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艰难困苦,玉汝于成——专访2018年度国家技术发明奖二等奖项目负责人李小年教授


  【编者按:
  在刚刚结束的年度国家科技奖励大会上,校长李小年教授领衔的“取代芳胺系列产品绿色催化合成关键技术与工业应用”项目喜获国家技术发明二等奖。本报记者在第一时间采访了李校长,试图了解这一得来不易的成果背后的探索和实践,以飨读者。】
记者:李老师,您好!首先要祝贺您和您的团队牵头完成的项目荣获2018年度国家技术发明奖二等奖。请简单地向读者介绍一下这个奖项的背景和您的主要工作。
  答:谢谢。在化工领域,催化剂技术是最核心的技术之一。
  如果把一个反应历程看作是翻越一座山峰,那么开发催化剂就相当于穿凿隧道,催化剂在此反应中的作用就相当于从走盘山公路改为穿越隧道。催化剂不仅能缩短反应时间、提高原料利用率和产物收率,同时还可减少污染物排放,降低生产成本,因此具有十分重要的意义。
  取代芳胺系列产品是以硝基苯为母核连有不同取代基团的一类大宗、核心基础精细化学品。改变取代基团种类及其在苯环上的取代位置,取代芳胺会呈现出多种多样的性能。
  目前,取代芳胺系列产品被广泛地应用于抗高温、阻燃、绝缘、抗紫外光等特需材料的合成,满足军用装备、高铁、特高压输电和核能等高端需求;还被应用在医药、农药、染料等大宗化学品的合成,比如抗生素、染衣服的染料、农业领域里的除草剂等;同时,它还是一类重要的化学工业添加剂。比如,对苯二胺系列橡胶抗老化剂具有非常好的防止橡胶老化的功能。举例来说,20171年,我国生产约5亿条轮胎,因为抗老化能力不足等原因而产生的废旧轮胎高达3亿条,高品质橡胶防老剂的市场需求量巨大。
  我和我的团队的工作,就是通过一系列技术创新,提升了催化剂技术及工艺,解决取代芳胺系列产品生产的关键共性催化剂技术与工艺、设备等问题过程中,发明了三项核心关键催化剂技术及其成套工艺——催化加氢合成卤代芳胺技术及无溶剂工艺,催化加氢合成对苯二胺类橡胶防老剂技术及连续化工艺,催化加氢合成氨基苯磺酸技术及工艺。
  记者:您和您团队发明的技术和工艺,与现有的技术和工艺相比,最重要的进步表现在哪些方面?
  答:目前,中国是全球取代芳胺系列产品的主要生产国和最大消费国。工业生产技术事关产品国际市场竞争力与满足国家重大需求安全。但是,由于原有生产技术与工艺存在着过程不安全、生产效率低、污染排放大、产品品质差等诸多问题,造成取代芳胺系列产品合成技术存在着巨大安全及环保压力,产品品质缺乏国际竞争力,高端市场长期受限。
  我们这个项目发现了取代芳胺系列产品合成的催化机理、失活机制等,发明了催化剂活性中心设计、宏量可控制备、原位再生与工程装备等技术,建立了安全高效合成取代芳胺系列产品用新工艺。在工艺安全、操作环境、生产效率等上有了显著变革,源头上实现了节能减排和保障了生产过程的安全性,实现了行业整体技术换代升级。
  截至目前,项目成果获中美日等国家授权发明专利21件。成果获得了教育部技术发明奖一等奖1项、中国中化集团公司科技进步一等奖1项。目前,这个项目已经在河北、安徽和浙江等地区实现规模化生产,催化剂性能稳定,万吨级工业装置运行平稳高产。产品远销二十余个国家和地区。近三年,新增销售约20亿元、新增利税约5亿元。
  记者:听了您的介绍,觉得很振奋。那么,在研发过程中,项目组成员是否遇到过很多困难,又是怎样去克服的?
  答:思想观念方面和技术上的困难都有。
  铂族金属属于贵金属,价格昂贵,生活中我们常用作彰显高贵的首饰和饰品(比如俗称白金的铂)。因此,有些厂家在成本上顾虑重重,担心产品生产成本上会大大上涨。一旦采用新技术后出现买得起用不起的尴尬境地。我们团队通过数以千计的小试实验和不同规模的中试放大试验,拿出来真实可靠的实验数据,逐渐打消了企业的担心,增强了他们对新技术的信心和认可。规模化生产后,催化剂的催化性能稳定、寿命长,不但产品品质得到了大大提高,成本还远低于老工艺。
  催化剂是个十分娇贵的东西,如同眼里揉不得半点沙子,无论是在制备合成过程中还是在使用过程中,微量级的杂质或者结构上的细微差别都有可能使其失去催化性能。而工业化大生产是个宏观控制的系统工程,难以做到面面俱到细致入微。因此如何让娇贵的催化剂适应复杂环境的工业化生产是个必须跨越的鸿沟。我们经过数以千计的催化剂制过程参数的调变、反应工艺参数及流程的优化、催化剂制备及反应工艺放大效应的摸索等等,历经近十年的不断精益求精,终于克服了种种难题,攻克了一道道难关,实现了取代芳胺系列产品的工业化生产。
  世上无难事,只怕有心人。
  记者:谢谢李老师、李校长,我们觉得很受鼓舞。