（中國粉體技術(shù)網(wǎng)/劉莉）據國家環(huán)保部的《國家“十二五”環(huán)保產(chǎn)業(yè)預測及其政策分析》報告初步估算，“十二五”期間環(huán)保投資需求約為3.1萬(wàn)億元，年均投資達6200億元左右，“十二五”期間環(huán)保產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值4.92萬(wàn)億元。在未來(lái)一段時(shí)期內，我國的環(huán)保產(chǎn)業(yè)仍將保持年均15%-20%的增長(cháng)速度，我國將成為世界最大的環(huán)保產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)之一。
近年來(lái)，在環(huán)保領(lǐng)域崛起了一種新型材料－－納米纖維，其重量輕、滲透性好、比表面積大、孔隙率高、內部孔隙的連通性好、容易與納米級的化學(xué)物質(zhì)或功能性物質(zhì)相結合，尤其是在過(guò)濾領(lǐng)域中針對懸浮顆粒物 PM2.5的去除和收集，納米纖維具有獨特優(yōu)勢。
納米新材料專(zhuān)家：楊大祥博士
近日，中國粉體技術(shù)網(wǎng)編輯（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“中國粉體技術(shù)網(wǎng)”）就納米纖維在凈化霧霾PM2.5領(lǐng)域的應用采訪(fǎng)了具有突出專(zhuān)業(yè)研究背景和企業(yè)實(shí)戰經(jīng)驗的楊大祥博士。
1、中國粉體技術(shù)網(wǎng)：請您介紹一下什么是納米纖維？如何制備？
楊大祥：納米科學(xué)技術(shù)是20世紀80年代末期新崛起的一門(mén)高新技術(shù)。納米纖維每根纖維的直徑約為人類(lèi)頭發(fā)絲的千分之一，可達到100-300nm。利用直徑為幾十或幾百納米的納米級纖維，形成納米纖維交叉構成的互為貫通大孔（大于50nm）結構、納米纖維表面的吸附結構和納米纖維間的小孔和介孔結構，很適合用作過(guò)濾材料，其綜合性能更好，價(jià)格更低。
納米纖維的制備方法主要有靜電紡絲法、海島型雙組分復合紡絲法、分子噴絲板紡絲法、原纖化法、在聚合過(guò)程中直接制造納米纖維等。其中，靜電紡絲是制備納米纖維的有效手段之一。它是使帶電荷的溶液或熔體在靜電場(chǎng)中流動(dòng)或變形，經(jīng)溶劑蒸發(fā)或熔體冷卻固化得到纖維狀物質(zhì)的一種過(guò)程，簡(jiǎn)稱(chēng)電紡（如上圖1所示）。
2、中國粉體技術(shù)網(wǎng)：納米纖維適合應用在哪些領(lǐng)域？在過(guò)濾材料領(lǐng)域應用狀況如何？
楊大祥：納米纖維兼具納米材料的小尺寸效應、表面效應、量子尺寸效應和宏觀(guān)量子隧道效應等特性，表現出優(yōu)異的力學(xué)、光學(xué)、電學(xué)和熱學(xué)性能以及很大的比表面積和優(yōu)異的表面特性。因此，納米纖維可以應用在醫學(xué)組織工程、人造血管、創(chuàng )傷治療、高效過(guò)濾、生命體防護、污水處理、海水淡化、環(huán)境工程、尾氣處理、電池電極材料、電池隔膜、太陽(yáng)能帆板、日用化工催化吸附、防水透氣面料、美容美膚產(chǎn)品、吸引、絕熱、高性能復合材料等領(lǐng)域。
目前，微、納米纖維應用最成熟的領(lǐng)域是過(guò)濾材料。據估計，到2020年過(guò)濾材料市場(chǎng)價(jià)值總額將達到7000億美元。
高效過(guò)濾技術(shù)主要表現在提高過(guò)濾介質(zhì)的比表面積和縮小介質(zhì)材料的孔徑尺寸。利用靜電紡絲方法能夠得到直徑為幾十或幾百納米的納米級纖維，形成的纖維氈重量輕、滲透性好、比表面積大、孔隙率高、內部孔隙的連通性好、容易與納米級的化學(xué)物質(zhì)或功能性物質(zhì)相結合，很適合用作過(guò)濾材料。
我國在“十二五”期間將提高分離膜的自給率，形成完備的規?；a(chǎn)能力并實(shí)現進(jìn)口替代。其中超濾和微濾膜年產(chǎn)能將達4500萬(wàn)～5000萬(wàn)m2；電驅動(dòng)膜形成100萬(wàn)～200萬(wàn)m2的年產(chǎn)能；反滲透膜年產(chǎn)能要達到1000萬(wàn)m2，國產(chǎn)反滲透膜份額要上升至25%~30%。而目前，國內反滲透膜年產(chǎn)能只有400萬(wàn)m2。
