化工新型材料

美有機材料可構(gòu)建“電子高速公路”

美國佛蒙特大學(xué)（UVM）物理學(xué)家和材料學(xué)家馬達里那·福瑞斯領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊日前稱，他們研究出一種新方法，能在低成本的有機材料中構(gòu)建“電子高速公路”，增強太陽能電池板和柔性電子產(chǎn)品的導(dǎo)電性。這將有助尋找替代傳統(tǒng)以硅為基礎(chǔ)的電子元器件材料。

研究人員發(fā)表在近日出版的《自然·通訊》雜志上的論文稱，鑒于讓電子在有機材料中快速流動這樣的基礎(chǔ)科學(xué)問題仍未得到根本性解決，他們利用新方法，在被稱為酞菁的低成本藍色染料中建造一條“電子高速公路”，進而使電子在有機半導(dǎo)體中流動的速度更快、距離更遠。

目前，很多柔性電子設(shè)備會依賴于有機材料的超薄涂層來獲取陽光，并利用名為“激子”的激發(fā)態(tài)材料將之轉(zhuǎn)化為電流。一般來講，激子是一種流離失所的電子，它們與留在后面的孔洞綁定在一起。這些激子可以在分解產(chǎn)生電流之前增加擴散距離，這對于增強有機半導(dǎo)體的導(dǎo)電效率至關(guān)重要。

福瑞斯團隊使用一種新型的成像技術(shù)，在酞菁薄膜的晶體邊界中觀察到納米尺度上的缺陷，正是這些缺陷成為電子高速公路的障礙。福瑞斯說：“我們發(fā)現(xiàn)有很多‘山丘和‘坑洞需要電子去翻越或躲避?！?/p>

為了找到這些缺陷，UVM團隊獲得美國國家科學(xué)基金會的支持后，創(chuàng)建了一種桌子大小的激光掃描望遠鏡，它能探測酞菁晶體的分子結(jié)構(gòu)，允許科學(xué)家深入了解分子排布和邊界對激子運動的影響。研究團隊認為，正是這些晶體邊界造成了激子擴散的屏障。這種能量障礙完全能被消除，關(guān)鍵是要非常謹慎地用一種空心毛細管，并以類似“毛筆書寫”那樣的技術(shù)來控制超薄涂層，才能讓激子快速而有效通過障礙。（科技日報）

世界纖維消費量正處于第3增長階段

世界化纖產(chǎn)業(yè)正在經(jīng)歷新一輪結(jié)構(gòu)性調(diào)整。與此同時，世界經(jīng)濟環(huán)境依然復(fù)雜，原料價格的巨幅波動，世界紡織產(chǎn)業(yè)鏈供求關(guān)系的變化以及纖維消費結(jié)構(gòu)的變化，對化纖行業(yè)的未來發(fā)展提出了新的挑戰(zhàn)，可以看到，化纖產(chǎn)業(yè)的生存環(huán)境正在發(fā)生深刻變化。

據(jù)FAO/ICAC發(fā)布的世界纖維消費調(diào)查，世界纖維需求量的增長主要源于發(fā)展中國家纖維需求量的增長。發(fā)展中國家的纖維人均需求量持續(xù)增長，即使在2008年經(jīng)濟危機期間亦是如此。專家預(yù)測，在未來的一段時間內(nèi)，纖維消費量將會一直處于第3增長階段。

據(jù)Fiber Organon及日本化纖協(xié)會統(tǒng)計，2013年，世界合成纖維過剩產(chǎn)能為1 900萬t，過剩產(chǎn)能比例達到26.4%。預(yù)計到2020年，世界合成纖維實際需求量為7 170萬t，過剩產(chǎn)能將達到2 170萬t，產(chǎn)能過剩現(xiàn)象依舊明顯，世界化纖產(chǎn)業(yè)需要一個從量到質(zhì)的轉(zhuǎn)變。但值得注意的是，2013-2014年間，產(chǎn)能過剩的比例已經(jīng)由26%下降到23%。當經(jīng)濟發(fā)展到一定程度之后，化纖企業(yè)將產(chǎn)品變?yōu)楦吒郊又档漠a(chǎn)品，如“技術(shù)紡織品”將極為重要。

根據(jù)Fiber Organon及日本化纖協(xié)會數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在美國、日本的化纖市場上，化纖產(chǎn)品更多的轉(zhuǎn)向高產(chǎn)品附加值的應(yīng)用領(lǐng)域，非服用纖維占到了化纖應(yīng)用總量的80%以上。在東亞地區(qū)，2013年，非服用化纖應(yīng)用量占化纖應(yīng)用總量的55%，預(yù)計到2020年，非服用領(lǐng)域化纖應(yīng)用量將占到化纖應(yīng)用總量的63%。

