科学基金助推中国科学院过程工程研究所跨越发展

中国科学院过程工程研究所（以下简称“过程所”）前身是1958年成立的中国科学院化工冶金研究所。建国初期，研究所为我国的化工冶金事业发展做出了突出贡献。50多年来，研究范围逐步扩展到能源化工、生化工程、材料化工、资源／环境工程等领域，学科方向由“化工冶金”发展为“过程工程”。

专业研究胶原 服务健康产业——记中国科学院过程工程研究所研究员张贵锋

胶原蛋白是一个既古老又现代的话题。人们曾经从7500万年前的恐龙化石中检测出胶原纤维;公元前4000年古埃及人开始用动物皮制胶,我国西汉以前开始利用动物皮熬制中药;1935年人们初步确定了胶原的三螺旋结构,1945年后欧洲出现水解胶原产品,1980年后胶原蛋白肽吸收和功效的研究日益增多。到了21世纪,生物材料蓬勃发展,胶原逐渐被用于组织工程和组织医学,又渐渐拓展至干细胞转化、细胞培养、药物控释和医美等领域。在我国,胶原材料已经被列入国家重点研发计划和重点专项。

中国科学院对攀枝花钒钛磁铁矿综合利用之化工冶金研究回顾

攀西地区是我国矿产资源最为富集的地区之一,钒钛磁铁矿是一种典型的多金属共伴生铁矿资源,具有极高的综合利用价值。中国科学院化工冶金研究所(现中国科学院过程工程研究所)早在20世纪50年代就参与了攀枝花钒钛磁铁矿资源综合利用研究和攀枝花钢铁基地建设,特别是首任所长叶渚沛院士长期致力于该方面工作。在1978年全国科学大会上,攀枝花矿被确定为全国矿产资源综合利用三大基地之一。在时任国务院副总理方毅的直接关怀和领导下,集中全国科技力量开展联合攻关,开启了攀枝花钒钛磁铁矿资源综合利用的科技“大会战”。本文重点回顾了中国科学院(后简称中科院)作为国家战略科技力量,对攀枝花钒钛磁铁矿综合利用之化工冶金研究的历史(1958—2001),分析了中科院在我国当代重大矿产资源开发科技攻关中发挥的作用,反映出过程工程研究所面向国家重大战略需求开展科技攻关的历程、成果与意义。

科学事业单位差旅费“包干制”的实践与思考--以中国科学院G所为例

随着“放管服”政策提出,科学事业单位开展了一系列实践活动,其中中国科学院启动了科研经费“包干制”管理改革试点工作。中国科学院G所作为中国科学院6所试点单位之一,制定了差旅费“包干制”试行办法。阐述了差旅费管理相关规定,探究了中国科学院G所差旅费“包干制”改革情况,分析了差旅费“包干制”实施风险,提出了科学事业单位实施差旅费“包干制”的策略。

建设单位工程项目信息管理要点研究

引言工程项目信息管理贯穿建设工程全过程,涵盖施工进度、施工质量、投资管理、施工安全等环节,主要工作内容包括信息整理、存储、传递等,以提高信息管理水平。通过整理工程项目信息管理活动中需要注意的内容,能够为工程施工活动的推进提供良好依据,保证工程施工进度的同时,确保工程施工质量。基于此,本文针对工程项目信息管理目标和工作重要性进行分析,讨论建设单位工程项目信息管理要点,包括完善信息管理体系、加强各环节信息管理、积极引入信息技术、加强信息安全管理等,目的在于提高工程项目信息管理水平,提高各类信息利用效率。

典型金属生产过程的环境影响评价研究进展

随着工业化进程加快,金属资源的关键性已成为我国乃至全球关注的问题,金属资源的大范围应用使其在生产时造成的环境影响越来越严重。为选择对环境影响较小的金属种类及生产方式,针对62种典型金属工业生产过程,对其相关的环境影响评价研究进展进行总结,重点关注黑色金属和有色轻、重金属生产过程的环境影响,并对与碳足迹分析相关的研究进行重点总结评述。重金属在生态毒性、人类健康等毒性影响方面均有较大影响;稀有金属和准金属的相关评价主要集中在Li和V上,且是未来的主要研究方向;贵金属相比其他金属造成的碳排放较为显著。金属生产行业未来需重点考虑金属元素自身性质,依据其不同阶段的污染程度优化生产方式,且聚焦金属生产行业的温室气体排放问题。

