课题组组长：刘会洲

课题组简介：

在石油、化工、医药、食品、冶金及原子能等许多工业技术领域中，分离过程的应用非常普遍，而且分离过程的装备和能量消耗占有主要地位。随着现代生产和科学技术的飞速发展，人民生活水平的逐渐提高，对分离技术提出了越来越高的要求。本课题组的任务主要面向化工生产、湿法冶金和生物医药行业，针对绿色分离过程中关键科学问题与应用的关键技术问题，运用现代绿色过程工程理论和方法，研究开发具有自主知识产权的新型高效的绿色分离技术，在工业产品分离过程中为碳减排、碳中和贡献力量。总体目标是结合国家重大战略需求，重点面向湿法冶金和生物化工领域，集成相关基础研究与创新技术的优势，全面提升我所绿色分离科学与工程的研究、开发、集成、设计，引领我国绿色分离科学与工程的发展，为我国湿法冶金和生物技术工程化的发展提供有力的科技支撑和物质基础。

研究方向：

1. 微乳相萃取技术等新型液液萃取技术 通过对溶液体系微乳相的形成机理研究，发展新型的微乳相萃取分离技术，实现化工产品的高效绿色分离的目的。包括三相萃取、浊点萃取、非水溶剂萃取、双水相萃取、气助油膜萃取等微乳相萃取技术。

2. 高选择性环境响应固相萃取 通过对固相萃取吸附剂的纳微结构界面进行模拟设计及精细调控，获得对低浓度复杂体系目标物的高选择性固相萃取吸附材料，应用于低浓度矿产资源如海洋盐湖卤水中高值金属资源、低浓度稀土资源的提取回收，低浓度生物化学品中高值产品的提取分离等等。

3. 外场强化分离技术 在溶剂萃取、微乳相萃取以及高选择性环境响应固相萃取过程中，采用微波场、磁场、电场、温度场及光照等外场条件的控制，实现外场强化的液液萃取及固相萃取分离过程强化，提高分离选择性、容量、速率、以及强化高选择性温和解吸过程，从而提高分离效率，实现分离过程的“原子经济性”。

4. 超顺磁性贵金属催化剂设计及应用 针对石化工业中加氢催化剂分离回收困难损耗大的问题，设计制备耐高温高压的催化活性高且可回收磁性加氢催化剂，应用于丁腈橡胶加氢、重油临氢减粘等实际体系中，实现石化产品加氢过程的节能减排。

5. 其他新型绿色分离技术及工艺设备 在以上分离新材料、新工艺的研究基础上，研发配套的高效、低耗绿色分离工艺及设备，为新分离技术的工业应用奠定基础。

课题组现有在职固定研究人员11人（其中研究员5人，副研究员5人，助理研究员1人），返聘和项目聘任人员2人，博士后3人，博士生和硕士生约17人。

成员组成：

研究员：刘会洲、杨良嵘、郭晨、赵君梅、李政；

副研究员：李英波，邢慧芳，于杰淼，吴霞，王丽；

中级及其它：屈虹男；

博士后：戎猛，孟启宇，罗海燕。

重点进展：

进展一、微乳相萃取技术及应用

设计分子水平调控微乳相结构的新途径，提出三相萃取分离新原理并突破大相比极限，实现了低浓度复杂体系目标产物分离的工业应用。通过对萃取体系微观结构和成相机理的系统研究，提出从界面分子尺度强化贫、杂、难分离体系萃取分离的新思想。阐明了嵌段共聚物自组装影响机制和胶团形成规律，设计了调控微乳相结构的新途径并提出了外场强化新方法。针对复杂体系多目标产物的高效分离，提出了三相萃取技术。针对低浓度复杂体系目标物分离回收难题，发明了大相比鼓泡油膜萃取新技术，突破了传统萃取技术无法用于极低浓度稀溶液的极限。该技术已实现工业应用，在江西赣州龙南东江足洞稀土矿建成年处理10万方极低浓度稀土浸矿液的工业生产线，成果获中国稀土协会科学技术二等奖(2017年)。此外，针对青霉素生产乳化的难题，发现萃取酸化过程造成蛋白质的变性是青霉素萃取过程产生乳化的原因和破乳的关键，研制出高效破乳剂，突破了青霉素国产化的卡脖子技术瓶颈，打破了我国破乳剂生产落后和长期依赖进口的局面，成果获国家科学技术进步三等奖(1995年)。

