绿色化工研究部
绿色化工研究部围绕新能源和先进材料领域对高端装备、高端材料制备方法和分离工艺的需求，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，实现了有机硅单体生产新装备设计及大规模推广应用，开发了多面体钛酸锶聚光量子制氢氧电热一体化技术，攻克了级联逆流萃取富集硼同位素关键技术瓶颈。
重点进展一：有机硅单体生产新装备设计及应用
有机硅材料兼具有有机材料和无机材料的双重特性，广泛应用在航空航天、新能源光伏、化工、医疗等领域。其中，单体二甲基二氯硅烷（简称“二甲”）是合成有机硅材料最关键的原料。长期以来，有机硅单体生产的关键技术被国外主要生产厂家垄断，而气固非均相催化反应流化床技术正是制约二甲单体生产的瓶颈。为解决这一难题，研究团队开展了单体合成反应动力学与流化床反应器数字化放大设计研究，构建了单体合成流化床反应器流动-反应-传热多物理场耦合模型与数字化放大设计方法。通过优化流化床床型结构、进气装置、换热管大小及排布方式等，突破了反应过程中局部过热而导致的催化剂失活与积碳以及床内粉料易堆积等技术难题。优化设计方案成功应用于湖北兴瑞有机硅公司单体合成反应器，二甲单体收率由82%提高到约90%，并支撑单套40万吨/年有机硅单体反应器放大设计。该技术作为核心创新点之一与湖北兴瑞有机硅公司等单位共同荣获2025年湖北省科技进步一等奖。
图1 有机硅单体生产新装备设计及应用
重点进展二：多面体钛酸锶聚光量子制氢氧电热一体化技术
资源利用及装备优化课题组在全球首次成功制备了形貌可控、理论光电转换效率46.9%的纳米二十六面体等钛酸锶晶体，创新研发了流程短、能耗低、成本低、易放大的“多面体钛酸锶聚光量子制氢氧电热一体化技术”，实现了综合光电转换效率45%、产氢速率10m3/h以及光氢量子效率20%的技术指标。该技术利用钛酸锶的多晶面特性，将阳光高倍聚焦并转换为电能与氢能，副产热能与氧气，这一技术具有高效、清洁和可再生性。这是全球首次把太阳光全光域进行一次性利用的新能源技术，可以在一套装置上同时具有发电、制氢、制热的切换功能，省去了光伏电池板的大量设备投资与占地。该技术总计申请29项国内专利、3项国外专利，目前已授权国内15项专利、美国2项专利、日本1项专利，并获得2024年度A类“中国好技术”称号。基于该技术的全球首条“光解水”商业化制氢生产线于2025年12月在四川省攀枝花市投运。
图2 多面体钛酸锶聚光量子制氢氧电热一体化技术
重点进展三：溶剂萃取硼酸级联富集硼同位素技术
硼元素存在10B和11B两种稳定同位素，其自然丰度分别为19.8% 和80.2%。其中，10B具有极高的热中子吸收截面，表现出优异的中子吸收能力，在癌症放射治疗等领域具有重要应用价值；而11B的热中子吸收截面极低，具备良好的中子透过性能，因此在半导体制造等抗辐射材料领域发挥着关键作用。由于两者在中子吸收与透过性能上差异显著，为了实现各自特性的最大化利用，必须对二者进行高效分离。当前世界上唯一实现工业化的化学交换精馏法存在原料纯度要求高、腐蚀性强、环境污染重等问题。针对这些挑战，研究团队创新性地开发了基于级联萃取硼酸富集硼同位素的全新工艺。通过提出“萃取剂质子化强度调控”策略，实现了对各级混合萃取比的精准调控，从而攻克了级联萃取难以有效富集硼同位素的技术瓶颈。该工艺成功将11B从天然丰度80%提升至95%，同时将10B从天然丰度20%提升至30%。该技术是目前国际上采用溶剂萃取法富集硼同位素的唯一成功实验案例，展现出良好的应用前景与推广价值。
图3 溶剂萃取硼酸级联富集硼同位素技术