微化工领域的研究将成为化工行业转型升级的重要发展方向
——访清华大学化工系副教授 博导 张吉松
- 2022年03月15日 13:25:18来源：化工仪器网作者：Chole Lin点击：5109
【化工仪器网 人物访谈】今年两会的政府工作报告提出，为应对气候变化，要推动以二氧化碳为主的温室气体减排，力争到2030年二氧化碳排放达到峰值，2060年实现碳中和。这是“碳中和”和“碳达峰”被首次写入政府工作报告中，引起全社会的广泛热议。在此大背景下举办的“2021第二届全国催化加氢工艺及催化剂技术开发与工业应用交流研讨会”注定备受关注。 
催化加氢技术是医药和精细化工和其他有机合成中的核心技术，也是化工生产当中的核心技术，是一种可促进节能减排和清洁生产的工艺，能够起到缩短反应时间、提高原料利用率和产物收率的作用，同时又能减少污染物的排放，降低生产成本。对环保领域、能源领域、医药领域而言，开展催化加氢技术的科学研究具有重大意义。
然而催化加氢技术目前发展到什么阶段？市场应用情况如何？带着这些问题我们采访了业内知名专家，清华大学化工系博导张吉松副教授。从他个人及团队多年来的学术研究出发，深入探讨关于催化加氢技术的方方面面。
张吉松接受本网记者专访
化工仪器网：是什么因素让您选择了微化工这个科研方向？
张吉松：第一次接触到微化工技术是在大三时，当时微化工技术处于初期阶段，尚未有具体的科研成果面世，相关介绍处于理论层面，实验室相关的科研工作也是很少。但是当时我们关注到相关文献中多次提到这个技术可以应用到有机合成领域，彼时的化工行业整体上一直是往大型化发展，基于专业敏感性和对化工的认识，我们意识到通过微反应器效率的提高，把设备往微型化、高效化发展，将是化工行业一个重要的发展方向。然而微反应器的应用领域覆盖范围广泛，包括高分子材料、纳米材料、分离技术等，其有机合成涉及到物质的转化，涉及到的实际问题较多，我觉得这个的意义更大，加上我的导师骆广生教授的指导，就坚定选择了微反应器有机合成的方向。进入麻省理工后，接触到一些国际上新的理念，也就是流动化学在原料药行业的应用，当时国内在原料药有机合成这个领域的科研较少，我意识到这很可能成为一个新的增长点，特别是加氢过程，由于其工艺的复杂性，成为该技术科研攻关的一个痛点难点，具有较高的科研价值，回国后就一直往这个方向开展科研工作。
化工仪器网：2020年是十三五的收官之年，四部委联合发布《推动原料药产业绿色发展的指导意见》，提出5年突破20项以上绿色关键共性技术，基本实现行业绿色生产技术替代。也就是说在接下来的“十四五”期间，这基本就是原料药产业发展的方向。能否从您研究的领域出发，谈谈如何实现绿色关键共性技术突破？
张吉松：目前，我国已经成为世界上最重要的原料药生产基地，所以国内原料药行业的健康发展对整个行业的发展具有重要的影响。但是目前行业内存在着效率低、污染严重等问题，业界普遍认为，流动化学将来可以成为改变原料药合成的革命性技术。从技术角度而言，如微反应器为代表的技术力量，将来可有效推动原料药行业更加健康地发展，而从我们开展的连续加氢工艺来讲，我们有信心该技术未来将在保障本质安全、降低企业成本、解决污染等方面起到重要作用。此外，通过流动化学减少催化剂的使用，从资源角度有望可以为国家节省大量的贵金属资源，从环保角度做到减少污染的作用，从成本角度争取生产成本的降低。
化工仪器网：您所在的微反应课题组是国内最早从事微化工技术研究的单位之一，现在您本人也同时承担着国家自然科学基金委的几项重点科研项目，可否谈谈现在进展如何？接下来又有怎样的计划？
张吉松：2020年参与了我的导师骆广生教授的一个重大专项的课题研究，这个项目也是微化工领域的第一个重大专项。从微化工合成、纳米材料以及微反应器系统的放大等方面做了规划和研究，目前项目进展顺利，相关工作正逐步有序地推进中。而我本人主要是承担高化能体系的加氢反应，也就是硝基加氢过程。硝基加氢具有巨大的能量，但这项工艺相关的安全问题也很突出，所以我们针对它的反应机理、反应动力学、脱氯的副作用以及催化剂的特性、反应器的特性对反应过程的流动等进行了深入研究。目前已与相关企业开展了合作，从合作结果来看，无论是催化剂的反应效果、整个系统的运行时间、过程的成本还是反应的收率都得到了大幅的提升，达到了预期的理想效果，希望在接下来的5年内实现大规模生产和应用。
此外还承担着一项面上基金和优秀青年基金的科研项目，主要是围绕微填充床反应器，涉及到的流动、传质和反应行为，目前在业界与之相关的科研工作较少，极大限制了微填充床反应器后续的生产，所以我们着重针对流体力学和传质等开展了科学研究，希望对新型微反应器的认识能达到更为深入的水平来指导后续的放大工作。
化工仪器网：对于催化加氢技术的开发与应用，目前国内学术界的发展是怎样的？您对该技术未来发展持有什么样的看法？
张吉松：目前催化加氢工艺已应用到多个领域中，比如石油化工、煤化工领域。包括我所在的课题组开展的以原料药为代表的精细化工领域，然而相较于设备、工艺都已经比较成熟的石油化工、煤化工领域，原料药催化加氢的研究相对而言，起步较晚，在工艺和设备上处于起步阶段。业界普遍围绕怎么研究催化剂、改变催化剂，从而提高效率的研究，但对于精细化工而言，这个行业长久以来主要是以有机化学家为主导开展相关科研工作，从实验室研发、工艺设计到放大生产，采用的是从有机化学领域的方式方法，而实际上这样的研究是不充分的，不管是催化剂技术还是对工艺的理解以及设备都不是目前化工领域最好的选择，从这个角度来讲，未来还需加强化学、化工以及催化剂等多个方面的综合研究。
后记
作为关系国计民生的一项基础工业，化学工业几乎涵盖了社会生产、生活的方方面面，包括工业生产、能源、航天、国防科工、食品药品等。对于推动二氧化碳减排而言，势必要进一步优化产业结构和能源结构，促使产业结构调整和升级，推动能源的高效利用，而延长产品链、提高附加值，开展微化工领域的研究是当今全球化学工业的发展方向，也是我国化学工业转型升级的核心内容，可以说微化工领域的发展必将影响整体的节能减排战略，投入到微化工领域的研究也将成为化工行业的重要课题。
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