㈠ 目前用于环境水处理领域的光催化剂主要种类有哪些
目前用于环境水处理领域的光催化剂主要种类有哪些
深度处理常见的方法有以下几种。
1.1 活性炭吸附法与离子交换
活性炭是一种多孔性物质,而且易于自动控制,对水量、水质、水温变化适应性强,因此活性炭吸附法是一种具有广阔应用前景的污水深度处理技术。活性炭对分子量在派改500~3 000的有机物有十分明显的去除效果,去除率一般为70%~86.7%[1],可经济有效地去除嗅、色度、重金属、消毒副产物、氯化有机物、农药、放射性有机物等。
常用的活性炭主要有粉末活性炭(PAC)、颗粒活性炭(GAC)和生物活性碳(BAC)三大类。近年来,国外对PAC的研究较多,已经深入到对各种具体污染物的吸附能力的研究。淄博市引黄供水有限公司根据水肢肆污染的程度,在水处理系统中,投加粉末活性炭去除水中的COD,过滤后水的色度能降底1~2度;臭味降低到0度[2]。GAC在国外水处理中应用较多,处理效果也较稳定,美国环保署(USEPA)饮用水标准的64项有机物指标中,有51项将GAC列为最有效技术[3]。
GAC处理工艺的缺点是基建和执行费用较高,且容易产生亚硝酸盐等致癌物,突发性污染适应性差。如何进一步降低基建投资和执行费用,降低活性炭再生成本将成为今后的研究重点。BAC可以发挥生化和物化处理的协同作用,从而延长活性炭的工作周期,大大提高处理效率,改善出水水质。不足之处在于活性炭微孔极易被阻塞、进水水质的pH 适用范围窄、抗冲击负荷差等。目前,欧洲应用BAC技术的水厂已发展到70个以上,应用最广泛的是对水进行深度处理[4]。抚顺石化分公司石油三厂采用BAC技术,既节省了新鲜水的补充量,减少污水排放量,减轻水体污染,降低生产成尘饥判本,还体现了经济效益和社会效益的统一[5]。今后的研究重点是降低投资成本和增加各种预处理措施与BAC联用,提高处理效果。
1.2 膜分离法
膜分离技术是以高分子分离膜为代表的一种新型的流体分离单元操作技术[6,7]。它的最大特点是分离过程中不伴随有相的变化,仅靠一定的压力作为驱动力就能获得很高的分离效果,是一种非常节省能源的分离技术。
微滤可以除去细菌、病毒和寄生生物等,还可以降低水中的磷酸盐含量。天津开发区污水处理厂采用微滤膜对SBR二级出水进行深度处理, 满足了景观、冲洗路面和冲厕等市政杂用和生活杂用的需求[8]。
超滤用于去除大分子,对二级出水的COD和BOD去除率大于50%。北京市高碑店污水处理厂采用超滤法对二级出水进行深度处理,产水水质达到生活杂用水标准,回用污水用于洗车,每年可节约用水4 700 m3[9]。
反渗透用于降低矿化度和去除总溶解固体,对二级出水的脱盐率达到90%以上,COD和BOD的去除率在85%左右,细菌去除率90%以上[10]。缅甸某电厂采用反渗透膜和电除盐联用技术,用于锅炉补给水。经反渗透处理的水,能去除绝大部分的无机盐、有机物和微生物[11]。
纳滤介于反渗透和超滤之间,其操作压力通常为0.5~1.0 MPa,纳滤膜的一个显著特点是具有离子选择性,它对二价离子的去除率高达95%以上,一价离子的去除率较低,为40%~80%[12]。潘巧明等人采用膜生物反应器-纳滤膜整合技术处理糖蜜制酒精废水取得了较好结果,出水COD小于100 mg/L,废水回用率大于80%[13]。
我国的膜技术在深度处理领域的应用与世界先进水平尚有较大差距。今后的研究重点是开发、制造高强度、长寿命、抗污染、高通量的膜材料,着重解决膜污染、浓差极化及清洗等关键问题。
1.3 高阶氧化法
工业生产中排放的高浓度有机污染物和有毒有害污染物,种类多、危害大,有些污染物难以生物降解且对生化反应有抑制和毒害作用。而高阶氧化法在反应中产生活性极强的自由基(如•OH等),使难降解有机污染物转变成易降解小分子物质,甚至直接生成CO2和H2O,达到无害化目的。
1.3.1 溼式氧化法
溼式氧化法(WAO)是在高温(150~350 ℃)、高压(0.5~20 MPa)下利用O2或空气作为氧化剂,氧化水中的有机物或无机物,达到去除污染物的目的,其最终产物是CO2和H2O[14]。福建炼油化工有限公司于2002年引进了WAO工艺,彻底解决了碱渣的后续治理和恶臭污染问题,而且执行成本低,氧化效率高[15]。
1.3.2 溼式催化氧化法
溼式催化氧化法(CWAO)是在传统的溼式氧化处理工艺中加入适宜的催化剂使氧化反应能在更温和的条件下和更短的时间内完成,也因此可减轻装置腐蚀、降低执行费用[16,17]。目前,建于昆明市的一套连续流动型CWAO工业实验装置,已经体现出了较好的经济性[18]。
溼式催化氧化法的催化剂一般分为金属盐、氧化物和复合氧化物3类。目前,考虑经济性,应用最多的催化剂是过渡金属氧化物如Cu、Fe、Ni、Co、Mn等及其盐类。采用固体催化剂还可避免催化剂的流失、二次污染的产生及资金的浪费。
1.3.3 超临界水氧化法
超临界水氧化法把温度和压力升高到水的临界点以上,该状态的水就称为超临界水。在此状态下水的密度、介电常数、粘度、扩散系数、电导率和溶剂化学效能都不同于普通水。较高的反应温度(400~600 ℃)和压力也使反应速率加快,可以在几秒钟内对有机物达到很高的破坏效率。
美国德克萨斯州哈灵顿首次大规模应用超临界水氧化法处理污泥,日处理量达9.8 t。系统执行证明其COD的去除率达到99.9%以上,污泥中的有机成分全部转化为CO2、H2O以及其他无害物质,且执行成本较低[19]。
1.3.4 光化学催化氧化法
目前研究较多的光化学催化氧化法主要分为Fenton试剂法、类Fenton试剂法和以TiO2为主体的氧化法。
Fenton试剂法由Fenton在20世纪发现,如今作为废水处理领域中有意义的研究方法重新被重视起来。Fenton试剂依靠H2O2和Fe2+盐生成•OH,对于废水处理来说,这种反应物是一个非常有吸引力的氧化体系,因为铁是很丰富且无毒的元素,而且H2O2也很容易操作,对环境也是安全的[20]。Fenton试剂能够破坏废水中诸如苯酚和除草剂等有毒化合物。目前国内对于Fenton试剂用于印染废水处理方面的研究很多,结果证明Fenton 试剂对于印染废水的脱色效果非常好。另外,国内外的研究还证明,用Fenton试剂可有效地处理含油、醇、苯系物、硝基苯及酚等物质的废水。
类Fenton试剂法具有装置简单、反应条件温和、操作方便等优点,在处理有毒有害难生物降解有机废水中极具应用潜力。该法实际应用的主要问题是处理费用高,只适用于低浓度、少量废水的处理。将其作为难降解有机废水的预处理或深度处理方法,再与其他处理方法(如生物法、混凝法等)联用,则可以更好地降低废水处理成本、提高处理效率,并拓宽该技术的应用范围。
光催化法是利用光照某些具有能带结构的半导体光催化剂如TiO2、ZnO、CdS、WO3等诱发强氧化自由基•OH,使许多难以实现的化学反应能在常规条件下进行。锐钛矿中形成的TiO2具有稳定性高、效能优良和成本低等特征。在全世界范围内开展的最新研究是获得改良的(掺入其他成分)TiO2,改良后的TiO2具有更宽的吸收谱线和更高的量子产生率。
1.3.5 电化学氧化法