CO_(2)酸化酚钠生产粗酚的过程控制研究

CO_(2)酸化工艺是酚钠酸化的主流工艺,通过在小型酚钠酸化塔中模拟实际工业生产过程,重点考察反应温度、通气量对酸化过程的影响,研究反应终点的判断依据以及生产过程中可能出现的堵塞问题和应对方法。实验表明,温度变化与酸化反应速率成正比,90℃时能更快达到反应终点;在CO_(2)通气量为理论值150%时基本上能达到较好的反应效果,过量的CO_(2)并不能明显提高反应效率;酚钠酸化过程伴随着pH值的下降,当pH接近9.5时即可作为反应终点,pH低于9.3开始出现结晶堵塔现象,不利于塔器正常运行。控制反应的pH值和提高CO_(2)进气口温度有利于降低塔体的堵塞。

用实践推动改革,以科技促进发展——中科院过程工程研究所战略发展探索

在国内经济下行的巨大压力下,中国科学院过程工程研究所积极转变发展模式,以六大创新举措推升科技促进发展的质量和体量,依托科技切实促进区域和行业健康持续发展,科技促进发展工作取得了新的突破。

科学数据语义关联技术研究与应用

【目的】在数据密集型和融合科学新范式下,迫切需要传统的数据共享服务向数据知识化服务转化,使用语义关联技术在海量科学数据间进行知识组织、关联、发现正是解决这个问题的核心路径。【方法】本文对国内外数据关联技术总体现状、领域应用研究进展进行了广泛调研,对结构化数据关联发布、长文本语义挖掘和数据关联融合服务等关键技术进行了深入研究,初步实现了领域科学数据的关联化组织发布和语义化融合服务。【结果】在化学、植物及微生物数据中心展开应用实践,验证了科学数据语义关联融合技术是实现数据知识化服务的可行且重要手段。【结论】未来由各领域数据中心建立起来的科学数据关联融合网络将成为服务科研新范式需求的重要数据基础设施。

Aspen Adsorption在气体吸附过程模拟方面的应用

Aspen Adsorption是一款吸附模拟软件,常用于气体吸附分离过程的模拟计算,对操作条件优化、设计优化、吸附材料性能评价等方面具有一定的指导作用。简要介绍了Aspen Adsorption软件的应用、模型参数和各种衡算方程,总结了其在穿透曲线计算方面的模拟计算和应用,归纳了利用循环控制器Cycle Organizer针对各种类型的变压吸附PSA(Pressure Swing Adsorption)和变温吸附TSA(Temperature Swing Adsorption)过程进行模拟的情况。此外,针对Aspen Adsorption与其他软件结合使用的案例也进行了简要介绍。最后对Aspen Adsorption的未来发展进行了展望。

金属基磷化物纳米材料制备与电催化应用研究进展

处于纳米尺度的磷化物及其与贵金属构成的复合材料具有独特的物理和化学性质,在电催化领域有广泛应用。例如,在甲醇电催化氧化反应中,由于磷(P)比金属铂(Pt)或钯(Pd)等具有更大的电负性,金属原子的外层电子被P吸引而偏向P原子,从而间接提高了Pt或Pd对CO类中间产物的耐受性;在电解水析氢反应中,P可以作为质子受体,增强H^(+)在金属上的吸附,从而促进析氢反应;在电解水析氧反应中,金属基磷化物容易被氧化成氧化物和氢氧化物,从而形成氧化物/氢氧化物-磷化物界面,进一步促进析氧反应。纳米颗粒的催化性能很大程度上取决于催化剂的结构、组分、组分之间的相互作用以及活性位点的电子结构,因此,对金属基磷化物基纳米复合材料的这些性质进行合理调控是提升其电催化性能的关键。本文所综述的材料范围包含金属基磷化物本身及其与贵金属构成的纳米复合材料,首先概括介绍金属基磷化物基纳米复合材料的合成方法和表征技术,进而阐述如何利用复合材料中晶格应变和电子耦合等物理效应提升电催化活性和稳定性。最后,围绕金属基磷化物基纳米复合材料电催化性能进一步提升的问题,对其未来合成策略和发展进行展望。

