中国科学院过程工程研究所成果推介（第四期）

1

金属有机框架材料的规模化绿色制备与应用

项目成熟度:产业化

项目主要内容

金属有机框架(MOFS)是一类新兴的功能材料,它具有丰富的孔道结构,并且具有可设计、调控和修饰性,具有巨大的应用潜力。然而,目前MOFs的规模化制备却面临着生产效率低、环境污染高、能耗高等的问题,因此其成本也较高,限制了其工业化应用。因此低成本规模化合成MOFS材料成为国际同行竞争的焦点与难点。

我们开展了规模化绿色制备MOFS材料研究及其中试平台建设,已选取一种典型MOFs材料(ZIF-8)进行规模化产线验证,并进行典型行业的应用示范。制备过程中仅使用少量清洁溶剂,利用机械化学的原理与技术进行ZIF-8的规模化合成研究,突破中试装置与实验室装置的反应扩散条件差别,包括反应方式、加压条件、搅拌形式等,建立了典型MOF材料的规模化中试方法，并为其他MOF材料的合成提供通用的中试平台。

市场和产业化前景

MOF材料在吸附、分离、催化、环境、能源、生物医学、药物输送和减少碳排放等领域展现出了巨大的应用潜力。我们在小规模绿色制备ZIF-8及其掺杂化合物的基础上,与部分企合作在汽车滤芯等场景进行了应用验证,除味以及微生物控制均有良好的效果,所以该材料的具有广阔的应用前景。

产业化条件

已有年产10吨以上规模的生产能力,未来需要优化产线建设和工艺改进。进行扩大生产规模,达到100吨/年,需要场地厂房1000m2、设备购置等1000万元。

附图

2

高强韧耐磨蚀工程微晶玻璃

项目成熟度:产业化

项目简介

项目以硅石、石灰石等为主要原料,通过熔化、成型、晶化、加工等工艺制成。可用于化学工业上的输送腐蚀性液体的管道、阀门、泵等,还可用作反应器、电解池及搅拌器内衬;也可用于在机械工业上的轴承、球磨机内衬以及研磨体等要求摩擦系数低的零部件产品;可作为新型建筑材料用于飞机场、银行、个人居室等场所,年国内需求4亿平米。已完成小批量试产。

知识产权情况

自有授权专利,独家专有技术。

工艺/装备/产品先进性、实用性

生产工艺先进,无废水、废渣排放。该系列产品主要为中高档产品,部分为独有产品。

经济可行性

在中高端市场具有竞争力

安全环保和工程化可行性

无废水、废渣排放。

市场和产业化前景

市场和产业化前景较好。

产业化条件

需要生产厂房600-1000平米。

附图

3

多功能软性复合硅微粉材料

项目成熟度:产业化

项目简介

多功能软性复合硅微粉以硅石、石灰石等为原料,采用熔融、破碎等工艺,制备多功能超微细粉体材料,可广泛用于电子、橡塑、医用、食品包装等领域。未来将优化工艺、拓展应用,并推进产业化,建成万吨级生产线,推动行业升级,助力高端制造发展。

知识产权情况

独家专有技术。

工艺/装备/产品先进性、实用性

生产工艺独特,流程简单绿色,无废水、废气、废渣排放。

经济可行性

存在行业竞争,产品特色突出,经济可行,竞争力强。

安全环保和工程化可行性

无废水、废渣排放,非高压操作。

市场和产业化前景

电子和橡塑企业生产必须使用的产品,前景较好。

产业化条件

千吨级产线,500-1000平米。

4

有机硅单体合成铜基复合系列催化剂的产业化

项目成熟度:产业化

项目主要内容

有机硅材料广泛用于电子、汽车、石油、化工、建筑、航空航天等领域。在许多尖端领域,有机硅材料具有不可替代的作用。甲基氯硅烷是制备有机硅材料最重要,也是用量最大的有机硅单体,是整个有机硅工业的基础和支柱。而目前制备甲基氯硅烷过程中使用的关键原料铜催化剂只能依赖进口。因此,研发和生产高效铜催化剂,替代进口催化剂,实现催化剂的国产化,对我国有机硅工业的持续健康发展具有十分重要的意义。

知识产权情况

2项国家发明专利。

工艺/装备/产品先进性、实用性

已完成“1000吨/年有机硅单体三元铜粉催化剂工程示范”的生产线建设;经国内一些有机硅单体生产厂的一年的工业应用评价,所制备的高效铜粉催化剂技术指标均不低于从美国SCM公司进口的三元铜粉催化剂的技术指标,已成为国内一些有机硅单体厂的三元铜粉催化剂的商。

经济可行性

按目前铜系催化剂的国内市场供应价格 8万/吨计算(美国SCM公司进口价格:约9.5万/吨),国内催化剂采购金额总价值约为12 亿元/年,国外催化剂采购金额总价值约为5.1亿元/年。

5

纳米纤维气凝胶材料规模化制备技术

项目成熟度:产业化

项目主要内容

高性能纳米纤维气凝胶材料制备的主要工艺流程包括有机聚合物合成、静电纺丝、溶剂焊接强化处理、后处理等。首先将异氰酸酯和多元醇、扩链剂、催化剂等合成聚氨酯等高分子聚合物,然后将聚氨酯材料和气凝胶材料溶解于N,N-二甲基甲酰胺溶剂中制备均匀的纺丝液,将静电喷丝针头与电源相接,用滚筒或者平板接收纺丝膜。然后将纳米纤维膜经过溶剂强化处理获得机械强度增强的纳米纤维膜气凝胶。最后通过疏水化等后处理方式获得最终产品。

市场和产业化前景

高性能纳米纤维气凝胶材料具有超轻、高孔隙率、绝缘、阻燃、保温隔热等优良性能,可用于服装纺织、消防安全、工业隔热、建筑建造、交通、油气管道、航空航天、军用装备等许多方面,产业化前景广阔。2015-2020年,我国气凝胶市场规模由3.3亿元增加至37.16亿元,年均复合增长率高达61.1%。随着气凝胶在建筑隔热保温和服装纺织等领域应用拓展,市场前景可观。

产业化条件

拟建立20万米/年的高性能纳米纤维气凝胶规模化生产示范线一条,场地面积500m’以上,包括原料合成、溶液配制、纺丝、产品储存、产品分析检测、废气环保控制等区域,资金需求预计400-500万元。其中纺丝装备的自动化和智能化升级是必然趋势。

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