电化学氧化又称电化学燃烧,是环境电化学的一个分支。其基本原理是在电极表面的电催化作用下或在由电场作用而产生的自由基作用下使有机物氧化。除可将有机物彻底氧化为CO2和H2O外,电化学氧化还可作为生物处理的预处理工艺,将非生物相容性的物质经电化学转化后变为生物相容性物质。这种方法具有能量利用率高,低温下也可进行;装置相对较为简单,操作费用低,易于自动控制;无二次污染等特点。
1.3.6 超声辐射降解法
超声辐射降解法主要源于液体在超声波辐射下产生空化气泡,它能吸收声能并在极短时间内崩溃释放能量,在其周围极小的空间范围内产生1 900~5 200 K的高温和超过50 MPa的高压。进入空化气泡的水分子可发生分解反应产生高氧化活性的•OH,诱发有机物降解;此外,在空化气泡表层的水分子则可以形成超临界水,有利于化学反应速度的提高。
超声波对含卤化物的脱卤、氧化效果显著,氯代苯酚、氯苯、CH2Cl2、CHCl3、CCl4等含氯有机物最终的降解产物为HCl、H2O、CO、CO2等。超声降解对硝基化合物的脱硝基也很有效。新增O3、H2O2、Fenton试剂等氧化剂将进一步增强超声降解效果。超声与其他氧化法的组合是目前的研究热点,如US/O3、US/H2O2、US/Fenton、US/光化学法。目前,超声辐射降解水体污染物的研究仍处于试验探索阶段。
1.3.7 辐射法
辐射法是利用高能射线(γ、χ射线)和电子束等对化合物的破坏作用所开发的污水辐射净化法。一般认为辐射技术处理有机废水的反应机理是由于水在高能辐射的作用下产生•OH、H2O2、•HO2等高活性粒子,再由这些高活性粒子诱发反应,使有害物质降解。
辐射法对有机物的处理效率高、操作简便。该技术存在的主要难题是用于产生高能粒子的装置昂贵、技术要求高,而且该法的能耗大、能量利用率较低;此外为避免辐射对人体的危害,还需要特殊的保护措施。更多资料可登入易净水网检视。因此该法要投入执行,还需进行大量的研究探索工作。
1.4 臭氧法
臭氧具有极强的氧化性,对许多有机物或官能团发生反应,有效地改善水质。臭氧能氧化分解水中各种杂质所造成的色、嗅,其脱色效果比活性炭好;还能降低出水浊度,起到良好的絮凝作用,提高过滤滤速或者延长过滤周期。目前,由于国内的臭氧发生技术和工艺比较落后,所以执行费用过高,推广有难度。
通俗意义上讲触媒就是催化剂的意思,光触媒顾名思义就是光催化剂。催化剂是加速化学反应的化学物质,其本身并不参与反应。光催化剂就是在光子的激发下能够起到催化作用的化学物质的统称。
1光催化剂的种类:
二氧化钛(TiO2);氧化锌(ZnO);氧化锡(SnO2);二氧化锆(ZrO2);硫化镉(CdS)等多种氧化物硫化物半导体,其中二氧化钛(Titanium Dioxide)因其氧化能力强,化学性质稳定无毒,成为世界上最当红的奈米光触媒材料。
2光催化剂的发展:在早期,也曾经较多使用硫化镉(CdS)和氧化锌(ZnO)作为光触媒材料,但是由于这两者的化学性质不稳定,会在光催化的同时发生光溶解,溶出有害的金属离子具有一定的生物毒性,故发达国家目前已经很少将它们用作为民用光催化材料,部分工业光催化领域还在使用。
3光催化剂二氧化钛:它是一种半导体,分别具有锐钛矿(Anatase),金红石(Rutile)及板钛矿(Brookite)三种晶体结构,其中只有锐钛矿结构和金红石结构具有光催化特性。
吸附法、厌氧生物处理、组合生物处理等。
化学法:投加氨氮降解剂
通俗意义上讲触媒就是催化剂的意思,光触媒顾名思义就是光催化剂。催化剂是加速化学反应的化学物质,其本身并不参与反应。光催化剂就是在光子的激发下能够起到催化作用的化学物质的统称。
光催化技术是在20世纪70年代诞生的基础奈米技术,在中国大陆我们会用光触媒这个通俗词来称呼光催化剂。典型的天然光催化剂就是我们常见的叶绿素,在植物的光合作用中促进空气中的二氧化碳和水合成为氧气和碳水化合物。总的来说奈米光触媒技术是一种奈米仿生技术,用于环境净化,自清洁材料,先进新能源,癌症医疗,高效率抗菌等多个前沿领域。
世界上能作为光触媒的材料众多,包括二氧化钛(TiO2),氧化锌(ZnO),氧化锡(SnO2),二氧化锆(ZrO2),硫化镉(CdS)等多种氧化物硫化物半导体,其中二氧化钛(Titanium Dioxide)因其氧化能力强,化学性质稳定无毒,成为世界上最当红的奈米光触媒材料。在早期,也曾经较多使用硫化镉(CdS)和氧化锌(ZnO)作为光触媒材料,但是由于这两者的化学性质不稳定,会在光催化的同时发生光溶解,溶出有害的金属离子具有一定的生物毒性,故发达国家目前已经很少将它们用作为民用光催化材料,部分工业光催化领域还在使用。
二氧化钛是一种半导体,分别具有锐钛矿(Anatase),金红石(Rutile)及板钛矿(Brookite)三种晶体结构,其中只有锐钛矿结构和金红石结构具有光催化特性。
二氧化钛是氧化物半导体的一种,是世界上产量非常大的一种基础化工原料,普通的二氧化钛一般称为体相半导体以与奈米二氧化钛相区分。具有Anatase或者Rutile结构的二氧化钛在具有一定能量的光子激发下[光子激发原理参考光触媒反应原理]能使分子轨道中的电子离开价带(Valence band)跃迁至导带(conction band)。从而在材料价带形成光生空穴[Hole+],在导带形成光生电子[e-],在体相二氧化钛中由于二氧化钛颗粒很大,光生电子在到达导带开始向颗粒表面活动的过程中很容易与光生空穴复合,从而从巨集观上我们无法观察到光子激发的效果。但是奈米的二氧化钛颗粒由于尺寸很小,所以电子比较容易扩散到晶体表面,导致原本不带电的晶体表面的2个不同部分出现了极性相反的2个微区-光生电子和光生空穴。由于光生电子和光生空穴都有很强的能量,远远高出一般有机污染物的分子链的强度,所以可以轻易将有机污染物分解成最原始的状态。同时光生空穴还能与空气中的水分子形成反应,产生氢氧自由基亦可分解有机污染物并且杀灭细菌病毒。这种在一个区域内2个微区截然相反的性质并且共同达到效果的过程是奈米技术典型的应用,一般称之为二元论。该反应微区称之为二元协同介面。
从上面介绍我们可以看到,二氧化钛的光催化反应过程,很大程度依靠第一步的光子激发,所以有足够激发二氧化钛的光子,才能提供足够的能量,我们也可以知道,光催化反应并不是凭空产生的它也是需要消耗能量的,符合能量守恒原则,它消耗的是光子,也就是光能。如果是太阳光照射光触媒就利用太阳能,灯光就是利用光能。联合国将光触媒开发列为21世纪太阳能利用计划的重要组成部分。
什么样的光子能激发二氧化钛呢?从理论结构上来说,锐钛二氧化钛的导带与价带之间的间隙[我们称之为能隙]是3.2eV 而金红石二氧化钛为3.0eV,所以金红石需要光能大于3.0eV的光子而锐钛需要大于3.2eV的光子。光子的能量E与波长λ(Lambda)与之具有反比关系E = h C / λ,所以可以知道波长小于380nm的光可以激发锐钛型二氧化钛。虽然锐钛矿需要略多的能量来激发,但是同样的锐钛矿的二氧化钛光触媒具有更强的氧化能力,所以被更为广泛的使用。有研究表明接近7nm粒径时,锐钛矿要比金红石更为稳定,这也是很多奈米光触媒采用锐钛型的原因。
优点:1、合适的能带电位
2、高化学稳定性
3、无毒无害
4、较高的光电转换效率
5、低成本
6、高活性
缺点:无可见光吸收
在选择和设计金属催化剂时,常考虑金属组分与反应物分子间应有合适的能量适应性和空间适应性,以利于反应分子的活化。然后考虑选择合适的助催化剂和催化剂载体以及所需的制备工艺,并严格控制制备条件,以满足所需的化学组成和物理结构,包括金属晶粒大小和分布等。