进展二、新型多功能超顺磁性颗粒的设计制备及应用

新型高效的直接捕获技术是目前国际上化工分离领域研究的热点，提出微乳相结构制备超顺磁性纳米载体的新方法，并从工业应用的角度，提出了表面氨基化和磁性固定化的新思路，解决了颗粒磁稳定性与表面多功能化的难题；提出通过修饰支状多官能团分子代替单官能团分子、减小粒径到纳微米尺度来同时实现大容量和高速率分离，制备了高选择性大容量吸附剂。此外，在国际上率先提出利用气泡颗粒界面作用辅助强化磁颗粒流动富集的方法，发明了气助超顺磁性萃取新方法，形成了规模连续化操作及绿色低能耗高效分离技术体系。超顺磁性分离技术推广用于中石化巴陵分公司己内酰胺催化剂回收等3家企业磁性催化剂回收装置，三年为企业创造利税4.9亿元；此外，发明的气助超顺磁性萃取技术成功应用于企业纳豆激酶的连续化生产，三年为企业创造利税1.49亿元。相关研究成果荣获国家技术发明二等奖1项（2014年）和中国石油和化学工业联合会科技进步奖一等奖（2011 年）1项。

进展三、低浓度复杂体系能源战略金属高选择性绿色提取技术

我国锂铯铀等能源战略金属需求量大对外依存度高，海洋、盐湖中锂铯铀储量巨大，海洋、盐湖矿产资源综合利用对能源的可持续发展具有重要意义。但卤水中目标离子浓度低(ppm-ppb)，含有多种性质接近的共生离子(K⁺、 Na⁺、 Li⁺、 Ca²⁺、Mg²⁺等)，盐含量高，使得分离困难。目前的分离技术中吸附离子交换适用于低浓度体系分离，但普遍存在选择性差导致分离效率低的问题。针对以上问题，绿色化工研究部从过去离子交换剂一维单功能基团相互作用扩展到多维多基团配位作用，研制了酚醚协同超交联多孔有机聚合物，使得SF(Cs⁺/K⁺)>80，远高于现有报道吸附剂SF(Cs⁺/K⁺) =1-10；此外，提出纳米限域尺寸效应耦合多基团配位作用提高金属离子选择性的创新性思路，研制了钼基电控无机离子交换剂，SF(Cs⁺/K⁺)可达50，SF(Cs⁺/Ca²⁺ Mg²⁺等)>10000，远高于现有报道吸附剂SF(Cs⁺/K⁺) =1-10，并可通过电化学强化分离过程。相关协同作用高选择性创新思路延申至试剂盒磁珠产品的研发，开发了多种快速高效核酸检测和提取试剂盒以及化学发光磁珠试剂盒，化学发光磁珠发光与背景比值达10.4，优于GE、Dynal等国际同行，与国际领先JSR相当，此外，试剂盒应用推广到南京雅邦公司等十余家生物医药企业及科研单位，解决了目前国内外市场产品无法稳定提取用户痕量体系样本的问题，相关研究成果获中国分析测试协会科学技术一等奖(2021年)。

科研成果：

发表学术论文350余篇，他人引用逾6000次。出版译著2本，合著专著6本，包括《微乳相萃取技术及应用》（2005，科学出版社），国内外学术会议邀请报告30余次。申请中国发明专利85项，国际发明专利2项，授权发明专利62项，至今已有10余项成果实现了产业化。获国家技术发明及省部级成果奖12项。

代表性成果：

1. Shan Ni, Hongnan Qu, Zihao Xu, Xiangyang Zhu, Huifang Xing, Li Wang, Jiemiao Yu, Huizhou Liu, Congmei Chen, Liangrong Yang*, Interfacial engineering of the NiSe₂/FeSe₂ p-p heterojunction for promoting oxygen evolution reaction and electrocatalytic urea oxidation. Applied Catalysis B: Environmental, 2021, 299, 120638.

2. Zihao Xu, Meng Rong, Qiyu Meng, Haoyu Yao, Shan Ni, Li Wang, Huifang Xing, Hongnan Qu, Liangrong Yang*, HuizhouLiu*, Fabrication of hypercrosslinked hydroxyl-rich solid phase extractants for cesium separation from the salt lake brine. Chemical Engineering Journal, 2020, 400, 125991. 

3. Xiangyang Zhu, Qinling Bi, Liangrong Yang*, Huifang Xing, Li Wang, Meng Rong, Shan Ni, Menglei Yuan, Congmei Chen, Huizhou Liu, Control of metal-support interaction in magnetic MoS2 catalyst to enhance hydrodesulfurization performance, Journal of Environmental Chemical Engineering, 2021, 9, 106109

4. Wensong Li, Liangrong Yang*, Tingting Dong, Huifang Xing, Weiyan Wang, Yunquan Yang, Huizhou Liu*, Gas-Assisted Low-Field Magnetic Separation for Large Scale Continuous Magnetic Bio-Separation Process, AIChE Journal, 2019, 65, 175-183.

5. Xitong Sun, Liangrong Yang*, Qian Li, Junmei Zhao, Xiaopei Li, Xiaoqin Wang, Huizhou Liu*, Amino-functionalized magnetic cellulose nanocomposite as adsorbent for removal of Cr(VI): Synthesis and adsorption studies, Chemical Engineering Journal, 2014, 241, 175-183.