主要科研工作及创新性成果
1.从实验和理论两个方面同时证实微滤膜上形成滤饼结构的不均匀性
针对膜上滤饼层在清洗过程中遇到的不同高度处污垢清洗去除程度不同和不同清洗过程中去除程度也不同的问题，首次创新性地将传统普通过滤理论应用到微滤膜过滤过程中，成功同时从实验和理论计算两方面证明了膜上滤饼的非对称结构（近膜约20%极薄致密层集中了80%的滤饼阻力，远膜较厚的80%疏松层只占20%总滤饼阻力)，这一发现为清洗过程中难去除阻力奠定了理论基础。此外，还系统研究了疏松层/紧密层在实际过程（单一/复合机理恒压（死端/错流）/恒流（死端/错流）模式下在过滤过程、清洗过程（水洗、反洗、化学清洗和超声清洗）和耦合过程（过滤+清洗过程））中的变化行为并建立了一系列用于预测膜通量（恒压）/跨膜压差（恒流量）的数学模型。
2.提出了稳态膜堵孔/膜开孔面积” 的概念并确定了污染机理/清洗机理的转变点。
针对复合机理预测模型在实际过程中目前存在的预测准确度不高、何时应当科学地终止膜过滤过程并开始膜清洗过程才能达到效果最好和成本最小的目的和以城市污水为代表的广谱污染体系的污染机理/清洗机理的演变规律性尚不清晰等工业实际难题展开了系统研究。首次提出了膜过滤/清洗过程中的“稳态膜堵孔面积/稳态膜开孔面积” 的新概念,并创新性地建立了定量确定“污染机理/清洗机理转折点”的方法。基于这些概念，系统研究并确定了以活性污泥悬浮液为代表的广谱污染体系的膜污染/膜清洗的转折点及其污染机理/清洗机理的演变规律性。研究成果广泛应用于复合机理恒压（死端/错流）/恒流（死端/错流）下的过滤/清洗数学模型的建立并大大提高模型的预测准确度（提高3倍（从5.54%到1.83%））。此外，还针对广谱污染体系清晰地确定了膜上污染机理/清洗机理的演变全过程（污染机理从单一机理主导，到复合机理主导，最后单一机理主导。清洗机理正好与污染机理相反）。从而进一步为何时科学地终止膜过滤过程并开始膜清洗过程才能达到效果最好和能耗最低目的提供了科学依据。
3.针对单一过滤机理形成的均匀结构滤饼，基于质量守恒、动量守恒、动力学方程，Pontryagin最大值法则，以及机器学习相关理论（人工神经网络、向量集等方法），创新性地构建了一系列可准确预测膜行为的数学模型：
（1）基于质量守恒，首次提出了剥蚀系数概念并创新性地建立了死端恒压工况下适用于搅拌/不搅拌过程的普适性模型。
（2）基于质量守恒，建立了覆盖城市污水处理常用中空纤维/板式膜组件在恒压错流（稳态/非稳态）工况下的参数少、满足工业需求预测准确度的通量预测模型。
（3）基于化学动力学原理，综合考虑膜上滤饼层在水洗过程中的溶胀、溶解、重新沉积行为，首次建立了用于预测海藻酸钠（胞外聚合物模拟物的主要成分）的水洗模型和腐植酸（胞外聚合物模拟物的主要成分）的盐洗模型。并在此基础上建立了水洗活性污泥滤饼层的动力学模型。
（4）基于Hom-Haas公式，首次建立了化学清洗过程中预测膜通量恢复率、膜上污染层阻力，超声清洗过程中预测膜通量恢复率的数学模型。此外，还基于Pontryagin最大值法建立了能准确预测胞外聚合物溶液在耦合过程中（过滤-水洗）跨膜压强动态变化的动力学模型。
（5）使用人工神经网络（ANN）、支持向量集（SVM）等方法，在不考虑过程机理的情况下，针对膜污染过程/清洗过程分别建立了机器学习ANN和SVM模型。
4.膜制备：
（1）耦合传统L-S制膜法与化学反应制膜
首次通过大量的实验证明，在传统的L-S相转化制膜过程中引入化学反应来产生CO2气泡可有效控制膜过程中的凝胶速率并消除膜上的缺陷以获得均匀的孔径分布。研究成果在Desalination期刊上发表。
（2）松型纳滤膜制备
分别使用没食子酸、焦性没食子酸、ε-聚赖氨酸、儿茶酸、肌醇六磷酸酯、维生素E琥珀酸酯（VES））和ZIF-8（金属有机骨架（MOF））等材料，借用静电吸附、接枝、螯合、自组装、界面反应等方法制备了一系列性能较好的疏松纳滤膜。研究成果在JMS，ACS SCE, CEJ等期刊上发表。
5.初步构筑膜人才培养理论框架体系，推动人才培养质量提升，社会效益显著