光催化剂的起源:光催化技术是在20世纪70年代诞生的基础奈米技术,在中国大陆我们会用光触媒这个通俗词来称呼光催化剂。典型的天然光催化剂就是我们常见的叶绿素,在植物的光合作用中促进空气中的二氧化碳和水合成为氧气和碳水化合物。总的来说奈米光触媒技术是一种奈米仿生技术,用于环境净化,自清洁材料,先进新能源,癌症医疗,高效率抗菌等多个前沿领域。
补充:
世界上能作为光触媒的材料众多,包括二氧化钛(TiO2),氧化锌(ZnO),氧化锡(SnO2),二氧化锆(ZrO2),硫化镉(CdS)等多种氧化物硫化物半导体,其中二氧化钛(Titanium Dioxide)因其氧化能力强,化学性质稳定无毒,成为世界上最当红的奈米光触媒材料。
客观上讲应该是没有的,要不然怎么用来处理环境污染物呢,当然,现在一些粉体的话,飞散起来的话对小范围的环境是有点,但不是本质上的污染,使用的时候注意就好了。
㈡ 真空镀膜和光学镀膜有什么区别
一、概念的区别
1、真空镀膜是指在高真空的条件下加热金属或非金属材料,使其蒸发并凝结于镀件(金属、半导体或绝缘体)表面而形成薄膜的一种方法。例如,真空镀铝、真空镀铬等。
2、光学镀膜是指在光学零件表面上镀上一层(或多层)金属(或介质)薄膜的工艺过程。在光学零件表面镀膜的目的是为了达到减少或增加光的反射、分束、分色、滤光、偏振等要求。常用的镀膜法有真空镀膜(物理镀膜的一种)和化学镀膜。
二、原理的区别
1、真空镀膜是真空应用领域的一个重要方面,它是以真空技术为基础,利用物理或化学方法,并吸收电子束、分子束、离子束、等离子束、射频和磁控等一系列新技术,为科学研究和实际生产提供薄膜制备的一种新工艺。简单地说,在真空中把金属、合金或化合物进行蒸发或溅射,使其在被涂覆的物体(称基板、基片或基体)上凝固并沉积的方法。
2、光的干涉在薄膜光学中广泛应用。光学薄膜技术的普遍方法是借助真空溅射的方式在玻璃基板上涂镀薄膜,一般用来控制基板对入射光束的反射率和透过率,以满足不同的需要。为了消除光学零件表面的反射损失,提高成像质量,涂镀一层或多层透明介质膜,称为增透膜或减反射膜。
随着激光技术的发展,对膜层的反射率和透过率有不同的要求,促进了多层高反射膜和宽带增透膜的发展。为各种应用需要,利用高反射膜制造偏振反光膜、彩色分光膜、冷光膜和干涉滤光片等。光学零件表面镀膜后,光在膜层层上多次反射和透射,形成多光束干涉,控制膜层的折射率和厚度,可以得到不同的强度分布,这是干涉镀膜的基本原理。
三、方法和材料的区别
1、真空镀膜的方法材料:
(1)真空蒸镀:将需镀膜的基体清洗后放到镀膜室,抽空后将膜料加热到高温,使蒸气达到约13.3Pa而使蒸气分子飞到基体表面,凝结而成薄膜。
(2)阴极溅射镀:将需镀膜的基体放在阴极对面,把惰性气体(如氩)通入已抽空的室内,保持压强约1.33~13.3Pa,然后将阴极接上2000V的直流电源,便激发辉光放电,带正电的氩离子撞击阴极,使其射出原子,溅射出的原子通过惰性气氛沉积到基体上形成膜。
(3)化学气相沉积:通过热分解所选定的金属化合物或有机化合物,获得沉积薄膜的过程。
(4)离子镀:实质上离子镀系真空蒸镀和阴极溅射镀的有机结合,兼有两者的工艺特点。表6-9列出了各种镀膜方法的优缺点。
2、光学镀膜方法材料
(1)氟化镁:无色四方晶系粉末,纯度高,用其制备光学镀膜可提高透过率,不出崩点。
(2)二氧化硅:无色透明晶体,熔点高,硬度大,化学稳定性好。纯度高,用其制备高质量Si02镀膜,蒸发状态好,不出现崩点。按使用要求分为紫外、红外及可见光用。
(3)氧化锆:白色重质结晶态,具有高的折射率和耐高温性能,化学性质稳定,纯度高,用其制备高质量氧化锆镀膜,不出崩点。
㈢ 城市污水处理中深度处理有哪些工艺
深度处理常见的方法有以下几种。
1.1 活性炭吸附法与离子交换
活性炭是一种多孔性物质,而且易于自动控制,对水量、水质、水温变化适应性强,因此活性炭吸附法是一种具有广阔应用前景的污水深度处理技术。活性炭对分子量在500~3 000的有机物有十分明显的去除效果,去除率一般为70%~86.7%[1],可经济有效地去除嗅、色度、重金属、消毒副产物、氯化有机物、农药、放射性有机物等。
常用的活性炭主要有粉末活性炭(PAC)、颗粒活性炭(GAC)和生物活性碳(BAC)三大类。近年来,国外对PAC的研究较多,已经深入到对各种具体污染物的吸附能力的研究。淄博市引黄供水有限公司根据水污染的程度,在水处理系统中,投加粉末活性炭去除水中的COD,过滤后水的色度能降底1~2度;臭味降低到0度[2]。GAC在国外水处理中应用较多,处理效果也较稳定,美国环保署(USEPA)饮用水标准的64项有机物指标中,有51项将GAC列为最有效技术[3]。
GAC处理工艺的缺点是基建和运行费用较高,且容易产生亚硝酸盐等致癌物,突发性污染适应性差。如何进一步降低基建投资和运行费用,降低活性炭再生成本将成为今后的研究重点。BAC可以发挥生化和物化处理的协同作用,从而延长活性炭的工作周期,大大提高处理效率,改善出水水质。不足之处在于活性炭微孔极易被阻塞、进水水质的pH 适用范围窄、抗冲击负荷差等。目前,欧洲应用BAC技术的水厂已发展到70个以上,应用最广泛的是对水进行深度处理[4]。抚顺石化分公司石油三厂采用BAC技术,既节省了新鲜水的补充量,减少污水排放量,减轻水体污染,降低生产成本,还体现了经济效益和社会效益的统一[5]。今后的研究重点是降低投资成本和增加各种预处理措施与BAC联用,提高处理效果。
1.2 膜分离法
膜分离技术是以高分子分离膜为代表的一种新型的流体分离单元操作技术[6,7]。它的最大特点是分离过程中不伴随有相的变化,仅靠一定的压力作为驱动力就能获得很高的分离效果,是一种非常节省能源的分离技术。
微滤可以除去细菌、病毒和寄生生物等,还可以降低水中的磷酸盐含量。天津开发区污水处理厂采用微滤膜对SBR二级出水进行深度处理, 满足了景观、冲洗路面和冲厕等市政杂用和生活杂用的需求[8]。
超滤用于去除大分子,对二级出水的COD和BOD去除率大于50%。北京市高碑店污水处理厂采用超滤法对二级出水进行深度处理,产水水质达到生活杂用水标准,回用污水用于洗车,每年可节约用水4 700 m3[9]。
反渗透用于降低矿化度和去除总溶解固体,对二级出水的脱盐率达到90%以上,COD和BOD的去除率在85%左右,细菌去除率90%以上[10]。缅甸某电厂采用反渗透膜和电除盐联用技术,用于锅炉补给水。经反渗透处理的水,能去除绝大部分的无机盐、有机物和微生物[11]。
纳滤介于反渗透和超滤之间,其操作压力通常为0.5~1.0 MPa,纳滤膜的一个显著特点是具有离子选择性,它对二价离子的去除率高达95%以上,一价离子的去除率较低,为40%~80%[12]。潘巧明等人采用膜生物反应器-纳滤膜集成技术处理糖蜜制酒精废水取得了较好结果,出水COD小于100 mg/L,废水回用率大于80%[13]。
我国的膜技术在深度处理领域的应用与世界先进水平尚有较大差距。今后的研究重点是开发、制造高强度、长寿命、抗污染、高通量的膜材料,着重解决膜污染、浓差极化及清洗等关键问题。
1.3 高级氧化法
