴趣，因此主要学习了相关会场的部分报告。
膜结构设计及调控
膜的性能（渗透性、分离选择性、抗污染性、稳定性）主要由膜结构（如孔径大小及其分布、孔隙率、厚度和粗糙度）和其化学性质（如官能团、交联度、亲/疏水性和荷电性）所决定。新加坡国立大学王蓉老师为解决海水淡化中硼难以去除的问题，在界面聚合过程中引入含氟单体以及利用长链脂肪胺对膜表面进行修饰，从而增强反渗透膜的疏水性，减弱硼与膜表面的相互作用，并提升膜结构的致密性。华中科技大学赵强老师针对聚电解质纳滤膜存在的低渗透通量和低Mg2+/Li+选择性的问题，通过设计高活性环状强电解质制膜以及利用强电解质定向改性分离层（孔径非对称结构）等方法，实现了纳滤膜在渗透性、选择性和稳定性方面的同步提升，并进一步完成了双重非对称结构的规模化应用。南京工业大学孙世鹏老师则关注到相似离子的分离，通过将埃米级多孔Tröger’s Base单元与离子吸附位点结合，精密构筑了离子化亚纳米通道微孔膜。天津工业大学李少路老师针对有机溶剂纳滤过程中通量普遍偏低的问题，设计合成了一系列具有多个反应位点的扭曲分子分别作为水相单体，实现功能层的超薄特性和高微孔性，从而确保其快速渗透以及同时保证溶质分子的优异截留能力。课题组罗建泉老师则针对耐酸、耐碱等应用场景的特种分离纳滤膜的设计和制备进行了详细报告，通过单体选择（如磺胺单体）、界面聚合过程调控（如催化剂锚定、催化剂模板辅助、分区调控界面聚合、多重界面聚合）以及精细后处理手段（如溶胀深度接枝）实现了分离层孔径结构与电荷空间分布的精密调控。制备的特种纳滤膜渗透选择性、运行稳定性和抗污染能力显著改善。
针对单体分子在界面聚合过程扩散-反应不连续性的问题，苏州大学朱玉长老师在有机相/水相侧引入表面活性剂，实现了聚酰胺膜的精确离子大小分化，从而实现极致的Li+/Mg2+选择性。江南大学董亮亮老师则针对药物分子/无机盐的选择性分离，利用甜菊糖苷这一植物提取物为反应单体，成功构建了可用于药物脱盐的聚酯纳滤膜。另外，支撑层的结构与性质对复合膜分离层结构的形成、膜的机械强度及传质阻力等均起到至关重要的影响作用。浙江大学姚之侃老师从分离层-支撑层界面上的聚酰胺内渗现象出发，提出基于支撑层孔径和表面化学组分协同调控的策略来实现聚酰胺内渗的有效抑制。此外，共混表面引入含羟基分子链段（多巴胺）能够通过羟基基团牢固连接上下两相结构，从而系统地控制聚酰胺内渗，对于膜性能的突破具有重要意义。
图2 分会场部分报告
机器学习辅助膜设计
机器学习作为一种强大的数据驱动工具，近年来在膜领域得到了广泛应用。其通过挖掘和分析大量实验数据，为膜材料的设计、工艺优化和性能预测提供了新的解决方案。本次会议中的机器学习相关报告数量明显增加，宁波大学逯鹏老师通过机器学习建模，使用SHAP可解释性方法分析了膜制备参数-膜结构-膜性能之间的相互作用机制，为正渗透膜的制备提供理论指导，解决了支撑层结构与膜性能构效关系不明的问题。苏州大学孙哲老师则提出了一种基于无监督学习的虚拟模块化化合物枚举筛选方法，用于加速燃料电池的新型碱性阴离子交换膜的发现。使用这种方法筛选超过42万种潜在的化合物，而无需详细的标记数据，从而降低了对庞大数据库的依赖，极大地减少了数据需求，显著加快了高性能膜材料的筛选过程。浙江大学鲁丹老师则使用SHAP可解释性方法提取了影响膜性能的关键特征基团和特征参数，构建了分类知识图谱，指导高性能膜的定向设计。随着大数据和人工智能技术的发展，机器学习辅助膜设计已成为推动膜技术突破的重要手段，具有广阔的应用前景。
图3 机器学习部分报告
值得一提的是，本次会议开设了“快闪报告”专场，扩大了交流覆盖，更好满足不同青年科技工作者需求，反馈热烈。
图4 快闪报告
我们的舞台
在墙报交流环节，我们展示了最近进行的工作，与师兄师姐交流讨论，并且非常幸运的获得了优秀墙报（课题组罗建泉研究员作为第三届青年专家委员会主任主持了大会闭幕式，获得了一张与老师的合照）。另外，本次在分会场做的汇报，尽管本着“我可以丢脸，但不能给导师丢脸”的目标去准备，但在现场还是表现不佳。这也使我认识到了自己在演讲方面的不足，没有passion，且全程只看着电脑屏幕而没有与观众进行眼神交流（当然，师姐没有这样），以后在日常汇报中要格外注重，加强锻炼，提高自己的演讲水平。在返程的高铁上，回顾这次学术会议，感觉参加学术会议就像走进了一个知识的殿堂，各种前沿的研究成果和思想在这里交汇碰撞，并激发出无数新的灵感。
图5 展示与墙报颁奖
本次会议使我们更加认识到了自己的认知局限，同时也看到了膜领域的研究方向众多，充满了无限可能。我们意识到，不仅需要不断扩展已有的知识边界，还需要保持开放的心态，去接受新思想、新方法的挑战。这次会议激励我们在未来的研究中更加积极地探索，打破固有的思维模式，寻找更加创新的解决方案。非常感谢本次会议的筹办方，精心筹备了如此精彩的会议。此次会议汇聚了膜领域众多知名专家学者，他们分享的前沿研究成果，使我们受益匪浅。