杂质硅对锌酸钠溶液结晶过程的影响机理研究

研究了杂质硅对锌酸钠溶液结晶过程的影响规律,通过结晶物相和热力学研究了杂质硅对锌酸钠溶液结构的影响.通过分析锌酸钠溶液的分解行为,考察了杂质硅浓度、晶种和温度等参数对锌酸钠溶液结晶过程的影响规律.结果表明,存在一个临界硅浓度,当硅浓度高于临界硅浓度时,杂质硅抑制结晶过程的进行;当硅浓度低于临界硅浓度时,杂质硅促进结晶过程的进行.以氧化锌作为晶种时,35,50和60℃时临界硅浓度分别为0.20~0.40,0.054~0.20和0~0.054 g/L.以氢氧化锌作为晶种时,35℃时临界硅浓度为0.20~0.40 g/L.临界硅浓度随温度的升高而降低.硅浓度低时,物相为多面体形的ε-Zn(OH)_(2);硅浓度高时,物相为纳米棒和长方体形的γ-Zn(OH)_(2),提高温度可以抑制γ-Zn(OH)_(2)的生成.硅杂质的存在可能促使锌酸钠溶液的结构发生了重构,使锌酸钠溶液中锌元素以Zn(OH)+的形式存在,升高温度则可减弱杂质硅的影响.

化学工程中的介尺度科学与虚拟过程工程:分析与展望

传统的过程工程研发具有周期长、风险大、费用高等特点,制约了过程工业的快速发展。解决这一问题应从介尺度科学和虚拟过程工程两方面入手。首先,这一问题的科学根源在于化学和过程工程中的多尺度和多层次结构;而介尺度作为其中的难点和瓶颈,目前的认识还比较有限。认识和理解介尺度复杂性对研究材料的构效关系、反应器混合与传递、系统集成等具有重要意义。只有实现了流动、传递和反应在介尺度的耦合,才能够准确理解、预测和调控多相反应器中的多尺度结构。另一方面,基于介尺度科学的虚拟过程工程将成为一种全新的过程研发模式,不仅可以大幅度缩短过程放大周期,也使产品精细化成为可能。虚拟过程工程是连接介尺度科学与新技术新工艺开发的桥梁,它是一种实体化、功能化的开发和分析工具及知识库,将实验室成果快速应用于过程开发,将大幅提升我国过程工业对核心技术的研发能力。传统的理论和超级计算尚不足以支撑虚拟过程工程,而介尺度科学则为虚拟过程工程带来前所未有的发展机遇。虚拟过程工程涉及多学科交叉,不仅是模拟计算人员的任务,也是实验室和过程研发人员共同的责任;它甚至在未来可以与云计算相结合,使过程工程进入大数据时代。

生物基产品制备关键过程及其生态产业链集成的研究进展-生物基产品过程工程的提出

生物质原料可以转化为能源、材料和化工产品,是国内外研究的热点.目前生物基产品制备过程中存在原料组分利用和转化技术单一、缺乏系统技术集成等问题.本工作从生物质的原料特点、转化过程和产品工程关键问题入手,综合多学科知识,提出了生物基产品过程工程这一理念.从全新的面向原料、过程、产品的角度,建立生物质分层多级转化技术体系,并以无污染汽爆及其组分分离技术、节水节能固态纯种发酵技术、秸秆固相酶解?液体发酵乙醇耦合技术和汽爆秸秆膜循环酶解耦合发酵技术4个关键技术为平台,形成生物基产品生态产业新模式,为实现生物质资源高值化利用和生物基产品生态产业化提供研发思路和技术平台.

生物质转化的共性问题研究——生物质科学与工程学的建立与发展

生物质资源的高值转化是研究热点。由于现有的生物质利用技术存在的技术单一,缺乏系统性理论指导等问题,导致原料利用率低,经济效益差,难以实现工业化生产,迫切需要建立新的理论体系。通过深入分析生物质转化过程中的共性问题,在综合多学科知识的基础上,提出了生物质科学与工程学这一理念,从生物质原料工程学,生物质转化过程工程学和生物质产品工程学三方面对生物质利用技术进行了全面、系统的研究,为生物质类可再生资源的高值化利用提供了新的研究思路。