工业生产中排放的高浓度有机污染物和有毒有害污染物,种类多、危害大,有些污染物难以生物降解且对生化反应有抑制和毒害作用。而高级氧化法在反应中产生活性极强的自由基(如•OH等),使难降解有机污染物转变成易降解小分子物质,甚至直接生成CO2和H2O,达到无害化目的。
1.3.1 湿式氧化法
湿式氧化法(WAO)是在高温(150~350 ℃)、高压(0.5~20 MPa)下利用O2或空气作为氧化剂,氧化水中的有机物或无机物,达到去除污染物的目的,其最终产物是CO2和H2O[14]。福建炼油化工有限公司于2002年引进了WAO工艺,彻底解决了碱渣的后续治理和恶臭污染问题,而且运行成本低,氧化效率高[15]。
1.3.2 湿式催化氧化法
湿式催化氧化法(CWAO)是在传统的湿式氧化处理工艺中加入适宜的催化剂使氧化反应能在更温和的条件下和更短的时间内完成,也因此可减轻设备腐蚀、降低运行费用[16,17]。目前,建于昆明市的一套连续流动型CWAO工业实验装置,已经体现出了较好的经济性[18]。
湿式催化氧化法的催化剂一般分为金属盐、氧化物和复合氧化物3类。目前,考虑经济性,应用最多的催化剂是过渡金属氧化物如Cu、Fe、Ni、Co、Mn等及其盐类。采用固体催化剂还可避免催化剂的流失、二次污染的产生及资金的浪费。
1.3.3 超临界水氧化法
超临界水氧化法把温度和压力升高到水的临界点以上,该状态的水就称为超临界水。在此状态下水的密度、介电常数、粘度、扩散系数、电导率和溶剂化学性能都不同于普通水。较高的反应温度(400~600 ℃)和压力也使反应速率加快,可以在几秒钟内对有机物达到很高的破坏效率。
美国德克萨斯州哈灵顿首次大规模应用超临界水氧化法处理污泥,日处理量达9.8 t。系统运行证明其COD的去除率达到99.9%以上,污泥中的有机成分全部转化为CO2、H2O以及其他无害物质,且运行成本较低[19]。
1.3.4 光化学催化氧化法
目前研究较多的光化学催化氧化法主要分为Fenton试剂法、类Fenton试剂法和以TiO2为主体的氧化法。
Fenton试剂法由Fenton在20世纪发现,如今作为废水处理领域中有意义的研究方法重新被重视起来。Fenton试剂依靠H2O2和Fe2+盐生成•OH,对于废水处理来说,这种反应物是一个非常有吸引力的氧化体系,因为铁是很丰富且无毒的元素,而且H2O2也很容易操作,对环境也是安全的[20]。Fenton试剂能够破坏废水中诸如苯酚和除草剂等有毒化合物。目前国内对于Fenton试剂用于印染废水处理方面的研究很多,结果证明Fenton 试剂对于印染废水的脱色效果非常好。另外,国内外的研究还证明,用Fenton试剂可有效地处理含油、醇、苯系物、硝基苯及酚等物质的废水。
类Fenton试剂法具有设备简单、反应条件温和、操作方便等优点,在处理有毒有害难生物降解有机废水中极具应用潜力。该法实际应用的主要问题是处理费用高,只适用于低浓度、少量废水的处理。将其作为难降解有机废水的预处理或深度处理方法,再与其他处理方法(如生物法、混凝法等)联用,则可以更好地降低废水处理成本、提高处理效率,并拓宽该技术的应用范围。
光催化法是利用光照某些具有能带结构的半导体光催化剂如TiO2、ZnO、CdS、WO3等诱发强氧化自由基•OH,使许多难以实现的化学反应能在常规条件下进行。锐钛矿中形成的TiO2具有稳定性高、性能优良和成本低等特征。在全世界范围内开展的最新研究是获得改良的(掺入其他成分)TiO2,改良后的TiO2具有更宽的吸收谱线和更高的量子产生率。
1.3.5 电化学氧化法
电化学氧化又称电化学燃烧,是环境电化学的一个分支。其基本原理是在电极表面的电催化作用下或在由电场作用而产生的自由基作用下使有机物氧化。除可将有机物彻底氧化为CO2和H2O外,电化学氧化还可作为生物处理的预处理工艺,将非生物相容性的物质经电化学转化后变为生物相容性物质。这种方法具有能量利用率高,低温下也可进行;设备相对较为简单,操作费用低,易于自动控制;无二次污染等特点。
1.3.6 超声辐射降解法
超声辐射降解法主要源于液体在超声波辐射下产生空化气泡,它能吸收声能并在极短时间内崩溃释放能量,在其周围极小的空间范围内产生1 900~5 200 K的高温和超过50 MPa的高压。进入空化气泡的水分子可发生分解反应产生高氧化活性的•OH,诱发有机物降解;此外,在空化气泡表层的水分子则可以形成超临界水,有利于化学反应速度的提高。
超声波对含卤化物的脱卤、氧化效果显著,氯代苯酚、氯苯、CH2Cl2、CHCl3、CCl4等含氯有机物最终的降解产物为HCl、H2O、CO、CO2等。超声降解对硝基化合物的脱硝基也很有效。添加O3、H2O2、Fenton试剂等氧化剂将进一步增强超声降解效果。超声与其他氧化法的组合是目前的研究热点,如US/O3、US/H2O2、US/Fenton、US/光化学法。目前,超声辐射降解水体污染物的研究仍处于试验探索阶段。
1.3.7 辐射法
辐射法是利用高能射线(γ、χ射线)和电子束等对化合物的破坏作用所开发的污水辐射净化法。一般认为辐射技术处理有机废水的反应机理是由于水在高能辐射的作用下产生•OH、H2O2、•HO2等高活性粒子,再由这些高活性粒子诱发反应,使有害物质降解。
辐射法对有机物的处理效率高、操作简便。该技术存在的主要难题是用于产生高能粒子的装置昂贵、技术要求高,而且该法的能耗大、能量利用率较低;此外为避免辐射对人体的危害,还需要特殊的保护措施。更多资料可登录易净水网查看。因此该法要投入运行,还需进行大量的研究探索工作。
1.4 臭氧法
臭氧具有极强的氧化性,对许多有机物或官能团发生反应,有效地改善水质。臭氧能氧化分解水中各种杂质所造成的色、嗅,其脱色效果比活性炭好;还能降低出水浊度,起到良好的絮凝作用,提高过滤滤速或者延长过滤周期。目前,由于国内的臭氧发生技术和工艺比较落后,所以运行费用过高,推广有难度。
㈣ 大连海事大学环境学院导师
朱益民
朱益民,男,1969年出生,1991年毕业于大连理工大学应用物理专业,教授,博士生导师。主要从事非热放电及其在环境污染治理中的应用研究,包括室内空气净化、柴油机尾气净化、餐饮油烟净化、难降解废水处理等研究。先后完成了“等离子体活化法去除SO2和NOx的研究”,“脉冲电晕放电烟气脱硫技术研究”,“脉冲电晕等离子体烟气脱硫技术研究”等科研项目。其中“脉冲放电等离子体脱硫脱硝技术研究”获省教委科学技术进步一等奖(1998年),“水蒸气和氨在脉冲电晕放电脱硫中的作用”获省自然科学学术成果一等奖(2003年),“正高压直流流光放电等离子体源装置”获2003中国国际专利技术及产品交易会金奖(2003),“非热放电室内空气净化技术”获14届全国发明展金奖(2003年)。在国内外学术刊物上发表论文共12篇。指导硕士研究生毕业1名,在读6名。
荣誉:
中国环境学会大气分会委员、中国物理学会会员、高级氧化技术(AOT)国际学术会议IOC成员;辽宁省“百千万”人才计划千人层次、省高校优秀人才、省青年骨干教师;省教委科技进步一等奖、省自然科学学术成果奖一等奖、中国国际专利技术与产品展览会金奖、第14届全国发明展金奖。
汇
总 在国内外学术刊物上发表论文共 40 篇。出版著作(译著等)共 0 部。
获奖成果共 4 项,其中:国家级 0 项,部(省)级 2 项,市级 0 项。
完成或承担项目共 20 项,科研经费共完成 400 万元。
