化學工程技術：以環(huán)境友好為己任

作者： 2015年12月01日 來源：互聯(lián)網(wǎng) 瀏覽量：
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化學工程技術是化工科技創(chuàng)新的主要內(nèi)容，而環(huán)境友好的化學工程技術在傳統(tǒng)化學工業(yè)改造與提升、資源合理利用與循環(huán)再生、環(huán)境保護與開發(fā)等方面一直發(fā)揮著重要作用。作為2015中國化工學會年會的第一分會場，環(huán)境友好的
　　化學工程技術是化工科技創(chuàng)新的主要內(nèi)容，而環(huán)境友好的化學工程技術在傳統(tǒng)化學工業(yè)改造與提升、資源合理利用與循環(huán)再生、環(huán)境保護與開發(fā)等方面一直發(fā)揮著重要作用。作為2015中國化工學會年會的第一分會場，環(huán)境友好的化學工程技術論壇薈萃了近百篇論文，集中展示了科技工作者在傳統(tǒng)工藝改進、“三廢”治理等對化工行業(yè)可持續(xù)發(fā)展意義重大的領域的最新探索。
 
　　改進傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝
 
　　傳統(tǒng)的正丁醇合成方法包括乙醛縮合法、發(fā)酵法和羰基合成法。與之相比，乙醇直接合成丁醇被認為是一項非常有前景的綠色生產(chǎn)工藝，其唯一的副產(chǎn)物是水。該工藝的核心是找到合適的催化劑體系，再以乙醇為原料通過同系化反應制備丁醇。論壇上，西南化工研究設計院展示的在該領域的進展，將乙醇直接合成丁醇的新工藝向前推進了一大步。該院科研人員以金屬氧化物為載體，通過負載Ge、Pd、Pt、Ni、Cs等制備出了新型催化劑體系，該體系在2.8~3.5MPa、300℃~375℃反應條件下，乙醇轉(zhuǎn)化率可達50%，丁醇選擇性可達76%。
 
　　碳酸丙烯酯是工業(yè)合成碳酸二甲酯、碳酸二乙酯及其他高分子聚合物的重要中間體，其綠色合成工藝路線一直備受關注。其中，以尿素及1,2-丙二醇等廉價化學品為原料的尿素醇解法是一種新穎的綠色合成方法，催化劑的酸堿性是影響尿素醇解法收率的主要原因。南京工業(yè)大學的科研人員在這方面做了積極探索。他們以鎂鋁復合氧化物為載體，過硫酸銨為促改性劑，通過浸漬、焙燒手段制備了一系列具有酸堿雙功能的S/LDO催化劑，采用該催化劑的尿素醇解法碳酸丙烯酯收率可達95.5%。
 
　　我國大部分油田現(xiàn)已進入三次采油階段。隨著三元復合驅(qū)油劑用量的增長，表面活性劑成為提升三次采油收率的關鍵。清華大學核能與新能源技術研究院以造紙工業(yè)副產(chǎn)物——堿木素為原料，設計并合成出一類具有全新結構、高活性的木質(zhì)素嵌段聚醚磺酸鹽表面活性劑。通過調(diào)節(jié)反應參數(shù)，可以得到木質(zhì)素聚醚磺酸鹽的系列產(chǎn)品。界面張力測試結果表明，該表面活性劑具有較高的表面活性。這項成果為三次采油提供了一種廉價的、可再生的驅(qū)油劑來源。
 
　　創(chuàng)新“三廢”處理路徑
 
　　酸、堿、鹽及一些不揮發(fā)性有機化合物應用于工業(yè)生產(chǎn)時必然會產(chǎn)生大量含酸、堿、鹽和有機物的廢水，將其進一步濃縮則可直接回用于生產(chǎn)流程。膜蒸餾過程可用于廢水的深度濃縮，但傳統(tǒng)膜蒸餾過程熱能利用率極低，且膜的耐酸堿、耐氧化、耐高溫性能較差，無法滿足大規(guī)模工業(yè)化應用的要求。天津大學和潔海瑞泉膜技術公司的科研人員嘗試采用具有內(nèi)部潛熱回收功能的聚四氟乙烯中空纖維氣隙式多效膜蒸餾過程，對含酸、堿、鹽和有機物的廢水進行深度濃縮處理，節(jié)能效果顯著。他們研制的膜組件在長達3個月的操作過程中性能穩(wěn)定，同時具有優(yōu)異的持久超疏水、耐酸堿、耐氧化、耐高溫性能。
 
