中国科学院过程工程研究所成果推介（第五期）

1

高端光学聚碳酸酯绿色合成新技术

项目成熟度:工业放大

项目主要内容

高端光学聚碳酸酯是国家重大战略需求,已成为电子电器、航空航天等尖端领域的核心材料,制备技术完全被国外垄断。本项目核心研究内容包括高效催化体系开发、光学功能单体设计及聚合工艺放大等,旨在解决关键功能单体缺失、催化体系选择性低及高粘体系聚合反应难调控等难点。目前,已形成了具有自主知识产权的高端光学聚碳酸酯的绿色工艺,完成了百吨级连续放大验证,所得产品通过了下游企业验证。该工艺具有绿色环保、反应流程短及聚合过程可控等特点。未来工作将围绕千吨级光学聚碳酸酯示范装置稳定运行展开研究,助力高端光学树脂国产化。

经济可行性

我国每年对高端聚碳酸酯需求量>50万吨,产值>200亿元,建立具有自主知识产权的聚碳酸酯制备技术,打破国外垄断,对于我国经济、社会及人才培养等方面具有重要的意义。本项目将突破单体壁垒,创制新型聚合催化剂,打破国外垄断。降低高端聚碳酸酯价格。项目技术成果转化有望建成10000吨/年工业示范装置,项目达产后可实现年产值上亿元,年利税千万元,创造就业机会,带动区域经济发展。同时有助于推动国产高端光学聚碳酸酯的工业化进程,对实现高端光学聚碳酸酯的自主化和国产化,保障我国国防安全和促进国民经济发展具有重大意义。

产业化条件

项目技术成果转化有望建成10000吨/年工业示范装置,所需场地面积约2000平方,设备试制费用8000万左右,所需研发和工程技术人员20人左右。

2

离子液体法再生纤维素纤维制备技术及应用

项目成熟度:工业放大

项目主要内容

目前,世界上三分之二的再生纤维素纤维是粘胶纤维，传统的粘胶工艺污染重、能耗高。而NMMO溶剂法Lyocell再生纤维技术溶剂稳定性差、易爆炸、短纤原纤化严重,且没有突破再生纤维长丝的关键技术。中国科学院过程工程研究所离子液体团队历经10余年持续攻关,突破了离子液体设计制备、纤维素溶解机理及纺丝工艺、离子液体回收及系统集成等系列科技难题,最终形成离子液体溶解纤维素及绿色纺丝新技术，中国石油和化学工业联合会鉴定为国际领先水平。该技术经济性好,投资回报期短,经过小试、吨级、百吨级示范,设计建成了世界首套千吨/年的生产线并成功投产。

知识产权情况

相关发明专利11项。

工艺/装备/产品先进性、实用性

首次实现了离子液体法再生纤维素长丝的规模化生产,从源头控制污染,工艺简单安全性高,离子液体稳定性高易回收循环,产品无原纤化。对纺织行业而言,树立了新型绿色技术产业化标杆,为产业链绿色可持续转型提供了新的绿色纤维。对国家而言,是实体经济落实“双碳”目标的重要成果,能够显著增强我国纺织业的全球绿色竞争力,为生态文明建设贡献坚实的产业力量。

经济可行性

基于建立的百吨生产线,连续稳定运行2年后,产品性能稳定,在此基础上建立了千吨产业线,具有一定的经济效益,投资回报期2~3年。

安全环保和工程化可行性

新技术摆脱了传统粘胶法对强酸强碱的依赖以及废气、废水排放对环境的困扰,实现了全流程废水、废气、固废“零排放”,为行业发展带来了颠覆性变革。

市场和产业化前景

再生纤维素纤维因具有吸湿性好、透气性强、优良的悬垂性和蚕丝般的光泽等性能,被誉为“会呼吸的面料”。随着石油资源的日益枯竭,以及可持续发展战略的深入实施,以天然纤维素为原料生产再生纤维素纤维对资源的高效利用具有极其重要的意义。2024年再生纤维素纤维市场规模3400亿元,产量超200万吨。首赛尔纤维技术与其它再生纤维素纤维工艺相比,生产环境友好,工艺路线简单,溶剂回收率高且成本低,具有更广阔的市场和产业化前景。

产业化条件

该项目的产业化条件已具备较为完善的支撑体系,从规模布局到配套要素均有清晰的实施路径。新建1000吨/年的离子液体纺丝生产线;设备总投资约1.2亿元,年销售额约大于1亿元。

3

天然重晶石清洁制备高纯超细硫酸钡

项目成熟度:工业放大

项目主要内容

硫酸钡是一类重要的无机非金属材料,因其比重大、白度高、耐酸碱性强、无毒无害等特点,广泛应用于涂料、造纸、塑料、石油化工、日化用品等诸多领域。我国天然重晶石资源丰富,是制备硫酸钡的主要原料。然而现有硫酸钡生产技术均需经历天然重晶石高温还原焙烧、水浸出以及与硫酸钠反应沉淀洗涤等诸多步骤,能耗高、环境污染严重,而且产品质量不好。本项目基于天然重晶石矿物资源禀赋特点,采用短流程的非常规溶剂浮选技术,直接由天然重晶石制备出高纯超细硫酸钡产品,无需高温还原焙烧过程,溶剂可循环利用,产品质量还显著提升。所得高纯超细硫酸钡产品不仅可在涂料中替代部分钛白粉使用,还可作为手机外壳增重材料使用,生产成本比传统方法降低50%左右。目前已完成实验室百吨级放大试验,所得高纯超细硫酸钡产品纯度大于99%,白度大于97,吸油值小于10ml/g,产品应用领域广泛。计划通过技术转让和项目落地,建立万吨级以上产业化生产线。