研究生培养情况 硕士14名,毕业获得学位4名,直读博士3名;博士6名,毕业获得学位0名。
获奖情况 序号 成 果 名 称 奖励名称、级别 获奖
时间 本人排名
1 脉冲放电等离子体脱硫脱硝技术研究 省教委科学技术进步奖一等 1998 4
2 水蒸气和氨在脉冲电晕放电脱硫中的作用 省自然科学学术成果奖一等 2003 1
3 正直流流光放电等离子体源装置 中国国际专利技术与产品展览会金奖 2003 1
4 非热放电室内空气净化技术 第14届全国发明展金奖 2003 1
主
要
发
表
或
出
版
的
学
术
著
作
及
学
术
论
文
情
况 序号 论文或著作名称 刊物、出版社或会议名称及检索情况 发表
时间 作者名单
1 脉冲电晕放电脱硫脱硝电源/反应器研究 大连理工大学学报 1995 2
2 脉冲电晕法脱硫脱硝研究进展 环境科学进展 1997 1
3 电子束法脱硫脱硝研究进展 环境科学进展 1998 1
4 Matching between generator and reactor for procing pulsed corona discharge Journal of Electrostatics 1998 1
5 SO2 removal from instrial flue gases using pulsed corona discharge Journal of Electrostatics 1998 3
6 Effects of water and ammonia on SO2 removal from flue gases using pulsed corona discharge Plasma Chemistry and Plasma Processing 2002 1
7 等离子体放电柴油机后处理技术 大连海事大学学报 2002 1
8 多针对板式负电晕放电电极间距确定 高电压技术 2003 通讯作者
9 非热放电荷电净化餐饮油烟装置研究 环境保护科学 2003 1
10 非热放电对室内空气净化效果研究 中国消毒学杂志 2004 1
11 Indoor formaldehyde oxidation by needle matrix to plate corona discharge J. Adv. Oxid. Technol. 2005 1
12 多针对板电晕放电中针尖半径对伏-安特性影响 北京理工大学学报 2005 1
13 针阵列对板电晕放电捕集微粒研究 北京理工大学学报 2005 1
14 针阵列对板电晕放电对副流感病毒灭活的研究 北京理工大学学报 2005 1
15 线筒式电晕放电伏安关系的研究 中国电机工程学报 2006 1
16 多针对板电晕放电伏安特性研究 高电压技术 2006 1
17 Preliminary study of synergetic effect of non-thermal plasma and photocatalysis coupling on pollutant gases purification J. Adv. Oxid. Technol. 2007 1
18 Simulated experiment on minimizing chlorella and bacteria in ballast water by combination of micro-hole filtration and UV radiation J. Adv. Oxid. Technol. 2007 通讯作者
19 Study on treatment of methyl-orange in water by derivable oxidation of peroxydisulfate J. Adv. Oxid. Technol. 2007 5
20 多针对板负电晕放电电离区形貌确定 光谱学与光谱分析(录用) 2007 通讯作者
21 发射光谱研究多针对板正电晕放电形貌 光谱学与光谱分析(录用) 2007 通讯作者
22 非热等离子体空气净化器杀菌试验的研究 中国消毒学杂志(录用) 2007 通讯作者
23 双重沿面放电合成臭氧处理医院污水的实验研究 中国消毒学杂志(录用) 2007 通讯作者
24 多针电极双极电晕放电电极间距优化 高电压技术(录用) 2007 通讯作者
25 多针电极结构双极电晕放电伏安特性研究 高电压技术(录用) 2007 通讯作者
孙冰
孙冰,男,1961年出生,1983年毕业于大连理工大学应用物理系,教授,博士生导师。主要从事特种高压电源,等离子体放电,环境污染治理等领域的研究工作。完成“日本技术振兴事业团(JST )的地域项目:微波等离子体纳米超微粒子的合成”;“佳能公司委托项目:高密度离子加工机的开发”;“东京电子开发项目:微米薄膜加热装置的开发”等科研项目。发表杂志论文10篇以上,其中7篇论文被SCI检索,6篇论文被EI检索;发表国际学术会议论文6篇,其中1篇论文被ISTP检索;发表日本学会论文9篇;获得专利3项,申请中专利1项;获著名学术奖增田奖1次。
学术成果
自1994年任现职以来,在日本留学和工作过程中掌握高功率微波发生技术,掌握微波注入反应器形成均一、高密度等离子体的有效方法,开展自由基发生和特性的诊断及自由基化学的机理研究,从而开展环境污染治理技术和材料合成和改性等的应用研究。抱着为祖国奉献自我的诚挚感情,十年来勤于专业工作,不忘自己是中国共产党员的本色,寻求回归祖国开展研究,期待为我国在环境污染治理和相关技术点上做出有价值的贡献。
在日本留学和工作期间,申请者取得的主要成绩如下。
(1)微波等离子体纳米超微粒子的合成:本研究为日本技术振兴事业团(JST )的地域项目,目的是利用等离子体分解甲烷(CH4)气体,使之生成氢气和纳米碳。本人负责微波等离子体纳米超微粒子的合成,利用微波放电产生表面波等离子体,使得等离子体密度高达1012/cm3,分别实现了100% CH4及100% H 2条件下的等离子体放电,使纳米超微粒子成膜速度得到极大提高。
(2)高密度离子加工机的开发:佳能公司委托项目(始于2003年,已完成),经费约合人民币600万元,本人负责等离子体源和离子束引出部分工作(经费约合人民币210万元)。利用表面波放电产生高密度等离子体(1012/cm3),使得大电流离子束引出成为可能,实现了低加速电压(2KV)下可控制束径的离子束密度高于10mA/ cm2以上,在国际上属领先地位。
(3)微米薄膜加热装置的开发:东京电子开发项目(始于2002年,已完成),利用微波共振器原理实现了对非常小体积的超薄电介质加热。该装置可用于膜厚为0.00007-1mm的薄膜加热,对膜厚为70nm的薄膜可加热到700℃以上,比通常的微波炉电场强数千倍,实现高效率加热。该技术可用在生产线加热,制药厂药剂干燥,涂布层干燥,印刷业印油干燥,光学薄膜固化以及薄膜镀层加热等应用领域。
(4)微波放电等离子技术:三菱电机委托项目,始于2002年,经费约合人民币40万元,已完成。利用喷射状微波放电等离子体(Plasma Torch),采用自动跟随点火系统,使等离子体放电更为稳定。
(5)暗放电等离子保鲜装置:东京电子、宇都宫大学和大高商事的联合开发项目(已完成),采用浮游电极和暗放电方式,产生高电场和自由基反应,脱除大型保存库内的乙烯和其它有机物,延长保存库内的水果和蔬菜的保存时间。特点:采用暗放电使年耗电费用仅2200日圆;不产生臭氧等对人体有害的气体;采用低电压放电,操作安全。
