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精细化工发展方向和路线

发布日期:2019-05-26 作者: 点击:

按照经济发展和合作组织(OECD)的规定,根据技术密集度的情况,汽车、机械、有色冶金、化工属于中技术产业。高新技术及其产业是按其研究开发含量高而确定的特定领域,航天航空,信息产业、制药等。作为化学工业分支的精细化工大体也属于中技术范畴,但作为精细化学品的高性能化工新材料、制药、生物化工等已确定属于高新技术范畴。21世纪是知识经济时代,一场以生物工程、信息科学和新材料科学为主的三大前沿科学的新技术革命必将对化学工业产生重大的影响。像精细化工这样的传统工业的发展趋势必定是越来越加重技术知识的密集程度,并与高新技术相辅相成。


纳米技术

所谓纳米技术,是指研究由尺寸在0.1~100 nm之间的物质组成的体系的运动规律和相互作用,以及可能的实际应用中技术问题的科学技术。纳米技术是21世纪科技产业革命的重要内容之一,它是与物理学、化学、生物学、材料科学和电子学等学科高度交叉的综合性学科,包括以观测、分析和研究为主线的基础科学,和以纳米工程与加工学为主线的技术科学。不容否认纳米科学与技术是一个融科学前沿和高科技于一体的完整体系。纳米技术主要包括纳米电子、纳米机械和纳米材料等技术领域。正如20世纪的微电子技术和计算机技术那样,纳米技术将是21世纪的崭新技术之一。对它的研究与应用必将再次带来一场技术革命。

由于纳米材料具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等特性,使纳米微粒的热磁、光、敏感特性、表面稳定性,扩散和烧结性能,以及力学性能明显优于普通微粒,所以在精细化工上纳米材料有着极其广泛的应用。具体表现在以下几个方面:


纳米聚合物

用于制造高强度重量比的泡沫材料、透明绝缘材料,激光掺杂的透明泡沫材料、高强纤维、醋酸酐产品、高表面吸附剂、离子交换树脂、过滤器、凝胶和多孔电极等。


纳米日用化工

纳米日用化工和化妆品、纳米色素、纳米感光胶片、纳米精细化工材料等将把我们带到五彩缤纷的世界。最近美国柯达公司研究部成功地研究了一种即具有颜料又具有分子染料功能的新型纳米粉体,预计将给彩色影像带来革命性的变革。


精细化工发展方向


粘合剂和密封胶

国外已将纳米材料纳米SiO2作为添加剂加入到粘合剂和密封胶中,使粘合剂的粘结效果和密封胶的密封性都大大提高。其作用机理是在纳米SiO2的表面包覆一层有机材料,使之具有亲水性,将它添加到密封胶中很快形成一种硅石结构,即纳米SiO2形成网络结构,限制胶体流动,固体化速度加快,提高粘接效果,由于颗粒尺寸小,更增加了胶的密封性。


涂料

在各类涂料中添加纳米SiO2可使其抗老化性能、光洁度及强度成倍地提高,涂料的质量和档次自然升级。因纳米SiO2是一种抗紫外线辐射材料(即抗老化),加之其极微小颗粒的比表面积大,能在涂料干燥时很快形成网络结构,同时增加涂料的强度和光洁度。


高效助燃剂

将纳米镍粉添加到火箭的固体燃料推进剂中可大幅度提高燃料的燃烧热、燃烧效率,改善燃烧的稳定性。纳米炸药将使炸药威力提高千百倍;


贮氢材料

FeTi和Mg2Ni是贮氢材料的重要候选合金,吸氢很慢,必须活化处理, 即多次进行吸氢—脱氢过程。Zaluski等用球磨Mg和Ni粉末直接形成Mg2Ni,晶粒平均尺寸为 20~30 nm,吸氢性能比普通多晶材料好得多。普通多晶 Mg2Ni 的吸氢只能在高温下进行(当PH2≤20Pa,则T≥250°C),低温吸氢则需要长时间和高的氢压力;纳米晶 Mg2Ni在 200°C以下即可吸氢,毋须活化处理。 300°C第一次氢化循环后,含氢可达~3.4 %。在后续的循环过程中,吸氢比普通多晶材料快4倍。纳米晶FeTi的吸氢活化性能明显优于普通多晶材料。普通多晶FeTi的活化过程是:在真空中加热到400~450℃,随后在约7Pa的H2中退火、冷却至室温再暴露于压力较高(35~65Pa)的氢中,激活过程需重复几次。而球磨形成的纳米晶FeTi只需在400℃真空中退火0.5 h,便足以完成全部的氢吸收循环。纳米晶FeTi合金由纳米晶粒和高度无序的晶界区域(约占材料的20%~30%)构成。


催化剂

在催化剂材料中,反应的活性位置可以是表面上的团簇原子,或是表面上吸附的另一种物质。这些位置与表面结构、晶格缺陷和晶体的边角密切相关。由于纳米晶材料可以提供大量催化活性位置,因此很适宜作催化材料。事实上,早在术语"纳米材料"出现前几十年,已经出现许多纳米结构的催化材料,典型的如 Rh/Al2O3、 Pt/C之类金属纳米颗粒负载在惰性物质上的催化剂,已在石油化工、精细化工、汽车尾气许多场合应用。在化学工业中,将纳米微粒用做催化剂,是纳米材料大显身手的又一方面。如超细硼粉、高铬酸铵粉可以作为炸药的有效催化剂;超细的铂粉、碳化钨粉是高效的氢化催化剂;超细银粉可以为乙烯氧化的催化剂;铜及其合金纳米粉体用作催化剂,效率高、选择性强,可用于二氧化碳和氢合成甲醇等反应过程中的催化剂;纳米镍粉具有极强的催化效果,可用于有机物氢化反应、汽车尾气处理等。


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关键词:化工新材料,精细化工发展方向,生物化工

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