绿色铺就化工新底色

 
 
绿色铺就化工新底色 | 重点实验室巡礼  
走进中国科学院绿色过程与工程重点实验室  

■本报记者 甘晓

高温、废水、废气、剧毒物质……还在“谈化色变”？你out了！科学家开发的先进绿色过程与工程科学技术，魔法般为化学工程铺就一碧千里的新底色。

多年来，依托中国科学院过程工程研究所（以下简称过程所）建立的中国科学院绿色过程与工程重点实验室（以下简称绿色室）致力于开展绿色化学与工艺、绿色反应工程、绿色分离工程和绿色过程系统集成的应用基础和工程研究。

“我们一直围绕着化工放大规律的研究，把实验室的绿色工艺和技术转移到工业生产，最终实现化工过程的绿色化。”绿色室主任刘会洲研究员告诉《中国科学报》。

从自然科学奖到科技进步奖

今年1月10日，绿色室常务副主任、研究员杨超参与的“芯片用超高纯电子级磷酸及高选择性蚀刻液生产关键技术”，被授予2019年度国家科技进步奖二等奖。

手捧证书，烫金国徽下方的“科技进步”几个字让杨超感慨万千。“经过几十年时间，我们的基础科学研究成果终于走出实验室、走进工业生产现场，真正让科学技术成为了生产力。”他向《中国科学报》表示。

一纸证书凝聚着几代人的努力。上世纪90年代，经过中国科学院院士陈家镛等学者的不断开拓，湿法冶金已在生产有色金属方面为国家创造了巨大财富。作为化工出身的学者，陈家镛始终强调化学工程作为学科基础的重要性。

受前辈的启发，杨超也一直在思考，如何将研究论文中的成果真正用在生产中。

化工、冶金和生物反应器放大是实验室到生产的必经之路，关系到能否减少副产物、简化流程和降低分离负担等方面。鉴于国内外普遍使用传统的逐级试验和经验放大方法，成本高、周期长，从小试到模型模拟再到工业化的数值放大技术成为更理想的方法。

2003年，杨超和研究员毛在砂接到了一家石化企业关于改进反应搅拌器的任务，这是他们第一次直面生产中的真问题。在扎实的理论研究基础上，他们花了一星期时间，提出了新的反应器构型改造方案，顺利完成了任务。

2007年，又有企业前来求助。他们又在短短一个月内，在原有空间条件不变的情况下，通过改变反应器内部结构，实现了物料处理量增大1倍的放大效果，为企业解决了瓶颈问题，节约了大量的设备投资。

杨超和同事一次又一次用理论知识解决工程现实困难，在相关企业中逐渐建立了良好的口碑。

经过多年生产实践，2009年，陈家镛、毛在砂、杨超等研究人员在“多相体系的化学反应工程和反应器的基础研究及应用”上取得的成果获得国家自然科学奖。

不仅如此，他们致力于将反应器数值放大核心共性技术在不同行业推广。一系列新技术在医药、石化和精细化工等领域的多家企业中应用，新增利税约10亿元，被授予2015年度国家技术发明奖二等奖。

在2019年获得的国家科技进步奖中，他们发挥了2009年国家自然科学奖二等奖项目中的沉淀化工数学模型及数值模拟的理论优势，用数值模拟技术对关键反应器进行定量分析和优化，设计出新型反应器及组合反应设备，有效强化了反应器内混合、传质和传热，实现了从工业黄磷制备杂质含量10-9量级的超高纯电子级磷酸，帮助企业生产出芯片用高端磷酸系蚀刻液。

“这突破了芯片用超高纯电子级磷酸和高选择性蚀刻液的进口替代难题，是解决国家化学和电子工业重大战略需求的成果。”令人欣慰的是，产品已经销往国内外知名电子企业，推动了我国芯片制造等高新技术产业的发展。

在杨超看来，从自然科学奖到技术发明奖、再到科技进步奖的历程，勾勒出从基础研究取得突破到解决核心技术、再应用到国家急需领域的清晰脉络。

“几十年来，我们做的工作就是搭建从实验室到工业应用的桥梁。”刘会洲强调，“这个定位一直没有改变。”

“必须有自己的一把刀”

“大家必须得有自己的‘一把刀’。”刘会洲经常把这句话挂在嘴边，提醒科研人员要从科学上形成有独特优势的研究方向。“这把‘刀’可以用来‘切’不同的东西，可能今天切水果，明天切蔬菜。”