(6)水中脉冲放电等离子技术的应用研究: 荏原综合研究所所内项目,始于1998年,研究经费约合人民币306万元,已完成,其中项目方案、设计和实验等主要由本人完成。实现了水中超高压均一放电,使其可应用到大容量水处理,并首次实现用水中脉冲放电技术对二恶英的分解脱除。
(7)用促进氧化法的水处理:荏原综合研究所所内项目,始于1999年,研究经费约合人民币124万元,已完成,其中项目方案、设计和实验等主要由本人完成。利用放电等离子和臭氧对难降解有机物作用后,再进行生化处理,使得甲烷气体的发生量大幅增加。取得工业所有权 :有机性废弃物气体化促进方法,平11-301933。
(8)脉冲放电贝类驱除装置的开发: 荏原制作所事业部项目,始于2000年,研究经费约合人民币36万元,项目主要完成者。利用脉冲式放电发生数百个大气压的冲击波和令贝类烦恼的声音频率,使贝类不能成活或转移居住地。可解决大型取水管入口处因贝类居住引起的阻塞问题,也可用于保护某些重要的水下设备。试验用机和现场试验等已经开发完成,2001年在大阪村野取水场试验运行显示有明显的驱除效果。
(9)液体脉冲放电法生成的自由基特性的研究及其反应过程的解析:1996-1997年日本文部省资助项目,项目总经费约98万元,子课题完成者。水中浸入针对板电极系统,外加高压脉冲,产生流光放电形成等离子体,分解的水分子形成自由基。本研究用发光分光法诊断产生的自由基(O ,H 和 OH ) 特性,并考察物理化学参数和放电条件对自由基发生量的影响。当气体被注入到反应器中时,自由基的浓度显著增加,且有臭氧产生,同时还研究了自由基反应的时间特性。发表多篇SCI论文,首次实验验证了用水中放电等离子法产生氧自由基。
在日本期间,主要进行了微波等离子体源、脉冲电晕放电、水中均一脉冲放电的研究,并将这些重要的等离子体发生技术应用于电介质薄膜高效加热、高密度离子束引出、纳米超微粒子的合成、和环境污染治理等领域。其中放电等离子体的表面改性、高功率电子束加工装置、高密度离子加工装置、微米薄膜加热装置、有毒有害废气处理装置、暗放电等离子保鲜装置、脉冲放电贝类驱除装置已形成新兴的商用技术,产生一定的社会和经济效益,已成熟的这些技术均处于国际先进水平的地位。在发展应用技术的同时也开展了相关应用基础的研究,如诊断研究上述各种等离子体特性、光谱分析水中放电产生的自由基并考察各参数对其产量的影响、研究放电等离子体处理有机废气和分解二恶英的规律等。发表杂志论文10篇以上,其中7篇论文被SCI检索,6篇论文被EI检索;发表国际学术会议论文6篇,其中1篇论文被ISTP检索;发表日本学会论文9篇;获得专利3项,申请中专利1项;获著名学术奖增田奖1次。
㈤ 哪些化工新材料最有前途山东广东天津等省发布重点产业扶持政策
近日,上海、广东、福建、重庆、天津、山东等多个省份发布制造业高质量发展“十四五”规划,指出要大力发展多种化工新材料。
一、重庆市
1.新材料产业发展重点概述
先进有色合金:电子、 汽车 、航空航天、轨道交通等领域用新型高强、高韧、耐蚀铝合金材料及大尺寸制品,高性能镁合金及其制品,钛合金结构件及紧固件,铜合金精密带材和超长线材制品等高强高导铜合金。
高端合成材料:聚氨酯泡沫塑料、聚氨酯弹性体、水性聚氨酯涂料、合成革等聚氨酯产品,尼龙66、尼龙6、长碳链尼龙等聚酰胺产品,PET、PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)等聚酯产品,PMMA等聚甲基丙烯酸甲酯产品,VAE、PVB树脂等聚烯烃产品,聚碳酸酯产品,聚甲醛产品,BDO产品,以及合成材料主要原料。
其他新材料:玻璃纤维及制品、 碳纤维材料、气凝胶材料、石墨烯材料、功能性膜材料等。
2.具体内容
(1)先进有色合金
加快氧化铝项目建设,积极谋划电解铝、再生铝项目,构建与后端铝加工制造能力相适应的上游材料本地供应保障体系。推动现有铝加工企业加强铝合金纯净化冶炼与凝固技术研究、高强高韧大规格型材板材加工技术等技术研发,规划实施好高端铝材系列项目,不断丰富铝及铝合金产品种类;
加快航空用高强韧钛合金工程化、产业化步伐,积极引育上游原料企业,进一步完善本地钛合金产业体系。发挥镁合金领域技术优势,推动现有企业加快高性能镁合金及变形镁合金、镁合金锻件、耐蚀镁合金等产品开发,拓展应用场景,进一步壮大镁合金纤拆产业;
推动现有铜加工企业加快精密带材和超长线材、铜合金引线框架、电子铜箔等铜合金产品开发。
(2)高端合成材料
发挥本地MDI(二苯基甲烷二异氰酸酯)、AA(己二酸)产能优势,加强环氧化合物、聚醚多元醇等项目规划建设,推动PTMEG(聚四氢呋喃)、聚氨酯树脂等领域现有企业进一步扩大产能,完善壮大聚氨酯产业链;
依托本地AA产能优势,加强ADN(己二腈)—HDA(己二胺)、尼龙66盐(己二酸己二胺盐)、尼龙66(聚己二酰己二胺)等产品规划建设, 积极引育长碳链尼龙、耐高温尼龙等领域企业,打造聚酰胺产业链;
依托本地MMA(甲基丙烯酸甲酯)项目优势,加强丙酮等原料项目规划建设,扩大MMA产能,积极引育PMMA(毁租枣聚甲基丙烯酸)领域企业,打造聚甲基丙烯酸甲酯产业链。依托本地PTA(对苯二甲酸)条件,加强EG(乙二醇)、PG(丙二醇)、BG(丁二醇)等原料项目规划建设, 推动企业进一步提升PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)产能,加快PET工程塑料产品开发,打造聚酯产业链;
依托乙炔、醋酸乙烯产品和技术优势, 发展VAE(醋酸乙烯—乙烯共聚)、EVA(乙烯—醋酸乙烯共聚)、T-PVA(热塑性聚乙烯醇)树脂、PVB(聚乙烯醇缩丁醛)树脂、EVOH(乙烯—乙烯醇共聚物)树脂等聚烯烃产业链;
依托碳酸二甲酯项目,结合规划建设的MTO(甲醇制烯烃)项目和丙酮项目, 规划发展双酚A项目,打造聚碳酸酯产业链;
依托甲醇资源和POM(聚甲醛)技术优势, 扩大POM规模;
依托本地乙炔资源, 发展BDO(1,4—丁二醇)、PBAT(聚己二酸/对苯二甲酸丁二酯)/PBS(聚丁二酸丁二醇酯)等下游环节,壮大可降解塑料产品规模。
(3)高性能纤维及复合材料
利用原料基础,推动相关企业研发制造 高性能PVA(聚乙烯醇)功能纤维、差别化氨纶、特种聚酯纤维、聚酰胺纤维、PU(聚氨酯)超纤等产品。 推动现有玻璃纤维及制品企业加强无碱玻璃纤维先进池窑拉丝等技术研发,加快超细、高强高模等高性能玻璃纤维与制品,增强性复合材料,以及微纤维型雹玻璃棉高效绝热及过滤材料、微纤维棉衍生品等产品开发。面向 汽车 、智能终端等整机产品结构件需求, 积极引育碳纤维、陶瓷纤维等其它高性能纤维及增强复合材料领域企业。
(4)气凝胶材料
以硅基气凝胶为切入,延伸上游有机硅源、无机硅源、功能性硅烷等气凝胶前驱体及基材产业链,形成气凝胶产品集群及多种硅基化学品的新型高端硅产业基地。加快气凝胶绝热毡、气凝胶隔热板、气凝胶隔热纸等产品开发,积极拓展气凝胶在航空航天、管道保温、建筑建材、新能源 汽车 、冷链物流、高 科技 服装等领域应用场景。加强超临界干燥技术、常压干燥技术、铝基气凝胶、锆基气凝胶和碳基气凝胶等技术储备,不断丰富气凝胶产品种类。
