研 究 内 容
紧密围绕国家中长期科学与技术发展规划，面向缓解过程工业的资源、能源和环境瓶颈问题的重大需求，以开发的新型材料为基础，研究新型分离技术、新反应技术以及过程集成技术，形成具有自主知识产权、对国民经济有重大影响的标志性成果，实现理论研究对国民经济和社会发展的直接贡献。在方向选择上，围绕节能减排的具体目标，重点发展以膜材料、吸附等新材料为基础的新型分离技术；以生物材料、膜材料、催化材料等新材料为基础的新型反应技术；以新材料为基础的过程集成技术及相关的基础研究，拟开展如下研究工作：
(1)基于分离功能膜研究
发展以新材料为基础的新型分离技术，具有节约能源的特征。本工程中心以新材料如膜材料、新型吸附材料等为基础发展起来的新型分离技术，如膜分离、吸附分离等，在分离过程中一般不产生相的变化，因此具有节约能源的特征，发展十分迅速，成为分离领域的主要发展方向。主要包括基于膜材料，开展膜法污水处理技术研究及工程应用研究，在钢铁等行业实现规模应用，重点研究污水中污染物成分对膜和膜污染过程的影响及机理、膜的有机和生物污染模型的建立、性能优越的新型分离膜材料（尤其是抗污染膜）的设计与开发、新型膜组件的开发、膜组件清洗技术开发等；提出采用透醇膜渗透汽化过程与乙醇发酵过程相耦合的膜生物反应器集成过程，并与透水膜渗透汽化流程相结合，形成连续制备无水乙醇的新工艺；膜分离技术与生物质衍生物水相重整制氢耦合研究，开发出小型生物质制氢装置，推动氢能源的普及应用，并有针对性地对膜法氢分离金属膜材料和制氢与膜分离集成过程展开研究，在膜组件装配、高温密封技术、制氢与膜分离集成方式以及操作工艺等对分离效率及膜的稳定性影响等方面开展工作，为透氢金属膜的评价和使用提供测试分析平台，为氢能源的工业化应用提供技术和理论基础；基于新型吸附材料，对吸附分离过程进行研究，进一步探明多孔吸附材料微结构和表面化学性质对吸附性能影响规律，针对常规吸附剂无法分离的体系，开发出具有自主知识产权、技术性能国内外领先的新型吸附剂和吸附过程并实现工业化，为气体能源储存、大气污染治理等提供技术支撑；面向传统产业提升气体净化技术水平，推广应用新型吸附分离过程，推动吸附过程的工业应用。
(2)基于催化功能膜研究
以新材料为基础的反应技术正在改变着化工与石油化工的面貌，发展以新材料为基础的反应技术，具有绿色、高效等特征。本工程中心以新材料如生物材料、膜材料、催化材料等为基础发展起来的新型反应技术，对传统的反应过程的技术进步具有重要的促进作用。主要包括基于生物材料的反应过程研究，开展丙交酯的开环聚合研究，设计并合成新型开环聚合引发剂/催化剂，研究引发剂的结构与功能关系，以期获得高效引发剂，在较短时间完成丙交酯聚合并达到较高分子量，用一步聚合代替现有的两步法聚合；以发酵得到的丁二酸为原料，开展生物可降解材料PBS及其共聚、共混材料的合成研究；基于环境友好催化材料的催化反应过程研究，通过分析催化过程对催化材料的结构和组成的要求，研究基于新催化剂的催化过程研究。重点研究ZSM-5、MCM-22等沸石分子筛催化材料以及以其为活性组分的催化剂，SBA-15等介孔分子筛为载体的催化剂，杂多酸为活性组分的催化剂等；并研究以甲苯择形歧化为代表的择形催化过程，以苯的羟基化为代表的芳烃定向氧化过程，以酯化和缩合反应为代表的精细化工过程等；研究可用于清洁燃油生产、化学品绿色合成的固体强酸催化材料催化应用研究、固体强酸催化烷烃临氢异构化技术的中试研究；基于膜材料，研究固体氧化物燃料电池及新型动力电池，通过新材料的开发制备及基础研究，实现以直接碳氢化合物为燃料的低温固体氧化物燃料电池技术；前端聚合反应工程，研究内容包括前端聚合反应的化学反应动力学、化学反应热力学、化工传递过程规律。特别研究反应热量的产生和传递等因素及分歧参数对聚合物前端运动形式的影响，找出热传递和对流传导对前端不稳定性影响的关键因素以及影响前端聚合反应工艺的诸因素，建立其动力学方程。
(3)基于响应功能膜研究
开展以新材料为基础的过程集成技术及相关的基础研究，可以提高生产效率，使单位产品能耗更低、资源利用率更高、“三废”更少，响应型膜新技术在近些年正逐渐成为研究发展的热点之一。本工程中心主要通过对pH、温度、光、磁场、电场或离子强度等外界条件的变化激发下表现出特定的物理或化学性质的可逆转变反应等相关响应膜技术的研究，形成特色与优势研究方向，服务于国民经济建设。对于特定的环境刺激，响应膜可以高效并有选择性地改变其膜上基团的物理或化学性质来改变其孔结构或表面性能，从而可以灵活调控膜的相关性能等。智能聚合物由于能够发生极性或者构象的可逆变化而被认为是开发响应膜系统的重要材料。响应膜结合智能聚合物的响应性及膜材料本身的机械强度等诸多优点，在传感器、分离系统、药物传输系统等复杂技术系统中都是具有潜在应用的关键部件。主要包括开展响应－智能聚合物耦合过程的基础与应用研究，主要研究内容是响应过程与智能聚合物的匹配关系、耦合过程的流体力学、反应动力学、耦合过程的模型化、耦合过程中膜结构演变规律；微反应过程研究，利用新型的微反应器开发新的纳米颗粒合成与反应过程新工艺，特别是针对强吸热和放热反应、两相互不相溶体系、传质控制的反应等开展研究工作，以期达到连续快速高灵敏反馈外界刺激响应的目的。
(4)基于印刷功能膜研究
合成纸所使用的无机填料主要为碳酸钙，而碳酸钙主要来源于对矿山的开采。一方面，矿山开采中产生的废气、粉尘、废渣等，造成了大气污染、水土流失、酸雨等环境问题；另一方面，矿山的开采破坏了原有的地貌景观，影响了整个地质生态系统的多样性和完整性。另外，合成纸主要使用的高分子材料为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等。在应用此类高分子材料制备合成纸的过程中虽然污染较少，但却需要在高温（180℃左右）条件下进行，能耗较高。同时，此类高分子材料虽可回收和循环使用，但循环使用次数有限，且解性较差、降解周期长，最终还是会给环境带来白色污染。由此可见，目前合成纸产品仍存在原料开采破坏生态环境、制备能耗高、降解周期长等问题。因而开展探索第二代合成纸的合成工艺尤为关键。本工程中心主要以高分子材料和无机填料为主要原料，选用常见的生物质资源和功能化高分子材料，以功能填料为辅助材料，利用高分子界面化学原理，经湿法转相制膜技术研制而得到新型环保纸。主要研究内容是生物质资源和功能化高分子材料的兼容关系、不同功能填料的添加对最终合成纸性能的影响、不同组分含量对最终合成纸成型工艺的高分子界面化学调控等因素。
