膜技术可在温和、低成本条件下实现物质分子水平的分离，已成为当代解决人类面临的能源、水资源、环境等领域重大问题的共性技术，受到各国政府高度重视。近年来，随着政府的大力支持与科研院校的持续研发，中国膜领域取得了突飞猛进的发展。本文总体回顾我国膜科学技术的发展历程，从膜设计、制备与应用的基础研究与产业应用角度，简要概括我国近10年来在水处理膜、渗透汽化膜、气体分离膜、离子交换膜、无机膜、膜反应器、新型膜方面取得的创新进展，并展望未来的研究方向与发展目标。
针对水资源短缺和严峻的水污染现状，寻找能有效保障水安全的策略是亟待解决的社会发展问题之一。膜分离技术的高效、操作简单等优点使其在水安全保障方面备受关注。本文介绍了我国水安全问题的内涵和现状，对膜分离技术在新水源开发、废水减排和饮用水安全保障三个领域的应用和研究进展进行了综述，分析了膜分离技术在保障水安全领域的作用，提出了解决水安全问题的策略和方法。
本文介绍了基于联苯多元酰氯单体的聚酰胺反渗透和纳滤复合膜材料体系。通过系统研究聚合物的官能团含量、取代基位置等因素对反渗透复合膜性能的影响，揭示了有价值的实验规律： a.通过调节酰氯单体的官能度，可以实现对反渗透复合膜的性质，包括表面形貌、表面化学组成、表面荷电性质的调控，从而实现对复合膜分离性能及抗污染性能的调控；b.可以利用联苯多元酰氯单体制备得到纳滤复合膜，所得纳滤膜的孔径和荷电性质可以通过调节制膜工艺实现调控。这些结果，为进一步优化制膜工艺，提供可供产业化生产的新型反渗透和纳滤复合膜制备技术奠定了基础。
膜分离技术已经成为国际上市政污水和工业废水处理的核心技术。十年来清华大学化学工程系在先进膜材料制备及应用技术研究上开展了大量工作，以膜材料配方设计、膜材料先进制造、膜组件设计与应用为主线，突破多个技术难题和瓶颈，实现了热致相分离（TIPS）法高性能聚偏氟乙烯（PVDF）中空纤维膜的工业化。首先，基于对TIPS法成膜过程的热力学及动力学研究，制备出具有大通量、高强度、亲水性好的PVDF微孔膜；接着，有机结合材料加工和单元操作，形成PVDF中空纤维膜先进制造技术；最后针对不同的工业环境和市政要求，开发出不同规格的高性能膜组件。研究成果表明TIPS法突破了传统非溶剂致相转化法的限制，可以作为市政污水和工业废水处理的首选膜材料制备技术。
非溶剂相分离（NIPS）制膜方法是20世纪60年代发明的一种高效的制膜方法。利用该法制备的不对称膜结构赋予膜优异的选择渗透性能，膜孔结构易于调控，已经成为当前聚合物分离膜研究及商业化生产中普遍采用的方法。聚偏氟乙烯（PVDF）具有优异的综合性能，成膜性能佳，可利用NIPS法制膜。NIPS法PVDF膜的研制、膜结构控制方法及应用研究受到国际膜研究者广泛关注，是分离膜领域热点之一。本文分别针对NIPS法PVDF超滤膜制备的相分离原理研究、膜结构控制方法及膜应用研究等关键研究进展作简要介绍。
膜分离技术是当代化工领域的高新技术。由于它是解决人类面临的能源、资源、环境等重大问题的新技术，所以近30多年来取得了极为迅速的发展。渗透汽化膜分离技术是一种新型膜分离技术，是典型的节能技术和清洁生产技术。用于恒沸体系分离，与传统的恒沸蒸馏和萃取精馏相比，节能1/3~1/2，运行费节约至少50 %。本文介绍了国内外渗透汽化脱水膜工业应用情况，并重点介绍了渗透汽化汽油脱硫膜、透甲醇膜、透乙醇膜、透碳酸二甲酯膜、芳烃/烷烃分离膜研究进展及其应用的可能性。
开发了擦涂-浸渍涂晶法和亚微米晶种诱导制备NaA分子筛膜技术，有效地提高了膜的成品率、缩短了合成时间，获得了适合规模化生产的制膜工艺。通过分子模拟的方法，对有机溶剂和水在分子筛膜中的传质机理进行了探讨。对NaA分子筛膜在体系中的水热、酸碱和盐稳定性进行了系统地研究，提出了相应的预处理工艺，并设计建造出渗透汽化工业应用装置，实现了长时间稳定运行。
