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〔荔枝新聞〕探秘高校實驗室：南京工業大學材料化學工程國家重點實驗室
時間：2023-07-06
來源：荔枝新聞
作者：張禹萌
攝影： 編輯：王小軒
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實現"碳中和、碳達峰"是國家重要戰略目標之一。南京工業大學材料化學工程國家重點實驗室面向"雙碳"目標，根據自身科學與技術的積累基礎，發揮自身優勢，通過內部資源與隊伍重組、外部力量整合，把國家使命扛起來，努力為國家"雙碳"戰略目標的實現作出貢獻。
在我國化工教育的一代宗師時鈞院士的倡導和實踐下，南京工業大學從上世紀五十年代開始將化學工程技術融入材料的研究之中。
南京工業大學材料化學工程國家重點實驗室副主任劉公平告訴記者：“六十年代唐明述院士等將化學工程方法引入膠凝材料研究領域，八九十年代歐陽平凱院士和徐南平院士分別開展化學工程與生物基材料和膜材料交叉滲透研究，1999年江蘇省化學工程與技術重點實驗室成立，本世紀初徐南平院士提出了‘材料化學工程’概念，江蘇省材料化學工程重點實驗室應運而生，2007年納入國家重點實驗室建設計劃。形成了一支代表材料化學工程領域國家水平、擁有國際話語權的科技創新隊伍。”
眾所周知，二氧化碳導致地球變暖，帶來越來越多的問題。于是，人們想到了用氫氣來替代化石燃料。現在大部分的氫氣都是通過化石能源煤或者天然氣來制備，污染較大，且效率不高。綠氫，是通過使用再生能源（例如太陽能、風能等）制造的氫氣，在其生產過程中完全沒有碳排放。
南京工業大學材料化學工程國家重點實驗室、SOEC綠氫制備-高價值化學品制取耦合關鍵技術負責人楊廣明介紹說：“近年來為了契合雙碳目標，我們開始研究通過SOEC（固體氧化物電解池）電解水的方式來制備綠氫。我們將這種高性能的黑色粉末，通過我們的方法把它噴涂到電池的電解質上，形成一個二三十微米左右厚度的電極。這種材料可以把電池的工作溫度降低100-150℃以上，使其性能更加穩定。”
除了制備綠氫，研究人員發現，實現碳中和目標的另一個途徑可以直接從空氣中分離二氧化碳，于是直接空氣碳捕集新型物理吸附劑及關鍵技術應運而生。
記者手中的白色顆粒物，是一種新型的吸附劑，一克大概能吸0.15克左右二氧化碳，吸完了再脫附，然后把二氧化碳壓縮放到鋼瓶里面。
“大家看，這一鋼瓶二氧化碳大概是18公斤，一立方吸附劑吸脫附一次就可以填滿5瓶以上，循環大概能用成千上萬次，壽命一般是在5到10年以上。”南京工業大學材料化學工程國家重點實驗室、直接空氣碳捕集新型物理吸附劑及關鍵技術負責人周瑜說。
二氧化碳捕集利用與封存技術是實現"碳達峰"和"碳中和"的關鍵環節，沸石分子篩作為物理吸附劑的典型代表，具有低成本、熱/水熱穩定性高和結構功能多樣等特點，脫附能耗較低等優勢。周瑜介紹說：“該課題前后經歷了十年時間，目前已完成公斤級規模化制備工藝研究，正在進行更大規模的制備工藝研發。”
基于生物法將二氧化碳轉化為大宗化學品的低碳流程技術，是化工領域碳減排的重要發展方向。在目前已有的二氧化碳轉化技術中，微生物電合成（Microbial Electrosynthesis， MES）是一個新興的策略。
大家看到的裝置中混濁的溶液，是微生物的懸濁液。這些微生物其實是已經存在地球億萬年的一些古細菌。
南京工業大學材料化學工程國家重點實驗室、CO2微生物電催化轉化技術負責人謝婧婧告訴記者：“通過富集這些古細菌，讓其作為生物催化劑，可以將二氧化碳轉化為乙酸、丁酸、PHB等能源及材料化學品，并實現了每天的數十克每升的產率，是實現二氧化碳高值轉化的一條極富前景的綠色路線。”
石化行業是資源型和能源型產業，能耗水平和碳排放強度在工業領域居于前列，采用膜技術實現分子級別的低能耗分離已成為石油化工領域重要發展方向。分子篩膜是基于分子篩相互作用和生長特性制備的一種膜材料，由于其高效的分離性能以及良好的穩定性得到了迅速發展，成為了膜科學技術領域的熱門研究課題和前沿。
南京工業大學材料化學工程國家重點實驗室、膜法用于碳四異構體分離關鍵技術負責人周榮飛告訴記者：“我手中白色的長管是氧化鋁陶瓷管，我們的分子篩膜就生長在這個管的表面。混合物在推動力的作用下透過膜，根據膜孔尺寸介于不同分子尺寸之間，尺寸小的分子可以通過膜孔，而尺寸大的分子被截留，即具有分子篩分效果。目前，實驗室建立了國際首套膜法分離丁烷異構體分離側線示范裝置，膜分離技術比精餾分離技術能節約65%以上的能耗。”
據了解，南京工業大學材料化學工程國家重點實驗室以3名院士為領軍人物，創建了國家生化工程技術研究中心、國家特種分離膜工程技術研究中心。在我國化學工程領域取得了四個第一：設立了全國第一個材料化學工程博士點；牽頭完成國家"973"項目數量位列全國化工領域第一；牽頭完成國家基金委重大項目數量位列第一；近十年以第一單位獲得國家科技獎勵數量位列第一。牽頭完成9項國家973項目和2項國家基金委重大項目，獲國家科技獎勵18項，已轉化300余項成果，產生直接或間接經濟效益近百億元。
（江蘇廣電融媒體新聞中心/黃迪 王教群 通訊員/張禹萌 編輯/蔣婕）
2023年7月6日《荔枝新聞》：http://news.jstv.com/a/20230706/9baab6112bcb440d8f447a3b9510e9e0.shtml?jsbcApp=1
