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□江蘇經(jīng)濟(jì)報(bào)見(jiàn)習(xí)記者 沈玉青

近日，在南京工業(yè)大學(xué)生物與制藥工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)室，首屆江蘇專(zhuān)利發(fā)明人獎(jiǎng)獲得者、南京工業(yè)大學(xué)副校長(zhǎng)郭凱正指導(dǎo)K&k團(tuán)隊(duì)成員緊張有序地進(jìn)行著實(shí)驗(yàn)。在郭凱的帶領(lǐng)下，K&k團(tuán)隊(duì)以綠色化工為方向，開(kāi)展微流場(chǎng)技術(shù)和生物基材料研究，近年來(lái)已取得突出的學(xué)術(shù)影響以及顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

“如果將傳統(tǒng)化工比作‘燉羊肉’，那么微流場(chǎng)技術(shù)就是‘涮羊肉’，可以做到在幾十秒內(nèi)完成傳統(tǒng)十余小時(shí)的反應(yīng)，確保過(guò)程安全可控。”郭凱介紹，他的團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)了微流場(chǎng)技術(shù)在復(fù)雜有機(jī)化工體系中的萬(wàn)噸級(jí)工業(yè)化應(yīng)用，先后完成了生物基無(wú)毒增塑劑累計(jì)14萬(wàn)噸/年、生物基聚氨酯多元醇5萬(wàn)噸/年以及醫(yī)藥農(nóng)藥中間體、材料助劑等系列重大產(chǎn)品的綠色制造，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益數(shù)百億元。

變“燉羊肉”為“涮羊肉”

安全和環(huán)保已成為當(dāng)代化工發(fā)展的兩大瓶頸，在當(dāng)前“碳達(dá)峰、碳中和”的戰(zhàn)略背景下，我國(guó)更加迫切地需要發(fā)展以可再生生物質(zhì)資源為原料、高效轉(zhuǎn)化成綠色低碳的生物基材料和化學(xué)品，實(shí)現(xiàn)中國(guó)制造的綠色轉(zhuǎn)型。

記者了解到，傳統(tǒng)間歇生產(chǎn)存在持液量大、轉(zhuǎn)化率低等問(wèn)題，導(dǎo)致化工生產(chǎn)安全性偏低、排放和泄漏嚴(yán)重，安全環(huán)保事故頻發(fā)。微型化已成為現(xiàn)代科技進(jìn)步的一個(gè)新模式和重要發(fā)展趨勢(shì)，化工過(guò)程微型化有望在保持同等產(chǎn)能的情況下，大幅減小化工設(shè)備尺寸，降低生產(chǎn)成本和污染排放，提升過(guò)程安全性。“作為制造業(yè)大國(guó)，化工是基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，也是國(guó)家發(fā)展所必需的支柱產(chǎn)業(yè)。”郭凱告訴記者，獲得博士學(xué)位后，他曾在企業(yè)工作過(guò)一段時(shí)間，但他發(fā)現(xiàn)，要想真正對(duì)行業(yè)作出貢獻(xiàn)必須從源頭抓起，因此他轉(zhuǎn)而從事技術(shù)研發(fā)工作，深耕綠色化工產(chǎn)業(yè)。

郭凱介紹，微流場(chǎng)技術(shù)是一項(xiàng)特征尺度在百微米級(jí)的過(guò)程強(qiáng)化技術(shù)。該技術(shù)為傳統(tǒng)化工搭建了一座“桌面工廠”，同時(shí)也為化工行業(yè)的綠色發(fā)展引領(lǐng)了方向。“相較傳統(tǒng)的化工技術(shù)，我們開(kāi)發(fā)的微流場(chǎng)技術(shù)通過(guò)微尺度效應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)化工反應(yīng)過(guò)程傳質(zhì)傳熱效率及反應(yīng)速度2—3個(gè)數(shù)量級(jí)的提升、在線反應(yīng)體積3個(gè)數(shù)量級(jí)的縮小，也就是可以將兩三層樓高的反應(yīng)釜縮小到茶水柜大小，以‘桌面工廠’的模式實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)大型化工生產(chǎn)過(guò)程，同時(shí)將反應(yīng)時(shí)間由十幾小時(shí)縮短到數(shù)十秒。”郭凱說(shuō)。

談及所研究項(xiàng)目的現(xiàn)實(shí)意義，郭凱表示，作為連續(xù)流技術(shù)，微流場(chǎng)技術(shù)可以大幅提升化工反應(yīng)選擇性，使污染排放降低50%以上、能耗降低40%以上。微流場(chǎng)技術(shù)在提升反應(yīng)效率的同時(shí)，還強(qiáng)化了反應(yīng)過(guò)程安全性，實(shí)現(xiàn)了化工清潔安全生產(chǎn)。此外，該技術(shù)還可以縮小設(shè)備占地面積90%以上，有效提升土地利用效率。

破解規(guī)模化工程應(yīng)用難題

“微流場(chǎng)技術(shù)在有機(jī)化工體系中的規(guī)模化工程應(yīng)用是國(guó)際共性難題。由于傳統(tǒng)微通道反應(yīng)尺度在百微米級(jí)別，一旦尺度擴(kuò)大就會(huì)導(dǎo)致微尺度效應(yīng)喪失。”郭凱告訴記者，百微米尺度的傳統(tǒng)微通道反應(yīng)器，每年只能生產(chǎn)百公斤至噸級(jí)產(chǎn)品，難以滿(mǎn)足規(guī)模化生產(chǎn)及市場(chǎng)需求。而K&k團(tuán)隊(duì)的研究成果已能在厘米尺度下保持微尺度效應(yīng)，厘米尺度的微流場(chǎng)反應(yīng)器每年能生產(chǎn)萬(wàn)噸級(jí)產(chǎn)品。