市场和产业化前景

硫酸钡作为重要的化工原料,在多个领域有广泛的应用需求,包括油田化工、造纸、塑料、橡胶、医药等。据统计,2023年我国硫酸钡实际产量约为57万吨。此外,随着全球环保意识的提升,一些传统行业如造纸和塑料向更环保的产品转型,这也将促使硫酸钡在这些行业中的应用得到进一步增加。因此,本项目所涉及的高纯超细硫酸钡产品市场和产业化前景非常厂阔。

产业化条件

本项目拟建设万吨级天然重晶石清洁制备高纯超细硫酸钡示范线,预计需要场地5000平米,设备投资约1500万元,年可实现产值5000万元，可取得利税1200万元。

4

密闭环境空气高效净化材料

项目成熟度:工业放大

项目主要内容

人们在室内及封闭空间度过的时间高达 93%以上，因此室内环境与空气质量直接决定人类健康和生活水平。当前,因建筑业的快速发展、核心技术和关键材料等相对落后、净化产品与设备鱼龙混杂导致我国室内空气质量问题较发达国家更为突出。目前我国室内环境中最严重的气态污染物主要是甲醛、氨、苯系物,且都超标严重,几乎所有新装修的房间和大型公共设施都存在上述污染物，给人们的健康造成了极大的危害,此外,随着 020年初疫情的爆发,人们开始逐渐意识到室内生物气溶胶及有害微生物对人健康的危害。因此开发新型高效的甲醛净化技术，氨及苯系物产生的异味消除技术及微生物杀灭技术已成为改善我国人们生活环境的主要任务之一。

在科技部国家重点研发计划《居室及公共场所空气净化关键技术与设备研发》的支持下,中国科学院过程工程研究所项目团队针对上述室内污染物的特点及技术需求,进行了系统性的研究工作,突破了核心材料、关键技术及设备的限制,并在除甲醛、除异味及抗菌方面形成了技术集成,形成了抗菌/除甲醛喷剂、除味喷剂、抗菌组件、抗菌材料等一系列产品,应用于室内空气净化。

产品应用主要集中在:

1.抗菌/除醛喷剂:研制了一系列生物除醛剂,将其进行复配并与抗菌功能进行耦合,该抗菌/除醛喷剂尤其适用于新装修房屋来净化甲醛剂微生物，目前已在安徽实现销售;

2.除味喷剂:针对室内氨挥发导致的异味,研制了一系列除味复合喷剂,目前也已在安徽实现销售;

3.抗菌材料及组件:研制了一系列耐高温的无机抗菌剂及低蒸汽压的有机抗菌剂,并将其用于骨科固定材料,目前已在北京及山东实现了销售;抗菌组件目前已应用于亚都的空气净化器。

除此以外,团队还在抗菌/防霉,氮氧化物、硫化物等污染物处理技术上做过多项深入研究工作,并有大量的技术陈果积。

知识产权情况

授权中国发明专利12项。

工艺/装备/产品先进性、实用性

开发有特色、有针对性室内环境净化产品;针对特定污染物,进行快速消除技术;微生物去除等。针对室内空气污染的特征,如甲醛、VOCs、细菌、粉异味等。由单一的净化材料转向与其它强化手段耦合及功能组件。团队具有污染物源解析与调控技术、新型净化材料制备与应用技术以及净化设备设计、制备技术耦合等。

经济可行性

据统计,室内环境净化产品在美国家庭的普及率为27%,在日本普及率为17%,但在中国城市家庭的普及率不到1%。由此看来,净化产品在中国还有很大的发展空间。

安全环保和工程化可行性

项目安全环保。项目所合成材料所需用水可达到排放标准,所用溶剂可回收再利用,无危废产生,噪声源主要来源于设备运转,可控制在60分贝以下。项目实施后,可以有效实现室内空气净化,从而解决人长期居住环境中污染物超标的问题。

市场和产业化前景

环境产业作为新型产业发展很快，对新材料、新技术具有巨大的需求。本项目实施不仅可以满足新型室内净化装置的发展需要，而且在其它的产业与产品中也有广阔的市场空间。由于我国人口基数大,随着经济水平提高、城镇建设与新农村建设的进程加快，装修热还在不断持续，与之密切相关的室内空气净化产品仍然是今后的产业热点,因此室内空气污染控制技术、环境净化材料等行业蕴涵着巨大的商机。

产业化条件

已有净化材料产线,达到中试规模。

合作方式

项目合作,专利转让、销售合作等,面谈。

附图

5

静电绿色涂层技术

项目成熟度:工业放大

项目主要内容

通过纳米复合技术研制了可用于热敏性基材表面的零挥发性有机化合物(VOCs)的绿色涂层材料及喷涂技术,将该材料通过静电喷涂的方式作用于热敏性基材表面,在涂层理化性能达标的前提下能有效降低挥发性有机化合物的排放。

市场和产业化前景

针对目前大气环境的要求,产业化前景良好

产业化条件

目前产业化规模可达1吨/天,喷涂效率可达1500m/天。

附图

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