高附加值產(chǎn)品的提升將帶動高性能、高功能纖維需求量的增加。據(jù)Fuji-Keizai團隊提供的日本公司的紡織/化纖產(chǎn)品的國內(nèi)外銷售數(shù)據(jù)變化顯示，日本高性能纖維消費額將由2012年的約420億日元增長至2020年的約980億日元，高功能纖維的銷售額也在這一時間段內(nèi)由94億日元增長至128億日元。（中國紡織報）

我國高效低成本光催化制氫研究取得重要進展

據(jù)報道，近期，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)杜平武教授課題組制備一種具有高轉(zhuǎn)化率的非貴金屬光催化制氫材料，表現(xiàn)出優(yōu)越的人工制氫性能。英國皇家化學(xué)學(xué)會旗下著名國際學(xué)術(shù)期刊《能源與環(huán)境科學(xué)》，在日前出版的九月刊以封面標題的形式介紹了該成果。

傳統(tǒng)的化石能源如石油、煤炭等，帶來了地球溫暖化、環(huán)境污染和能源短缺等一系列問題，而氫氣作為一種高效清潔的二次能源載體，被認為是未來人類重要的清潔能源來源。通過模擬光合作用將太陽能轉(zhuǎn)化為氫能，是一種理想的制氫途徑。之前由于大量使用貴金屬催化劑，導(dǎo)致成本昂貴，不夠理想的吸光材料也極大影響了制氫的效率。

在多個國家項目的支持下，杜平武教授課題組近期研究發(fā)現(xiàn)，將磷化亞銅、磷化鉬等磷化物負載在半導(dǎo)體上，可以有效提升光催化產(chǎn)氫的效率。他們在此基礎(chǔ)上利用溶劑熱法，巧妙地將新型磷化鎳助催化劑負載在硫化鎘半導(dǎo)體納米線上，得到了分布均勻、接觸緊密的磷化鎳/硫化鎘復(fù)合結(jié)構(gòu)。

實驗數(shù)據(jù)和光譜表征證明，該復(fù)合結(jié)構(gòu)能有效地促進復(fù)合材料內(nèi)的快速電子轉(zhuǎn)移過程，提高可見光催化制氫性能。作為一種高效、穩(wěn)定、廉價的人工光合成催化劑，該成果受到英國皇家化學(xué)學(xué)會等國際學(xué)界的關(guān)注，被認為具有重要的研究價值和應(yīng)用前景。（新華網(wǎng)）

非金屬復(fù)合材料助汽車“減肥”

據(jù)報道，隨著汽車油耗限值標準執(zhí)行，非金屬復(fù)合材料零部件由于其減重效果好和降成本明顯兩方面優(yōu)勢，逐漸成為汽車廠商輕量化的研究重點。

中國合成樹脂供銷協(xié)會副理事長兼秘書長鄭塏介紹，整車質(zhì)量每減少10kg，百千米油耗可降低0.3～0.6L，汽車輕量化是降低油耗的不二選擇。相對于其他降油耗手段，高中低檔汽車生產(chǎn)廠商都認為，非金屬復(fù)合材料的應(yīng)用是目前汽車降低油耗最直接的手段。通常，優(yōu)化設(shè)計可減重10%～15%；合金材料的應(yīng)用可減重30%～40%；非金屬復(fù)合材料的應(yīng)用可為汽車減重45%～55%。

目前，歐美等發(fā)達國家整車質(zhì)量與過去相比輕了20%～26%。預(yù)計未來10年內(nèi)，轎車平均質(zhì)量還將繼續(xù)減輕20%。

鄭塏表示，目前汽車用非金屬復(fù)合材料零件主要是尼龍、PBT、聚丙烯等材料，并使用長纖維增強、高溫等手段對這些材料進行改性。且隨著材料廠商、加工廠商和汽車廠商之間需求對接的增多，非金屬復(fù)合材料零部件會更多更快地用于汽車生產(chǎn)。而且碳纖維復(fù)合材料的用量也會越來越大，生產(chǎn)成本也會降低，很可能成為未來非金屬復(fù)合材料的發(fā)展方向。

預(yù)計到2020年，汽車平均非金屬復(fù)合材料用量將可能達到500kg/輛以上，約占整車用料的1/3以上。隨著新能源汽車的廣泛使用，加之鋁合金、鎂合金的成本過高，未來汽車的車頂、車門、座椅部件、輪轂以及汽車周邊結(jié)構(gòu)件，甚至車身都有可能改用非金屬復(fù)合材料。（中國化工報）