　　我國作為世界最大的硫酸法鈦白生產(chǎn)國，目前已有超過千萬噸的酸解渣堆積，造成了嚴重的環(huán)境污染。華東理工大學通過開展酸解尾渣顆粒沉降實驗，設計出適用于酸解尾渣分離工藝的新型DTB溢流分離器，并優(yōu)化了DTB溢流分離器結構參數(shù)。采用該溢流分離器對鈦白酸解尾渣分離時，回收率為73%，可得到品位為27%的鈦。這項成果進一步工業(yè)化后，可望實現(xiàn)硫酸法鈦白酸解廢渣的回收再利用。
 
　　二氧化碳的大量排放影響生態(tài)、環(huán)境與人類健康，利用固體吸附材料捕集工業(yè)排放的二氧化碳一直受到國內(nèi)外關注。浙江大學科研人員將一系列可捕集CO2的功能化陰離子負載于商業(yè)化的樹脂上，通過這種方法可大幅度提高樹脂捕集CO2的能力，實現(xiàn)了對CO2的高效可逆捕集。其中，負載有與CO2具有較高作用焓的功能化陰離子的商業(yè)化樹脂，在低壓條件下也可高效吸收CO2。這種陰離子功能化的商業(yè)樹脂功能可調(diào)、捕集高效、循環(huán)穩(wěn)定性好而且價格低廉，在二氧化碳捕集應用方面極具潛力。
 
　　推進農(nóng)化綠色進程
 
　　施用聚合物包膜控釋化肥是解決化肥面源污染的一條有效途徑，目前主要有三種聚合物包膜工藝：聚烯烴包膜、聚氨酯包膜以及聚合物乳液包膜。其中乳液包膜不使用有機溶劑、包膜操作過程簡單易控，是具有發(fā)展前景的包膜工藝。清華大學化學工程系的科研團隊在以聚合物乳液為包膜劑制備包膜尿素的過程中，研究了聚烯烴、聚氨酯以及特定苯丙聚合物乳液膜層的光降解特性，最終選用特定苯丙乳液作為包膜劑制備包膜控釋化肥。該材料既能保證包膜過程易控、環(huán)保無污染，又能獲得優(yōu)良的包膜控釋效果，還能實現(xiàn)殘留膜層紫外光降解，從生產(chǎn)到施用全程綠色無污染。
 
　　我國每年生成7億多噸秸稈，大量秸稈露天焚燒導致嚴重的空氣污染和資源浪費。與此同時，傳統(tǒng)農(nóng)用地膜的大量使用造成了一系列的環(huán)境污染問題。秸稈中纖維素和木質(zhì)素綜合含量較高，約占成分的60%。而這兩種成分具有較好的成膜性能。北京化工大學的科研人員把秸桿和地膜巧妙的聯(lián)系在一起，制備出一種以秸稈為原料的生物可降解農(nóng)用薄膜。該地膜集保溫、保濕、增肥、可降解于一體，其斷裂伸長率達到60.79%，拉伸強度達到8MPa，基本滿足農(nóng)用需求。該項成果不僅使廢棄作物秸稈得到了合理的資源化利用，并且有望從根本上解決“白色污染”問題。
 
　　水凝膠具有很強的吸水保水性，在土壤中可起到保水節(jié)水作用，目前國內(nèi)外對水凝膠作為控釋肥料的研究越來越廣泛。廣西大學的科研人員以甲基丙烯酸膨潤土和丙烯酸鈉為單體，以硝酸銨水溶液為介質(zhì)，再以過硫酸銨為引發(fā)劑，N,N'-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯(lián)劑，通過自由基溶液聚合法制備出高負載硝酸銨水凝膠。該水凝膠材料作為肥料使用時，農(nóng)作物根系可吸收利用其附近從負載硝酸銨水凝膠中釋放出來的肥料NH4NO3，也可直接從水凝膠中吸取養(yǎng)分。該水凝膠具有節(jié)肥節(jié)水助生長的功效，在提高化肥和水資源利用率、抗旱保苗以及荒漠復墾等方面將發(fā)揮重要作用。
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