过程科学与过程工程

过程工业是大规模物质转化的工业。过程科学源于化学工程中的“三传一反” ,现已成为解决实验室成果向产业化过渡中瓶颈问题的工程科学。过程工程是物质的物理与化学等加工技术的总称 ,其概念已广为使用。过程科学将向微观化、系统化的方向发展 ,绿色过程工程。

废弃煤矸石资源化利用研究进展

随着社会的高速发展,工业废物堆积造成的环境问题日渐严重.煤矸石是一种煤炭开采和洗选过程中产生的典型工业废弃物.其大量堆积不仅占用土地资源,而且还会污染环境,引起地下水污染,造成山体滑坡、塌陷等地质灾害,严重威胁人类生存环境.近年来,“以废治废”模式成为了工业废弃物处置的研究热点之一,也是生态修复的重要研究方向.本文综述了煤矸石资源化利用的研究进展,进一步阐述了污泥改性煤矸石在生态修复与土壤改良方面的进展,为后期煤矸石和污泥的高值化利用奠定基础.

浅论过程工程的科学基础

化学工程的原理和知识已经应用于冶金、材料、能源、环境、生物等过程加工领域,因此化学工程可以更名为过程工程.化学工程现有的三传(动量传递、质量传递和热量传递)一反(化学反应)理论仍然是过程工程的主要基础理论,但必将在此基础上产生新的过程工程基础理论.随着计算机技术和测试技术的迅速发展,过程工程的研究范围将向下深入到观测和预测微观与介观尺度的结构和界面,向上扩展到宏观尺度的设备和工厂的系统集成,必将涉及结构、界面与多尺度问题.传统的平均方法忽视不均匀结构与界面的影响,造成对结果预测的偏差和放大困难,应当用考虑不均匀结构和界面影响的多尺度方法取代.此外,当前人类正面临能源和资源短缺、环境污染问题的挑战,过程工程的绿色化和集约化已成为各国科技界关注的焦点.在过程工程的研究中获得的有关结构、界面、多尺度、绿色化和集约化的重要原理和方法将成为过程工程基础理论的新内容.

我国化工园区减污降碳技术路径研究

化学工业是推动制造强国战略实施的重要支撑,化工园区是新型工业化的关键载体,开展化工园区减污降碳技术应用研究具有重要的现实意义。本文针对化工园区减污降碳面临的资源利用率低、减污和降碳协同性差、末端治污成本高、环境安全与风险突出等挑战,分析了化工园区碳和污染物产生的特点并梳理相关研究进展,剖析了减污降碳协同增效的内涵。在此基础上,建立了基于一般性工业过程的分析框架,以物质、能量代谢过程为纽带,从企业生产、基础设施、产业共生等层面演绎提出了化工园区减污降碳的技术路径:建立化工园区内企业的碳、污染物排放清单;集成优化化工园区的技术与产业结构,加强绿色低碳生产技术开发、基础设施升级共生、企业间合作、减污降碳与安全生产统筹、产品‒产业‒空间结构优化;开展全生命周期减污降碳成本效益评估。选取杭州湾上虞经济技术开发区为典型案例,总结了化工园区减污降碳技术路径的应用实践,进而提出了化工园区减污降碳实施路径建议:完善精细计量体系,加强化工园区物质流管理;强化化工园区共生链接,运用系统工程赋能减污降碳;激发系统效率变革,推动化工园区绿色高质量发展。

废电解液在湿法炼锌渣中回收金、银、锌的应用研究

锌电解过程产出大量的废电解液,废电解液酸性较强并含有多种金属离子,如直接排放会对环境造成严重污染。以废电解液和浓硫酸作为浸出介质,研究了采用酸浸—浮选工艺综合回收湿法炼锌渣中金、银、锌。以常规浸出工艺产生的浸出渣(老渣)为主要研究对象,考察了矿浆搅拌速度、废电解液用量、硫酸补加量、酸浸温度对金、银浮选指标的影响。结果表明:酸浸—浮选老渣闭路试验最终获得的精矿中金品位为10.16 g/t,金回收率为78.63%,银品位为1039.64 g/t,银回收率为74.72%,锌品位为40.64%,锌回收率为21.86%,酸浸液中锌回收率为60.15%;采用热酸浸出工艺产生的浸出渣(新渣)和现浸出过程产出的新鲜渣浆进行验证试验可获得较好的闭路试验指标。该方法可实现废电解液的循环利用,使渣中有价金属得到高效综合回收。