據中國前瞻產(chǎn)業(yè)研究院統計，國內膜產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值已經(jīng)從1994年2億元上升到2011年的近400億元。在市場(chǎng)需求及產(chǎn)業(yè)政策的雙重推動(dòng)下，我國膜技術(shù)產(chǎn)業(yè)將迎來(lái)“黃金10年”。預計這10年內我國膜產(chǎn)品產(chǎn)值年增長(cháng)率將達到20%，遠遠高于國際平均水平。
3、中國粉體技術(shù)網(wǎng)：近幾年，粉塵污染、粉塵安全事件經(jīng)常觸動(dòng)人們的神經(jīng)。您怎么看待諸如霧霾、粉塵、尾氣等環(huán)保話(huà)題？對您自身有沒(méi)有一些深刻的影響？
楊大祥：近年來(lái)，全國一些重點(diǎn)區域的空氣污染問(wèn)題及其造成的巨大公眾健康損失引起了廣泛的關(guān)注，對以京津冀等地區為代表的重點(diǎn)地區的大氣污染治理也成為各級政府部門(mén)主要的工作議程。
2013 年9月，國務(wù)院出臺《大氣污染防治行動(dòng)計劃》，提出采取綜合措施減輕京津冀、長(cháng)三角、珠三角重點(diǎn)區域大氣污染狀況，環(huán)保部隨后也發(fā)布了《京津冀及周邊地區落實(shí)大氣污染防治行動(dòng)計劃實(shí)施細則》，力圖在2017年將京津冀地區 PM2.5 濃度降低25%，并將北京市細顆粒物濃度控制在 60μg/m³( 微克每立方米 ) 的水平。
就我自身而言，經(jīng)過(guò)國防科技大學(xué)航天與材料學(xué)院十多年的培養以及從事國防科技的相關(guān)工作，我一直在尋求為社會(huì )、為人類(lèi)做些有意義的事情。自從2012年華夏大地被霧霾籠罩，PM2.5這個(gè)新概念逐步被大眾所認識在人們的環(huán)保意識被喚醒的同時(shí)，我也找到了自己從事納米新材料研究的嶄新方向。于是，毅然脫掉軍裝選擇轉業(yè)到北京市環(huán)保局從事大氣環(huán)境管理工作，在局機關(guān)從事了半年的大氣環(huán)境監測管理和政策法規的宏觀(guān)管理工作后，又調動(dòng)到北京市環(huán)境保護科學(xué)研究院大氣所從事大氣環(huán)境治理領(lǐng)域的具體技術(shù)研發(fā)工作旨在找到我多年研究的納米新材料在環(huán)保領(lǐng)域的用武之地。
這些年從事科研工作的最大體會(huì )是真正的創(chuàng )新主體是企業(yè)，公司化能最快地推動(dòng)新技術(shù)、新產(chǎn)品的應用，能更好地讓高科技真正低成本地走進(jìn)人們生活，在納米新材料領(lǐng)域超越美日等國家。在這個(gè)大眾創(chuàng )新、萬(wàn)眾創(chuàng )業(yè)的年代，我也響應黨中央和習主席的號召下海創(chuàng )業(yè)，于2014年創(chuàng )辦了創(chuàng )達祥科技（北京）科技公司和湖州諾盾生物科技有限公司，公司旨在將納米新材料推向市場(chǎng)化應用，用納米科技更好地服務(wù)于大眾，首先從空氣過(guò)濾和水處理行業(yè)入手，在納濾專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域做強做大。
4、中國粉體技術(shù)網(wǎng)：目前，您的團隊對納米纖維過(guò)濾材料的研究和運用處于什么階段？市場(chǎng)前景如何？
楊大祥：技術(shù)研發(fā)團隊從方法-設備-工藝-技術(shù)-材料-應用系統思想出發(fā)，已經(jīng)突破了制備納米纖維產(chǎn)率低的瓶頸，將其生產(chǎn)效率較單孔紡絲提高約100倍，已形成年產(chǎn)上百萬(wàn)平方米納米纖維膜的中試生產(chǎn)線(xiàn)能力。這張圖展示的是連續生產(chǎn)寬幅為600mm的納米纖維膜實(shí)物照片（如下圖2所示）。這代表國內該領(lǐng)域研究先進(jìn)水平，其它大多停留在實(shí)驗室項目研究階段。
