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化學(xué)工程技術(shù)：以環(huán)境友好為己任

作者： 2015年12月01日來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng) 瀏覽量：

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　　化學(xué)工程技術(shù)是化工科技創(chuàng)新的主要內(nèi)容，而環(huán)境友好的化學(xué)工程技術(shù)在傳統(tǒng)化學(xué)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(hù)與開發(fā)等方面一直發(fā)揮著重要作用。作為2015中國(guó)化工學(xué)會(huì)年會(huì)的第一分會(huì)場(chǎng)，環(huán)境友好的化學(xué)工程技術(shù)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(jìn)、“三廢”治理等對(duì)化工行業(yè)可持續(xù)發(fā)展意義重大的領(lǐng)域的最新探索。

　　改進(jìn)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(rèn)為是一項(xiàng)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(guò)同系化反應(yīng)制備丁醇。論壇上，西南化工研究設(shè)計(jì)院展示的在該領(lǐng)域的進(jìn)展，將乙醇直接合成丁醇的新工藝向前推進(jìn)了一大步。該院科研人員以金屬氧化物為載體，通過(guò)負(fù)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(yīng)條件下，乙醇轉(zhuǎn)化率可達(dá)50%，丁醇選擇性可達(dá)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(guān)注。其中，以尿素及1,2-丙二醇等廉價(jià)化學(xué)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(xué)的科研人員在這方面做了積極探索。他們以鎂鋁復(fù)合氧化物為載體，過(guò)硫酸銨為促改性劑，通過(guò)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(dá)95.5%。

　　我國(guó)大部分油田現(xiàn)已進(jìn)入三次采油階段。隨著三元復(fù)合驅(qū)油劑用量的增長(zhǎng)，表面活性劑成為提升三次采油收率的關(guān)鍵。清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院以造紙工業(yè)副產(chǎn)物——堿木素為原料，設(shè)計(jì)并合成出一類具有全新結(jié)構(gòu)、高活性的木質(zhì)素嵌段聚醚磺酸鹽表面活性劑。通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)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(cè)試結(jié)果表明，該表面活性劑具有較高的表面活性。這項(xiàng)成果為三次采油提供了一種廉價(jià)的、可再生的驅(qū)油劑來(lái)源。

　　創(chuàng)新“三廢”處理路徑

　　酸、堿、鹽及一些不揮發(fā)性有機(jī)化合物應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)時(shí)必然會(huì)產(chǎn)生大量含酸、堿、鹽和有機(jī)物的廢水，將其進(jìn)一步濃縮則可直接回用于生產(chǎn)流程。膜蒸餾過(guò)程可用于廢水的深度濃縮，但傳統(tǒng)膜蒸餾過(guò)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(wú)法滿足大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的要求。天津大學(xué)和潔海瑞泉膜技術(shù)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(guò)程，對(duì)含酸、堿、鹽和有機(jī)物的廢水進(jìn)行深度濃縮處理，節(jié)能效果顯著。他們研制的膜組件在長(zhǎng)達(dá)3個(gè)月的操作過(guò)程中性能穩(wěn)定，同時(shí)具有優(yōu)異的持久超疏水、耐酸堿、耐氧化、耐高溫性能。

　　我國(guó)作為世界最大的硫酸法鈦白生產(chǎn)國(guó)，目前已有超過(guò)千萬(wàn)噸的酸解渣堆積，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。華東理工大學(xué)通過(guò)開展酸解尾渣顆粒沉降實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)參數(shù)。采用該溢流分離器對(duì)鈦白酸解尾渣分離時(shí)，回收率為73%，可得到品位為27%的鈦。這項(xiàng)成果進(jìn)一步工業(yè)化后，可望實(shí)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(guó)內(nèi)外關(guān)注。浙江大學(xué)科研人員將一系列可捕集CO2的功能化陰離子負(fù)載于商業(yè)化的樹脂上，通過(guò)這種方法可大幅度提高樹脂捕集CO2的能力，實(shí)現(xiàn)了對(duì)CO2的高效可逆捕集。其中，負(fù)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(jià)格低廉，在二氧化碳捕集應(yīng)用方面極具潛力。

　　推進(jìn)農(nóng)化綠色進(jìn)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(jī)溶劑、包膜操作過(guò)程簡(jiǎn)單易控，是具有發(fā)展前景的包膜工藝。清華大學(xué)化學(xué)工程系的科研團(tuán)隊(duì)在以聚合物乳液為包膜劑制備包膜尿素的過(guò)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(guò)程易控、環(huán)保無(wú)污染，又能獲得優(yōu)良的包膜控釋效果，還能實(shí)現(xiàn)殘留膜層紫外光降解，從生產(chǎn)到施用全程綠色無(wú)污染。

　　我國(guó)每年生成7億多噸秸稈，大量秸稈露天焚燒導(dǎo)致嚴(yán)重的空氣污染和資源浪費(fèi)。與此同時(shí)，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(wèn)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(xué)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(zhǎng)率達(dá)到60.79%，拉伸強(qiáng)度達(dá)到8MPa，基本滿足農(nóng)用需求。該項(xiàng)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(wèn)題。

　　水凝膠具有很強(qiáng)的吸水保水性，在土壤中可起到保水節(jié)水作用，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)水凝膠作為控釋肥料的研究越來(lái)越廣泛。廣西大學(xué)的科研人員以甲基丙烯酸膨潤(rùn)土和丙烯酸鈉為單體，以硝酸銨水溶液為介質(zhì)，再以過(guò)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(guò)自由基溶液聚合法制備出高負(fù)載硝酸銨水凝膠。該水凝膠材料作為肥料使用時(shí)，農(nóng)作物根系可吸收利用其附近從負(fù)載硝酸銨水凝膠中釋放出來(lái)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(zhǎng)的功效，在提高化肥和水資源利用率、抗旱保苗以及荒漠復(fù)墾等方面將發(fā)揮重要作用。

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