探秘高校实验室：南京工业大学材料化学工程国家重点实验室

　　实现"碳中和、碳达峰"是国家重要战略目标之一。南京工业大学材料化学工程国家重点实验室面向"双碳"目标，根据自身科学与技术的积累基础，发挥自身优势，通过内部资源与队伍重组、外部力量整合，把国家使命扛起来，努力为国家"双碳"战略目标的实现作出贡献。

　　在我国化工教育的一代宗师时钧院士的倡导和实践下，南京工业大学从上世纪五十年代开始将化学工程技术融入材料的研究之中。

　　南京工业大学材料化学工程国家重点实验室副主任刘公平告诉记者：“六十年代唐明述院士等将化学工程方法引入胶凝材料研究领域，八九十年代欧阳平凯院士和徐南平院士分别开展化学工程与生物基材料和膜材料交叉渗透研究，1999年江苏省化学工程与技术重点实验室成立，本世纪初徐南平院士提出了‘材料化学工程’概念，江苏省材料化学工程重点实验室应运而生，2007年纳入国家重点实验室建设计划。形成了一支代表材料化学工程领域国家水平、拥有国际话语权的科技创新队伍。”

　　众所周知，二氧化碳导致地球变暖，带来越来越多的问题。于是，人们想到了用氢气来替代化石燃料。现在大部分的氢气都是通过化石能源煤或者天然气来制备，污染较大，且效率不高。绿氢，是通过使用再生能源（例如太阳能、风能等）制造的氢气，在其生产过程中完全没有碳排放。

　　南京工业大学材料化学工程国家重点实验室、SOEC绿氢制备-高价值化学品制取耦合关键技术负责人杨广明介绍说：“近年来为了契合双碳目标，我们开始研究通过SOEC（固体氧化物电解池）电解水的方式来制备绿氢。我们将这种高性能的黑色粉末，通过我们的方法把它喷涂到电池的电解质上，形成一个二三十微米左右厚度的电极。这种材料可以把电池的工作温度降低100-150℃以上，使其性能更加稳定。”

　　除了制备绿氢，研究人员发现，实现碳中和目标的另一个途径可以直接从空气中分离二氧化碳，于是直接空气碳捕集新型物理吸附剂及关键技术应运而生。

　　记者手中的白色颗粒物，是一种新型的吸附剂，一克大概能吸0.15克左右二氧化碳，吸完了再脱附，然后把二氧化碳压缩放到钢瓶里面。

　　“大家看，这一钢瓶二氧化碳大概是18公斤，一立方吸附剂吸脱附一次就可以填满5瓶以上，皇冠官网地址-有限公司循环大概能用成千上万次，寿命一般是在5到10年以上。”南京工业大学材料化学工程国家重点实验室、直接空气碳捕集新型物理吸附剂及关键技术负责人周瑜说。

　　二氧化碳捕集利用与封存技术是实现"碳达峰"和"碳中和"的关键环节，沸石分子筛作为物理吸附剂的典型代表，具有低成本、热/水热稳定性高和结构功能多样等特点，脱附能耗较低等优势。周瑜介绍说：“该课题前后经历了十年时间，目前已完成公斤级规模化制备工艺研究，正在进行更大规模的制备工艺研发。”

　　基于生物法将二氧化碳转化为大宗化学品的低碳流程技术，是化工领域碳减排的重要发展方向。在目前已有的二氧化碳转化技术中，微生物电合成（Microbial Electrosynthesis， MES）是一个新兴的策略。

　　大家看到的装置中混浊的溶液，是微生物的悬浊液。这些微生物其实是已经存在地球亿万年的一些古细菌。

　　南京工业大学材料化学工程国家重点实验室、CO2微生物电催化转化技术负责人谢婧婧告诉记者：“通过富集这些古细菌，让其作为生物催化剂，可以将二氧化碳转化为乙酸、丁酸、PHB等能源及材料化学品，并实现了每天的数十克每升的产率，是实现二氧化碳高值转化的一条极富前景的绿色路线。”

　　石化行业是资源型和能源型产业，能耗水平和碳排放强度在工业领域居于前列，采用膜技术实现分子级别的低能耗分离已成为石油化工领域重要发展方向。分子筛膜是基于分子筛相互作用和生长特性制备的一种膜材料，由于其高效的分离性能以及良好的稳定性得到了迅速发展，成为了膜科学技术领域的热门研究课题和前沿。

　　南京工业大学材料化学工程国家重点实验室、膜法用于碳四异构体分离关键技术负责人周荣飞告诉记者：“我手中白色的长管是氧化铝陶瓷管，我们的分子筛膜就生长在这个管的表面。混合物在推动力的作用下透过膜，根据膜孔尺寸介于不同分子尺寸之间，尺寸小的分子可以通过膜孔，而尺寸大的分子被截留，即具有分子筛分效果。目前，实验室建立了国际首套膜法分离丁烷异构体分离侧线示范装置，膜分离技术比精馏分离技术能节约65%以上的能耗。”

　　据了解，南京工业大学材料化学工程国家重点实验室以3名院士为领军人物，创建了国家生化工程技术研究中心、国家特种分离膜工程技术研究中心。在我国化学工程领域取得了四个第一：设立了全国第一个材料化学工程博士点；牵头完成国家"973"项目数量位列全国化工领域第一；牵头完成国家基金委重大项目数量位列第一；近十年以第一单位获得国家科技奖励数量位列第一。牵头完成9项国家973项目和2项国家基金委重大项目，获国家科技奖励18项，已转化300余项成果，产生直接或间接经济效益近百亿元。

　　（江苏广电融媒体新闻中心/黄迪 王教群 通讯员/张禹萌 编辑/蒋婕）

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