 圖2 連續生產(chǎn)寬幅為600mm的納米纖維膜實(shí)物照片
從生產(chǎn)出的納米纖維隔膜的顯微電鏡照片（如下圖3所示）可清楚的看到，纖維直徑在100-300nm之間，孔徑小于1μm。
 
圖3 納米纖維濾膜的顯微電鏡照片
我們現在已形成寬幅1800mm的連續納米纖維隔膜生產(chǎn)能力，每條生產(chǎn)線(xiàn)每天可生產(chǎn)近萬(wàn)平方米納米纖維隔膜?，F在進(jìn)口高透膜的價(jià)格在20-30元/米，其市場(chǎng)前景非常廣闊。據保守估計，就高效過(guò)濾、口罩、新風(fēng)機、水過(guò)濾、油過(guò)濾、戶(hù)外運動(dòng)服、沖鋒衣這些市場(chǎng)，可容納幾十條生產(chǎn)線(xiàn)持續生產(chǎn)，經(jīng)濟效益可觀(guān)。同時(shí)，我們還做出了中國第一款納米纖維口罩——達康艾爾納米纖維PM0.3口罩。
5、中國粉體技術(shù)網(wǎng)：什么是納米纖維PM0.3口罩？達康艾爾納米纖維PM0.3口罩有什么特點(diǎn)？
楊大祥：一般我們提到的懸浮顆粒物（Suspended Particulate Matter，SPM）指的是主要的大氣污染物類(lèi)型，按照粒徑可分為粒徑小于100微米的總懸浮顆粒物（Total Suspended Particles，TSP）、粒徑小于10微米的粗顆粒物（PM10）和粒徑小于2.5微米的細顆粒物 PM2.5。粗顆粒物和PM2.5容易被人和動(dòng)物呼吸進(jìn)入肺部產(chǎn)生一系列致病風(fēng)險，又稱(chēng)可吸入顆粒物。其中，PM2.5由于其粒徑小，含大量有毒、有害物質(zhì)且在大氣中停留時(shí)間長(cháng)、輸送距離遠，對人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量影響顯著(zhù)。相關(guān)研究表明，大氣PM2.5濃度增高可顯著(zhù)增加人體致癌與非致癌風(fēng)險，導致諸如肺癌等疾病死亡率上升。
PM0.3則是對空氣中直徑小于或等于0.3微米的固體顆?；蛞旱蔚目偡Q(chēng)，也稱(chēng)為可入肺顆粒物。除了富含大量的有毒、有害物質(zhì)且在大氣中的停留時(shí)間長(cháng)、飄散范圍可超過(guò)1000公里外，其對人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響更大。
采用孔徑小于0.3微米的三維納米高效濾材，能高效過(guò)濾大氣中的PM2.5和PM0.3，有效過(guò)濾空氣中的隱形殺手——細菌病毒、汽車(chē)尾氣、二手煙、甲醛、塵螨、霧霾、揮發(fā)性化學(xué)物、空氣污染毒氣，阻隔飛沫、體液和分泌物，吸收過(guò)濾污染毒氣等等。納米纖維PM0.3口罩在工業(yè)、醫療衛生行業(yè)、公共場(chǎng)合均可有效凈化粉塵和霧霾，而且無(wú)論是過(guò)濾效率、透氣性還是安全性都大大超越普通口罩（如下圖4、5所示）。
圖4 納米纖維與病毒、PM2.5顆粒、花粉、頭發(fā)絲電鏡照片對比圖
圖5 納米纖維過(guò)濾材料的顯微電鏡照片 達康艾爾納米纖維PM0.3口罩（如下圖6所示）以世界先進(jìn)水平的三維納米多孔高效低阻濾膜為核心技術(shù)，通過(guò)人體工學(xué)立體口罩結構設計，在醫用標準潔凈無(wú)菌車(chē)間生產(chǎn)，采用全自動(dòng)口罩本體切片技術(shù)和自動(dòng)化耳帶超聲波焊接工藝，將SS無(wú)紡布和三維納米多孔濾膜材料焊接成型為適合人體面部結構、密封性能好的防霧霾立體口罩?？梢酝瑫r(shí)實(shí)現99%的高效過(guò)濾、低于100Pa的阻力、高密封性、舒適性、減少二次污染等卓越性能，滿(mǎn)足用戶(hù)不同層次的迫切需求。
圖6 達康艾爾納米纖維PM0.3口罩
6、中國粉體技術(shù)網(wǎng)：您怎么看納米纖維環(huán)保過(guò)濾技術(shù)對市場(chǎng)的帶動(dòng)？未來(lái)將會(huì )有哪些目標市場(chǎng)？
楊大祥：蘇黎世科學(xué)經(jīng)營(yíng)咨詢(xún)公司估計，到2015年全球納米纖維市場(chǎng)將超過(guò)900億美元。據BCC 研究公司的最新報告顯示，未來(lái)幾年全球納米纖維市場(chǎng)將快速增長(cháng)，未來(lái)5 年的年均復合增長(cháng)率將達到34.3%。
