绿色化工研究部

绿色化工研究部围绕先进材料处置过程和生物医药的制造工艺中制造工艺装备落后、分离选择性低、污染严重等问题，基于绿色反应分离科学与工程学科基础，开展高端产品高效转化利用的绿色化工技术研究，实现了有机硅单体合成高效流化床放大设计及优化，开发了多面体钛酸锶聚光发电与催化制氢一体化成套技术，突破了头孢类抗生素全过程绿色制造关键技术。

重点进展一：有机硅单体合成高效流化床放大设计及优化

有机硅工业是现代工业迅速崛起的一门新兴产业，其产品品种众多、性能优良，被誉为“工业维生素”和“高新技术发展的催化剂”。我国已将有机硅材料列为国家在新兴产业的化工新材料领域内重点支持发展的方向之一。有机硅材料的生产离不开甲基氯硅烷单体，其中二甲基二氯硅烷单体（简称“二甲”）是最重要、用量最大（占总单体的80%）的基础原料。截止2022年底，中国有机硅产能500万吨，预计“十四五”末将达到750万吨/年，占全球产能的75%。针对单体合成过程中存在的二甲选择性及单体时空转化率低、后续分离工艺流程长的技术难题，对单体合成核心设备进行了创新优化，开发了高效进气装置，设计出年产40万吨单体的新型流化床主体结构，开发了新型有机硅单体流化床反应器，推动了甲基氯硅烷单体生产技术发展，提高了我国有机硅生产能力。

图1 有机硅单体合成流化床设计及优化

重点进展二：头孢类抗生素全过程绿色制造关键技术

抗生素制造事关国家战略安全，也是人类生命健康的保障。针对抗生素制造高污染、高毒性等行业难题，重构了抗生素工艺源头减排及全过程控污技术路线，以绿色酶法替代高污染化学法，攻克了头孢类抗生素高效酶法合成与绿色分离耦合关键技术，打破了国外技术垄断。开发了悬浮液体系中头孢氨苄沉淀析出驱动的酶催化合成新工艺，实现了产品颗粒与固定化酶尺度差异，研制了固定化酶-产品颗粒-反应液三相高效分离产业化设备，解决了酶法效率低、分离难、酶耗高等产业化难题。在国内率先建成全球最大的千吨级头孢氨苄酶法制造生产线，效率提高5.8倍，酶耗降为原来的1/10。与原化学法比较，废水和COD分别减少35%和74%以上。该成果是水专项制药行业唯一的标志性成果，达到了国际领先水平，获得河北省科技进步一等奖。

图2 头孢氨苄酶法制造生产设备

重点进展三：多面体钛酸锶聚光发电与催化制氢一体化成套技术

光量子发电与光催化制氢一体化技术与当前碳中和目标与理念相契合。采用全球首次研发成功的形貌可控的纳米二十六面体钛酸锶晶体和自行研发的二次聚光系统进行光电转换反应，设计出了高倍聚光系统里的聚光发电与催化制氢新路线，提出了晶面激发态模型与高倍聚光激发态理论，实现发电的同时制氢。研究团队开展了高倍聚光系统的研发，最大限度地提升太阳光利用率；开发了适用于该系统的高效稳定的多面体钛酸锶微纳米颗粒光催化材料以及氢气分离存储一体化技术。该工艺流程简单、能耗低、成本低、易放大，且可以在一套聚光系统下的两个光反应器里实现发电与制氢，并可一体化储能或切换，关键原料多面体钛酸锶的光量子转换效率和光催化析氢速率可达到45%和6 mmol/g h。将于郑州建立MW级别示范装置，助推并引领聚光量子发电与聚光催化制氢新技术和新理论的发展与推广。

图3 聚光多面体钛酸锶聚光发电与催化制氢示范装置