王湛教授积极参与教学过程并注重科研经验的总结提高，出版有5本膜方面的著作教材，其中《膜分离技术基础》（化工出版社，2000年）(2008北京高等教育精品教材，入选2025年北京市拟推荐第二届全国教材建设奖全国优秀教材（高等教育类）清单）出版后还被261多本各类专业书籍引用，期刊论文转引超2241次，被900多个图书馆收藏，50+高校和100+科研机构/企业将其作为员工/科研人员学习膜技术的参考书。而基于本书的研究生课程《膜科学技术》在2016年获批全国工程硕士专业学位研究生教育在线课程项目。此外，《膜分离技术基础》一书还出海向世界普及膜知识：在蒙古人民共和国(МонголынШинжлэхУхаанТехнологийИхСургууль,Хэвлэхүйлдвэр，2021年)出版本书的蒙文版作为大学教材使用，在ELSEVIER出版英文版（Fundamentals of membrane separation technology，2024年）。同时，科研工作创建的100多个不同类型的数学模型（57个理论模型（21个恒压过滤过程模型、9个恒压清洗过程模型、20个恒流过滤和清洗过程模型，7个经验模型）和45个机器学习模型（3个神经网络模型、2个支持向量机模型和40个回归模型））受邀在Springer出版社以专著（Modelling of the Microfiltration Process，2023年）形式出版。这些书的出版初步构筑了系统培养膜人才（膜制备，膜分离原理，膜工业应用）的主要理论框架体系，不仅可为我国膜人才的培养提供平台和基础，同时出海（Springer+ Elsevier+蒙古国）向世界膜人才普及膜知识，必将推动膜方面人才培养质量提升并有望产生显著社会效益。
代表作
1. Wang Zhan, Fundamentals of membrane separation technology, 2024, ELSEVIER & CIP.
2. Wang Zhan, Modelling of the Microfiltration Process, 2023, Springer.
3.王湛，《膜分离技术基础》，化学工业出版社（2000年第1版，2006年第2版，2019年第3版）。2008年被评为北京市精品教材(入选2025年北京市拟推荐第二届全国教材建设奖全国优秀教材（高等教育类）清单）。基于本书开设的研究生课程《膜科学技术》在2016年获批全国工程硕士专业学位研究生教育在线课程项目。《膜分离技术基础》出版后还被261多本各类专业书籍引用，期刊论文转引超3000次，被900+图书馆收藏，50+高校和100+科研机构/企业将其作为员工/科研人员学习膜技术的参考书，培养了数以万计的膜科技工作者，在膜技术教学和推广方面发挥重要作用。
4. Zhao, S. Wang, Z.*, A loose nano-filtration membrane prepared by coating HPAN UF membrane with modified PEI for dye reuse and desalination. JMS, 524（2017）：214–224（引用280次）.
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6. Hou, L., Wang, Z.*,et al.. A precise combined complete blocking and cake filtration model for describing the flux variation in membrane filtration process with BSA solution. JMS, 542(2017):186–194（引用85次）
7. Wang, Z.*,et al.. Study of a cake model during stirred dead-end microfiltration Desalination, 217(1-3) (2007): 127–138（引用39次）
8. Gao, S, Wang, Z.*,et al.A combined mechanism (the open pores-cake dissolution) model for describing the trans-membrane pressure (Pb(t)) reduction in the backwash process at a constant flow rate, Journal of Environmental Chemical EngineeringOpen source preview, 2021, 9(6), 106871(引用15次)
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12.王熹;王湛等.中国水资源现状及其未来发展方向展望.环境工程, 2014(07)（引用876次）
