精細化學品廣泛地應用于醫藥、農藥和日化用品等與百姓衣食住行密切相關的各類用品中。然而，由于精細化工行業產品種類繁多、工藝流程長、生產技術精密等特點，生產企業往往呈現出“先產品分散生產，后污染集中治理”或“重產品生產，輕污染治理”的粗放型發展模式。

日前，南京工業大學喬旭教授領銜完成的項目“嵌入臨氧裂解過程的‘三廢’治理與化學品生產耦合關鍵技術”有效解決了這一問題，獲評江蘇省2021年度江蘇省科學技術獎一等獎。“項目通過三個創新點實現了化工及相關行業生產的源頭綠色化、過程減量化、治理精準化。”喬旭表示，為解決化工行業污染治理效果差、過程集成度弱和資源利用率低這三大制約發展、被人詬病的“痛點”，除卻了科技工作者“心病”，他領銜的綠色化工實驗室里一直致力于促進化工綠色發展，助力“雙碳”目標實現。

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凈化新概念，實現化工過程“三廢”近零排放

“我國化工產品精細化率已提高到45%，但較之歐美等發達國家60%-70%的精細化率還有較大差距。”綠色化工實驗室骨干成員、南工大化工學院湯吉海教授介紹，精細化學品應用面廣、專用性強、附加值高，其發展水平是衡量國家或地區化工發展水平的重要標志。針對化工產品“三廢”相態分別治理能耗高、效率低的問題，喬旭教授帶領他們研發出“三廢”臨氧裂解一體化凈化技術。

“利用大分子有機物裂解和氣態有機小分子深度氧化的耦合反應機理，通過臨氧裂解熱量傳遞過程的調控實現系統自熱平衡。”喬旭解釋道，也就是使大分子在氧氣的作用下裂解反應生成小分子，小分子再深度氧化為二氧化碳和水，實現廢水廢氣廢渣近零排放。這種“三廢”臨氧裂解一體化深度凈化裝備，可嵌入精細化學生產裝置中，實現全濃度范圍內“三廢”同時處理。“處理后的尾氣排放中揮發性有機物（VOCs）含量低于10mg/m3，廢水化學需氧量（COD）低于40mg/L,遠遠低于國家和地方排放限值。”

新型反應分離集成技術，實現“三廢”原位減量

“提高原料利用效率、減少廢棄物排放、實現精細化學品生產源頭綠色，是我們團隊攻關的目標。”喬旭說，精細化學品生產的反應、分離等單元過程大多采用離散單向的序貫連接方式，各單元產生的廢棄物大多直接進入‘三廢’處理系統，有時副產物排放量可能是目標產品的10到100倍，這不僅造成了原料成本的增加，還額外增加了廢棄物處置的費用。“因此，我們發明捕獲并利用精細化學品制造過程中過量原料的系列反應-分離耦合技術，開發全局尋優的增強型‘蝙蝠’算法，優化設計反應-分離耦合工業化過程，最大限度降低過量組分逃逸量，實現了生產過程‘三廢’原位減量。”

據介紹，團隊針對酫酯胺類精細化學品高原子經濟性反應合成路線，創制了功能化分子篩催化劑，并通過調控反應網絡、提高原料利用效率，做到了減少廢棄物排放，實現精細化學品生產源頭綠色。

原子經濟反應，綠色催化工藝杜絕廢水產生

“采用綠色反應工藝才能使精化品在工業生產中真正實現‘源頭綠色、原位減量、嵌入治理’。”綠色化工實驗室成員、南工大化工學院陳獻教授介紹，該團隊在提出“臨氧裂解”凈化新概念，發明了“三廢”臨氧裂解凈化新裝備的同時，針對精細化學品合成副產生物量大的問題，設計出系列提高原子利用率的綠色反應工藝。團隊發明了極性溶劑原位還原、鹽析定向錨定等策略，構筑磺酸等有機官能團、過渡/堿金屬均勻分布的分子篩催化劑，首次用于加成、縮合等高原子經濟性反應，實現多點位協同的高效催化效應，構建了羧酸特種酯、烷氧基丙酸酯、二苯胺、（氯代）苯甲醛的綠色催化合成工藝。

“原料吃干榨凈了，工藝水循環利用了，‘三廢’自然不存在了。”綠色化工實驗室成員、南工大化工學院崔咪芬教授列舉一系列成果轉化實例介紹說，綠色工藝原料轉化率與目標產品選擇性均高于傳統工藝，建成的酸烯加成、烷烴氯化的“背包式”反應精餾集成裝置，使原料反應轉化率和選擇性分別達到98%和97%以上；發明的（氯代）苯甲醛生產水解反應與液液分離耦合的過量水原位循環技術，工藝水100%循環利用，源頭上杜絕了向系統外排放未反應的過量原料和工藝廢水的產生。

打造精細化學品綠色制造示范效應

“科研成果只有走出實驗室，才能釋放科技勢能，服務經濟社會發展。”多年來，喬旭帶領團隊積極投身科研實踐，將科研論文寫在設備上、車間里、廠房中和廣闊的市場中。

“嵌入臨氧裂解過程的三廢治理與化學品生產耦合關鍵技術”經中國石油與化學工業聯合會專家組鑒定，一致認為 “達到國際先進水平，其中臨氧裂解技術達到國際領先水平，對推動精細化學品綠色制造具有很好的示范效應，具有很好的產業推廣應用前景。”技術成果的成功應用，將環保與相關產品生產一體化融合，真正實現了精細化學品的綠色制造。專利技術入股孵化出南京資環工程技術研究院有限公司，相關產品技術獨家轉讓給中鹽常州新東化工、江蘇飛亞化學等企業，建成全國首套化工“三廢”臨氧裂解一體化凈化撬塊裝置和全球最大4.5萬噸/年二苯胺、1.2萬噸氯代苯甲醛（含氯代氯芐）等工業裝置，打破了國際行業寡頭的壟斷地位。近兩年內，成果應用企業取得了新增銷售額20.57億元、新增利潤2.83億元的經濟效益，同時取得了減排廢氣13.51億立方米，減排精餾釜殘等有機危廢5156噸的環境效益。

通訊員  楊芳

揚子晚報/紫牛新聞  楊甜子

校對 盛媛媛