經(jīng)過(guò)多年沉淀，郭凱團(tuán)隊(duì)攻關(guān)突破了尺度放大與尺度效應(yīng)難以同步、多單元系統(tǒng)集成困難、高效工程化裝備缺失等技術(shù)瓶頸后，在江蘇、山東、浙江等多地實(shí)現(xiàn)了基于微流場(chǎng)反應(yīng)技術(shù)的高品質(zhì)生物基無(wú)毒增塑劑、生物基聚氨酯多元醇、醫(yī)藥農(nóng)藥中間體、材料助劑等產(chǎn)品的千噸至萬(wàn)噸級(jí)連續(xù)化生產(chǎn)。

與我們生活息息相關(guān)的塑料制品的制造離不開(kāi)增塑劑，目前對(duì)人體無(wú)毒、對(duì)環(huán)境無(wú)污染的生物基增塑劑已成為替代傳統(tǒng)增塑劑的理想選擇，但其存在生產(chǎn)安全性偏低、產(chǎn)品品質(zhì)較差等問(wèn)題。郭凱團(tuán)隊(duì)通過(guò)微流場(chǎng)技術(shù)高效解決了這些問(wèn)題。“我們?cè)谏锘鶡o(wú)毒增塑劑生產(chǎn)中采用了管路式微流場(chǎng)反應(yīng)器，通過(guò)構(gòu)建合適流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，保持微尺度效應(yīng)的同時(shí)，將邊界尺度拓展至厘米級(jí)別，使反應(yīng)器單通路通量達(dá)到萬(wàn)噸級(jí)規(guī)模，有效實(shí)現(xiàn)了技術(shù)和產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化，產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)高端市場(chǎng)占有率超過(guò)95%。”郭凱介紹。

創(chuàng)新推動(dòng)產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展

微流場(chǎng)反應(yīng)技術(shù)在化工制造業(yè)中的運(yùn)用，推動(dòng)了“桌面工廠”的有益嘗試。郭凱告訴記者，得益于該項(xiàng)技術(shù)支持，應(yīng)用企業(yè)的生產(chǎn)成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于同類(lèi)產(chǎn)品，同時(shí)生產(chǎn)安全性好、污染排放小。因此，微流場(chǎng)反應(yīng)技術(shù)對(duì)產(chǎn)業(yè)的綠色化智能化發(fā)展具有很強(qiáng)的支持作用，符合資源節(jié)約、環(huán)境友好“兩型”社會(huì)要求。

“最近團(tuán)隊(duì)正在做一個(gè)非常有意義的項(xiàng)目，就是基于微流場(chǎng)技術(shù)的生物基材料的開(kāi)發(fā)。我們希望能夠利用江蘇的特色資源——鹽堿地，將鹽堿地用作蓖麻的種植用地，獲得蓖麻油后我們可以把它做成生物基聚氨酯、尼龍、氨綸，運(yùn)用于江蘇的海洋風(fēng)電、基建、紡織服裝等重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)。”在郭凱的帶領(lǐng)下，K&k團(tuán)隊(duì)對(duì)于綠色化工領(lǐng)域的探索從未停歇，他表示，該項(xiàng)目的實(shí)施能夠把江蘇的特色資源稟賦、高技術(shù)密集度、強(qiáng)消費(fèi)市場(chǎng)能力三個(gè)方面優(yōu)勢(shì)有機(jī)結(jié)合在一起，對(duì)江蘇的區(qū)域經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展起到一定的示范效應(yīng)。

近年來(lái)，郭凱帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)為推動(dòng)微流場(chǎng)技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用以及生物基材料的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化作出了重要貢獻(xiàn)。作為主要專(zhuān)利發(fā)明人，郭凱團(tuán)隊(duì)截至目前擁有有效國(guó)內(nèi)專(zhuān)利195件，且均為發(fā)明專(zhuān)利，擁有有效國(guó)（境）外專(zhuān)利22件；相關(guān)專(zhuān)利技術(shù)榮獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)等國(guó)家及省部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)6項(xiàng)。專(zhuān)利技術(shù)通過(guò)轉(zhuǎn)讓、許可實(shí)施累計(jì)新增銷(xiāo)售額達(dá)數(shù)百億元。“知識(shí)產(chǎn)權(quán)對(duì)技術(shù)開(kāi)發(fā)和行業(yè)的發(fā)展都有非常重要的作用。”郭凱表示，保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)就是保護(hù)創(chuàng)新，在學(xué)術(shù)上提倡交流、互動(dòng)、借鑒，但是對(duì)于原始性的創(chuàng)新，特別是一些產(chǎn)品的新結(jié)構(gòu)、新裝備，必須加大保護(hù)力度，這不僅是對(duì)智力勞動(dòng)的尊重，也有助于營(yíng)造一個(gè)良好的研發(fā)創(chuàng)新環(huán)境。

2023年8月23日《江蘇經(jīng)濟(jì)報(bào)》A01版：http://jsjjb.xhby.net/pc/con/202308/23/content_1232504.html