(5)石墨烯材料
推动现有石墨烯企业加强石墨烯大规模制备工艺改进优化,加快导电剂、导热膜、散热剂等产品开发,积极拓展石墨烯在环境治理、节能储能、电子信息、保温隔热等领域应用。
(6)电子化学品
发挥重庆市化工产品功能因子多的特点,发展精细化学品。面向电子、 汽车 等产业发展需求,积极引育电子用化学品、新型涂料等领域企业。
(7)未来材料
发挥重庆市在碳基材料和半导体两个领域技术积累优势,以碳纳米管材料为切入,积极引育纳米材料领域企业,搭建纳米材料在集成电路、新能源、医药等领域应用场景,争取实现工程化应用。加强智能材料、仿生材料、超材料、低成本增材制造材料和新型超导材料等领域研发布局。面向空天、深海、深地等国家重大工程建设需求,推动现有企业加强极端环境所需特种材料研发,形成一批创新成果。
二、上海市
1.新材料产业发展重点概述
重点发展化工先进材料、精品钢材、关键战略材料、前沿新材料等制造领域,延伸发展设计检测、大宗贸易等服务领域。推动先进材料高端化、绿色化发展,加强材料基础研究、工程化转化和产业化应用衔接,系统性开展材料综合性能评价、质量控制工艺及工程化研究,加快布局公共研发转化平台和中试基地,提升材料企业创新和产学研联合转化能力。建设新材料应用中心,强化集成电路、生物医药、航空航天等重点领域关键材料的自主保障,完善上海市新材料产业重点指导目录,着力打造与战略性、基础性、高技术竞争性地位相匹配的现代化材料产业体系。
2.先进材料产业集群重点领域
(1)化工先进材料
以安全环保、集约发展为重点,支持化工先进材料产业链向精细化、高端化延伸,提高高端产品占比; 大力发展高性能聚烯烃、高端工程塑料、特种合成橡胶、黏合剂等先进高分子材料,重点突破高端表面活性剂、电子化学品、高纯溶剂、催化剂、医药中间体等专用化学品 ,加快布局创新平台,支持龙头企业搭建面向产业链上下游的中试共享平台,支持建设上海国际化工新材料创新中心。到2025年,以上海化工区为主要载体,努力建设成为参与全球竞争的绿色化工产业集群,产业规模达到2700亿元。
(2)精品钢材
以绿色转型、精品提升为重点,优化钢铁产业产品结构,巩固提高第二、三代高强度和超高强度 汽车 用钢、高能效硅钢、高温合金等产品技术优势;突破高性能能源与管线用钢、高品质耐磨等高端产品的制造与深度开发技术,发展短流程炼钢;发展以特种冶金技术为核心的耐高温、抗腐蚀、高强韧的镍基合金,以及钛合金、特殊不锈钢、特种结构钢等。到2025年,以宝山基地为主要载体,打造高附加值精品钢材产业集群,产业规模保持1000亿元左右。
(3)关键战略材料
以强化保障、应用带动为重点,围绕集成电路、生物医药、高端装备、新能源等重点领域,突出应用需求带动, 提升先进半导体、碳纤维及其复合材料、高温合金、高性能膜材料、先进陶瓷和人工晶体等关键战略材料的综合保障能力; 支持重点应用领域企业建设市级新材料应用中心,开展重大战略项目的协同攻关。到2025年,打造若干百亿级关键战略材料产业集群。
(4)前沿新材料
以前沿布局、示范应用为重点, 加快高温超导、石墨烯、3D打印材料等前沿新材料研发、应用和产业化 。建成中国首条公里级高温超导电缆示范工程,建设上海高温超导产业基地,推动高温超导带材向量产阶段转化并加快应用; 加快石墨烯在消费电子、智能穿戴、交通轻量化和环境治理等领域的应用;推进3D打印专用高分子材料、陶铝新材料、金属粉末等专用材料及成型技术的开发应用。 到2025年,建设成为国内领先的前沿新材料研发和生产基地。
(5)先进材料服务
以检验检测、平台服务为重点,推动先进材料企业提供产品和专业服务解决方案,鼓励科研机构开展早期研发介入合作和定向开发服务,加快先进材料配方、设计等环节的攻关,缩短产品研发周期;围绕原料检测、环境试验、质量检验、工艺分析等领域,发展第三方综合性检验检测服务;推进材料领域的大宗商品贸易平台和资源综合利用平台建设,提供涵盖大宗商品信息发布、采购、销售、配送、供应链金融、物流跟踪等在线服务。到2025年,打造先进材料专业化、高端化服务品牌,提升产业整体竞争力。
三、广东省
1.绿色石化发展要点概述
(1)提升炼油化工规模和水平,支持高质量成品油、润滑油、溶剂油等石油制品和有机原料发展;
(2)以工程塑料、电子化学品、功能性膜材料、日用化工材料、高性能纤维等为重点,加快石化产业链中下游高端精细化工产品和化工新材料研制。
(3)围绕安全生产、绿色制造、污染防治等重点,加快推进石化原料优化、能源梯级利用、可循环、流程再造等工艺技术及装备研发应用,加快推进单位产品碳排放达到国际先进水平。
(4)逐步形成粤东、粤西两翼产业链上游原材料向珠三角产业链下游精深加工供给,珠三角精细化工产品和化工新材料向粤东、粤西两翼先进制造业供给的循环体系。到2025年,石化产业规模超过2万亿元,打造国内领先、 世界一流的绿色石化产业集群。
2.绿色石化重点细分领域发展空间布局
(1)炼油石化
依托广州、惠州、湛江、茂名、揭阳等市,加强油气炼化,发展上游原材料。
a.广州
加快推动中石化广州分公司绿色安全发展项目投资建设,促进油品质量升级,建设园区化、集约化、技术先进、节能环保、安全高效的石化基地;
b.惠州
以中海油惠州石化炼油、中海壳牌乙烯和埃克森美孚惠州乙烯项目为龙头,大亚湾石化园区为依托,建立上中下游紧密联系、科学合理的石化产业链;
c.茂名
以中石化茂名炼油和乙烯项目为核心,茂名高新技术开发区和茂南石化区为依托,形成高质量成品油、润滑油、溶剂油、有机原料、合成树脂、合成橡胶、液蜡等系列特色产品;
d.湛江
以中科广东炼化一体化项目、巴斯夫新型一体化项目为龙头,加快石化产业园区建设,发展清洁油品、基础化工材料,形成较完整的炼油、乙烯、芳烃等石化产业链;
e.揭阳
加快中石油广东石化项目及相关石化项目建设,加强与大亚湾石化区联系合作,重点发展清洁油品、化工原料等产业。
(2)高端精细化学品和化工新材料
依托广州、深圳、珠海、佛山、东莞、江门、惠州、中山、肇庆、茂名、湛江、揭阳、汕头、汕尾、清远等市,发展下游精深加工产业。
a.广州
巩固精细化学品及日用化学品发展优势, 发展合成树脂深加工、高性能合成材料、工程塑料、化工新材料、日用化工等高端绿色化工产品;
b.深圳
重点发展高附加值精细化工产品、新型合成材料、工程塑料、特种化学品;
c.珠海
建设丙烷脱氢、顺丁橡胶、润滑油调和、丁辛醇、丙烯酸、精细深冷胶粉等天然气副产品深加工产业链, 重点发展新能源锂电池材料、功能高分子材料、新一代电子信息材料等新材料产业;
d.佛山
重点发展高档涂料、高纯试剂、粘合剂、气雾剂、专用化学品、稀释剂等;
e.东莞
着力发展日用化工材料、高附加值中间原料、氟硅材料、高性能纤维等产品;
f.江门
以珠江西岸新材料集聚区为重点, 发展涂料及树脂、油墨、造纸化学品、塑料助剂、食品添加剂等产品;
g.惠州
着力推动炼化深加工、 高端化学品、化工新材料的发展 ,加快惠州新材料产业园区的规划建设;
h.中山、肇庆
重点发展日用化学品、林产化工、合成树脂、粘合剂、涂料等产品;
i.茂名、湛江等市
依托上游炼化基础,向上中下游延伸,推动化工新材料和专用化学品发展;
j.揭阳
加快发展高性能高分子材料、功能复合材料及高端精细化学品;
k.汕头
加强精细化工、高分子材料研发和产业化。汕尾、清远加快发展玻璃钢材料、航空材料、稀散金属、光电子材料、助剂、涂料等产品。