綜合納米纖維的性能優(yōu)勢、技術(shù)水平、環(huán)保要求、市場(chǎng)需求，其目標市場(chǎng)將會(huì )集中在口罩、空氣凈化器、新風(fēng)系統、空調；工業(yè)、學(xué)校、醫院；水過(guò)濾、生活飲用水、污水處理；油過(guò)濾（汽油、柴油、機油）等場(chǎng)合。
以袋式除塵器為例，現已廣泛應用于冶金、有色、電力、機械、建材、化工、輕工、糧食加工等諸多行業(yè)。根據統計分析，預計到“十二五”末，我國袋式除塵器行業(yè)的總產(chǎn)值可達到250億元左右，各種濾料達到1億平方米 ，纖維濾料用量近5萬(wàn)噸。
環(huán)保產(chǎn)業(yè)“十二五”規劃給飲用水源安全保障、水環(huán)境污染控制與生態(tài)修復等13個(gè)領(lǐng)域的裝備研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展指明了方向。這些領(lǐng)域都有納米纖維過(guò)濾材料的用武之地?？梢哉f(shuō)，納米纖維及這項技術(shù)本身所形成的市場(chǎng)并不是最終市場(chǎng)，它具有非常強的帶動(dòng)性和使能性。展望未來(lái)，相信納米纖維環(huán)保過(guò)濾技術(shù)將推動(dòng)許多行業(yè)的設計準則、裝備和系統的變革，并使其增加價(jià)值。
附錄：楊大祥簡(jiǎn)介
楊大祥，男，1977年生，中共黨員，留英博士。2001年7月從西安交大本科畢業(yè)，獲得工學(xué)和管理學(xué)雙學(xué)位，并直接保送到國防科大航天與材料工程學(xué)院攻讀碩士學(xué)位，同時(shí)被部隊特招入伍。2004年2月至2009年6月在國防科大攻讀航天材料專(zhuān)業(yè)博士學(xué)位，期間被公派赴英國曼徹斯特大學(xué)材料科學(xué)中心學(xué)習。2009年6月應屆博士畢業(yè)后被分配到總裝備部裝甲兵工程學(xué)院裝備再制造工程系裝備再制造技術(shù)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗室當講師。2013年10月從部隊轉業(yè)到北京市環(huán)保局環(huán)境科學(xué)研究院從事大氣環(huán)境治理工作。
基于西安交大本科管理學(xué)和工學(xué)的雙學(xué)位知識結構，在這十多年的科研工作中，十分注重科研工作與實(shí)際應用的結合，致力于將基礎科研成果往實(shí)際應用轉化，面向部隊的實(shí)際應用需求，取得一些成功的案例。09年博士畢業(yè)后獨立帶團隊開(kāi)展工作，現已經(jīng)突破了納米纖維產(chǎn)業(yè)化技術(shù)瓶頸，并擁有自主知識產(chǎn)權的系列靜電紡絲設備和數十種納米纖維材料的制備方法。公司團隊已經(jīng)成功地為美國University of the west indies，Vanderbit University，英國University of Manchester，新加坡南洋理工大學(xué)、國防科技大學(xué)、中南大學(xué)、長(cháng)沙理工大學(xué)、總后勤部某研究所等30多家院所提供整套靜電紡絲制備納米纖維設備和技術(shù)方案?，F已形成在PM2.5防治領(lǐng)域和高效吸音降噪領(lǐng)域應用的納米纖維的批量生產(chǎn)能力。
公司旨在推動(dòng)納米纖維產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，發(fā)揮納米纖維市場(chǎng)的帶動(dòng)性和使能性作用，為從事納米纖維相關(guān)研究和產(chǎn)業(yè)活動(dòng)提供技術(shù)支持服務(wù)，加快實(shí)現納米纖維國產(chǎn)化，加速其在過(guò)濾、隔熱、吸音、生物、服裝、日用化工和武器裝備等領(lǐng)域的應用，讓納米科技真正低成本地走進(jìn)人們生活，為社會(huì )服務(wù)。
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