近年来，膜集成过程备受研究者关注，探究传统分离技术与膜技术的结合，充分发挥膜的高效率、易于在线放大等优势，以期促进膜集成过程以低成本实现放大应用。其中，吸附膜、吸收技术兼具膜技术和吸附、吸收技术的优势，在提纯、分离、净化等众多场合获得了日益广泛的应用。本文针对膜吸附、吸收方面的研究，阐述该膜过程研究进展和发展趋势，为相关领域研究人员提供借鉴。
针对化工生产过程中产生的含有多种可回收成分（多元醇、多元酸、酯类、无机盐）的废水，分别设计和开发了汽提-膜分离-精馏耦合、多级膜浓缩、渗透汽化-精馏等集成工艺。通过膜集成过程与化工生产过程的结合，可以有效地降低废水中的化学需氧量（COD），并实现废水中可回收成分的资源化利用，降低化工废水处理的综合成本，对化工产业的可持续发展具有积极意义。
基于离子交换膜的电膜技术，由于其独特的离子传递特性，可以进行离子物系的分离分级，在清洁生产、节能减排、环境保护、能量转换等方面有着广泛的应用前景。然而，目前国内相关均相离子膜产品尚处于起步阶段，以日本为首的国家对我国进行相关技术封锁和价格垄断。正是基于这样的产业背景和现实意义，开发出新型的均相离子膜制备路线尤为重要。本课题组提出了一种简单而通用的侧链型离子化芳香族聚合物的合成方法，即“离子单体聚酰基化”均相离子交换膜制备路线，并通过ATRP法来设计离子交换膜的主链憎水、侧链亲水的接枝结构，通过对接枝密度和接枝长度进行调节，实现对膜性能的调控，以满足不同的应用过程对膜性能的要求。此种均相离子交换膜的制备工艺及产业化生产攻关，可以打破以日本为首的国家对我国离子膜产品的技术封锁，实现具有我国自主知识产权的离子膜技术的产业化。制备条件温和、制备工艺简单、快捷，而且整个过程没有传统方法中常用的季铵化或磺化步骤，有效地简化工艺和降低环境污染，可用于扩散渗析、普通电渗析以及双极膜电渗析过程对高性能离子交换膜材料的需求。该系列离子交换膜在特种废水处理、有机酸生产、氨基酸分离纯化、重金属废水处理等诸多领域得到了广泛的使用，均取得了较为满意的使用效果。
为提高分子超微滤膜材料的亲水性、抗污染性能、通量和寿命，降低膜材料制造成本，提出两亲高分子共混改性聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚醚砜膜材料的基础与应用技术研究。研究中，从分子结构设计出发，采用多种活性聚合法合成了一系列具有不同组成和序列结构的两亲高分子，研究了不同组成与序列结构的两亲高分子在成膜过程中的表面富集的规律、两亲高分子在共混膜中的稳定化机制等基础问题；从成膜热力学和动力学出发实现了共混膜多层次微结构的调控，开发出多种两亲高分子合成及其共混超滤膜制备的技术，实现了膜材料规模化生产及其在自来水净化、废水处理及医疗过滤等领域的应用。
智能高分子开关膜是将智能高分子与非刺激响应型基材膜结合而成。由于智能高分子能够响应外界刺激发生亲疏水性转变和构象变化，智能高分子开关膜也能根据外部刺激改变自身的表面/界面特性、渗透通量或选择透过性。智能高分子膜被用作抗污染滤膜、亲和分离、酶反应的起/停控制以及控制释放等。智能高分子开关膜的制备方法直接影响其环境刺激响应特性、稳定性和可重复制备性等。因此，系统介绍了基材膜修饰法、基材修饰成膜法和共混成膜法等3种智能高分子开关膜制备方法的定义、分类、机理和研究进展，并对比了3种方法的优缺点。基材膜修饰法研究最多，而共混成膜法最有望用于大规模制备智能高分子膜。本文以期为高效制备具有稳定、优良响应特性的智能高分子开关膜提供指导和参考。
仿生与生物启发的思想和策略在众多基础与工程科学领域取得了重要进展。研究者们通过借鉴和模仿自然界中生物材料多样的组成、精巧的结构、温和的形成过程以及强大的功能，设计制备了多种高性能膜材料，并将其应用于水处理、气体分离、有机小分子液体混合物分离等领域，显示出良好的应用前景。仿生和生物启发膜主要是以细胞膜、荷叶和贻贝等为仿生原型，以生物矿化、生物黏合和自组装等为工具，以绿色、高效、节能为目标，在资源、能源高效利用和可持续发展等方面会发挥越来越大的作用，并逐步发展成为膜和膜过程领域的重要分支。本文将对仿生和生物启发膜的研究进展进行简要总结，重点介绍抗污染膜、杂化膜和复合膜的制备与应用。