四、山东省
1.新能源新材料产业重大项目
光威碳纤维高效制备成套装备项目、山东蓝湾功能高分子材料系列项目、石炭纪纳米材料产业园项目、尼龙12新材料及深加工项目、日照航空航天超轻材料研发生产基地项目、中材锂电池隔膜项目、航空航天用钛合金材料研发制造项目、风电叶片拉挤梁和深海设备保护装置新材料项目、潍坊增材制造产业化项目等。
2.发展内容
聚焦落实碳达峰、碳中和部署要求,推动新材料产业品类实现智能化、轻量化、高端化,建设国家新材料产业发展高地。
做大做强氟硅材料、新型聚氨酯、特种橡胶、合成树脂等高分子材料,建设万华全球研发中心,打造烟台、青岛、淄博、滨州等先进高分子材料生产基地。 大力发展高端功能陶瓷、特种玻璃、高性能玻璃纤维等无机非金属材料,依托工业陶瓷研究设计院等科研机构,推动应用于航空航天、高铁、5G、风电新能源等领域的耐磨、耐高温、低介电新材料的研发及产业化,打造淄博、东营功能陶瓷新材料和泰安高性能玻璃纤维产业基地。 大力推动碳纤维T700、T800的产业化,积极开展碳纤维T1000、T1100、M60J、M65J、M40X的技术攻关,将威海、济宁、德州、泰安打造成为全国重要的碳纤维产业基地。 开发航空航天、海洋工程和医用金属材料及重大工程结构与基础设施用镁铝合金、高品质先进铜合金、纳米金属等特种金属材料。布局新一代增材制造技术研究,研制推广使用激光、电子束、离子束驱动的主流增材制造工艺装备。
五、福建省
突出精深加工、高值应用,加强核心技术攻关,着力做大做优先进基础材料,突破一批关键战略材料,提高新材料产业的支撑能力。
1.先进基础材料
大力推进有色、石化等量大面广的基础性原材料技术提升,重突破先进基础材料关键共性技术,推进优势产能合作,提升产业整体竞争力,实现基础材料由大变强。
(1)高性能有色金属材料重点
以高强高韧铝合金、高强变形镁合金、高强高导铜合金、耐蚀耐磨铜合金等先进有色金属材料为重点,发展重大工程急需、严重依赖进口的新一代大品种有色金属材料。
(2)化工新材料重点
巩固发展高性能聚烯烃、高端工程塑料、特种合成橡胶、新型涂层材料等先进高分子材料,大力发展氟新材料;提高化工新材料整体自给率,加快精细化工的绿色工艺和产品开发,重点突破高端表面活性剂、电子化学品等高端精细化工产品。
(3)先进无机非金属材料重点
建设国家级特种陶瓷材料生产研发基地,加快碳化硅纤维、氮化硅纤维和透波/吸波材料、陶瓷先驱体材料和陶瓷基复合材料的研究及产业化应用。
(4)高性能纤维及复合材料重点
突破高性能碳纤维、对位芳纶纤维的系列化、产业化技术,提高超高分子量聚乙烯纤维、芳砜纶纤维的产能,加速研制聚苯硫醚纤维和聚四氟乙烯纤维,开发纤维增强和颗粒增强的树脂基、金属基、陶瓷基先进复合材料及构件。
2.关键战略材料
围绕国家重大战略需求及我省产业提升需要,重点发展一批关键战略材料,提高材料成品率和性能稳定性,完善原辅料配套体系,产业化和规模应用。
(1)稀有稀土功能材料重点
引导厦门钨业、星技等企业大力发展稀土永磁、储氢、发光、催化等高性能稀土材料和稀土资源高效综合利用技术,提高稀土产品附加值。加设龙岩、三明稀土工业园,延伸稀土深加工及应用产业链,推汀金龙稀土永磁材料三期项目建设,加快产业集聚。加快建设
中国厦门钨材料生产应用和研发基地,推动硬质合金材料、涂层技术等关键技术研发与产业化,重点发展硬质合金工具、刀具、数控刀片、整体刀具等高端产品。发挥三祥新材等企业作用,开发镁铝合金轻量化产品,发展纳米陶瓷材料、氧化锆功能陶瓷、氧化锆结构陶瓷高性能研磨材料等。
(2)锂电新能源材料重点
发挥厦钨新能源、青美、杉杉等企业作用,发展正极、负极、隔膜、电解液等关键材料和电池构件、包材等配套材料,研究开发高能量密度电极材料。推动厦门、三明、宁德等新能源电池材料生产基地建设,扩大锂电正极材料生产规模。加强钴、锂资源跟踪开发,加强冶炼副产品(伴生产品)中相关元素的应用提升镍钴锰酸锂镍/钴铝酸锂、富锂锰基材料和硅碳复合负极材料安全性、性能一致性与循环寿命。建立废旧电池回收体系,为电池材料生产提供保障。
(3)石墨烯重点
以福州和厦门为创新核心区,以厦门火炬高新区、泉州晋江和三明永安为产业集聚区打造两核三区产业发展格局加强石墨烯材料规模化制备和微纳结构测量表征等共性关键技术攻关。聚焦复合材料、能源材料、导热材料、电子信息器件、环保 健康 产品等石墨烯应用材料与功能器件领域开展应用技术研发,重点突破超薄石墨烯导热膜的低成本、连续成卷生产技术,石墨烯分散技术、表面修饰技术,以及石墨烯功能材料的产业化应用技术。
六、天津市
1.新材料发展要点概述
面向制造业高质量发展要求,发展新一代信息技术材料、生物医用材料、新能源材料、高端装备材料、节能环保材料和前沿新材料六大重点领域。到2025年,产业规模达到2400亿元,年均增长8%,建成国内一流新材料产业基地。
2.发展内容
(1)新一代信息技术材料
扩大8-12英寸硅单晶抛光片和外延片产能,加快6英寸半绝缘砷化镓等研发生产。开发生产高精度、高稳定性、高功率光纤材料,提升光电功能晶体材料研究开发和产业化水平。 推动ArF光刻胶、正性光刻胶材料绿色发展,改进光刻胶用光引发剂等高分子助剂材料性能,提升抛光液材料环保性。推进聚碳酸脂类改性材料在智能硬件壳体应用,增强产品美观性、耐磨耐热性和绝缘性。
(2)生物医用材料
加大钛合金椎弓根钉、纯钛接骨板等脊柱植入材料开发力度,提高关节类、创伤类骨科植入材料性能。重点开发生物仿生纳米药物控释材料,增强纳米粒子靶向、缓释、高效性能。 发展医用苯乙烯类热塑性弹性体等医用高分子材料,提升医用泌尿植入管、医用导管性能水平,提高密封塞等药用包装的安全性。
(3)新能源材料
重点突破高端钴酸锂等锂电池正极材料制备技术,发展硅碳附件、中间相炭微球等负极核心材料,推进六氟磷酸锂电解液材料生产线落地。 引入氢燃料电池关键材料企业,研发长寿命高分子质子交换膜,发展高性能碳纤维纸等气体扩散层基材。推进太阳能光伏硅材料扩大产能,加快发展铜铟镓硒等太阳能薄膜电池材料。
(4)高端装备材料
积极开展首批次应用示范,推进高强度止裂厚钢板及船用耐腐蚀钢产业化技术开发。面向国产大飞机需求,引入先进航天材料生产技术和工艺,发展飞机风扇、反推装置用碳纤、玻纤等高性能纤维材料。开展镁铝合金薄板产业化制备技术攻关,加快轻量化镁铝合金材料在 汽车 车身、底盘、轮毂等领域应用。开发综合性能稀土永磁材料,提升智能制造装备传感器、伺服电机用钕铁硼永磁体、钐钴永磁体性能。
(5)节能环保材料
发展混合基质膜、高性能中空纤维膜等气体分离和水处理膜材料,拓展膜材料在水污染、空气污染治理领域应用。推进硅气凝胶、碳气凝胶技术革新,降低气凝胶生产成本,扩大气凝胶在建筑节能、保温领域应用。重点开发低辐射镀膜玻璃、热反射镀膜玻璃等高档节能玻璃,加速产品优化升级。加快天津市生物基材料制造业创新中心建设,推进生物基聚乳酸材料技术开发及成果转化。
(6)前沿新材料
深化与中国航发北京航空材料研究院等高校院所合作,推进石墨烯材料产业基地建设,发展石墨烯防护装甲材料、石墨烯导电浆料、石墨烯弹性体材料等。推进高温超导电缆材料开发,革新高温超导薄膜技术,推动超导技术实用化。发展三维(3D)打印用合金粉末材料、纳米陶瓷材料,开发粉末雾化制备关键技术和快速制模工艺。