廢輪胎變身環(huán)保型橡膠軟化油

9月10日，由石家莊瑞威橡膠科技有限公司（以下簡稱“瑞威公司”）和河北科技大學(xué)開發(fā)的利用廢輪胎膠粉生產(chǎn)環(huán)保型橡膠軟化油技術(shù)通過了專家組的驗收與鑒定。專家鑒定認為，該技術(shù)是國內(nèi)首個將廢輪胎膠粉生產(chǎn)成為環(huán)保型橡膠軟化油的技術(shù)，為廢輪胎回收再利用開辟了新途徑。

該技術(shù)是在瑞威公司研發(fā)的橡膠微裂解催化劑的作用下，采用橡膠催化微裂解工藝，利用新型雙螺桿不同功能模塊的排列組合和錐形雙螺桿的強制喂料功能，在280～350℃溫度條件下，實現(xiàn)橡膠微裂解，將廢輪胎膠粉轉(zhuǎn)化成軟化油，實現(xiàn)廢輪胎的循環(huán)利用。目前，該技術(shù)已申請國家專利。瑞安市中意橡膠制品有限公司、廣州市河宏橡膠材料有限公司等多家公司試用顯示，使用廢輪胎膠粉生產(chǎn)的橡膠軟化油，比使用市面上每噸軟化油節(jié)約5 000元。

在環(huán)境污染和資源短缺雙重壓力背景下，瑞威公司于2013年開始研發(fā)利用廢輪胎膠粉生產(chǎn)環(huán)保型橡膠軟化油技術(shù)。據(jù)介紹，瑞威公司首先研究微裂解催化劑，使其在熱、力作用下實現(xiàn)300℃左右微裂解。2014年9月完成了小試、中試，同年10月送用戶完成應(yīng)用試驗。經(jīng)過近一年的反復(fù)實驗，產(chǎn)品及工藝均已達到穩(wěn)定。經(jīng)權(quán)威檢測機構(gòu)檢測，利用廢輪胎膠粉生產(chǎn)的橡膠軟化油，其多環(huán)芳烴（PAHs）含量為0.4ppm，遠遠低于歐盟標準200ppm，微裂解作用下生產(chǎn)的橡膠烴和炭黑的混合物質(zhì)，對橡膠起到了軟化和補強雙重作用。

據(jù)瑞威公司總經(jīng)理馬瑞剛介紹，橡膠制品生產(chǎn)中往往需要使用軟化油以改善橡膠的性能。目前使用的軟化油包括芳烴油、環(huán)烷油和石蠟油。含多環(huán)芳烴的芳烴油顏色深、污染大、毒性大，隨著環(huán)保要求的提高將逐步被淘汰，而不含多環(huán)芳烴的芳烴油價格昂貴。環(huán)烷油、石蠟油的污染性雖比芳烴油小，但是加工性、相容性相對較差。目前我國的橡膠資源還十分短缺，研究廢舊橡膠的環(huán)?；厥绽?，仍然是業(yè)內(nèi)長期的主要任務(wù)。

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，廢輪胎的數(shù)量連年增長。廢輪胎被稱為“黑色污染”，它的回收和處理技術(shù)一直都是世界級難題，落后的回收工藝不僅造成了二次污染，而且目前700℃高溫高壓下裂解成油和炭黑的工藝也存在很大的安全隱患。（中國化工報）

碳纖維生產(chǎn)廢水處理瓶頸問題取得重要進展

據(jù)報道，河南能源化工集團碳纖維有限公司研發(fā)的碳纖維生產(chǎn)廢水分質(zhì)處理和資源化回用工藝投運用一年來，每年減排丙烯腈廢水約1 260t，減少污水處理費用630萬元以上；同時每年可回收1 200t的二甲基亞砜原料，廢水中的二甲基亞砜回收率在90%以上，節(jié)約生產(chǎn)成本1 800萬元。

新工藝同時實現(xiàn)了碳纖維生產(chǎn)廢水的低成本環(huán)保處理和二甲基亞砜的資源化重復(fù)利用，解決了碳纖維企業(yè)面臨的廢水處理難、資源浪費大等瓶頸問題，是碳纖維生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域的重要突破。

“碳纖維生產(chǎn)廢水中含有丙烯腈和二甲基亞砜，丙烯腈屬高毒污染物，不僅破壞水體生態(tài)平衡，還極易危害人體健康；二甲基亞砜則是一種常見的萬能溶劑。丙烯腈本身的毒性加之二甲基亞砜的滲透性，加大了碳纖維生產(chǎn)廢水的處理難度。此類有機廢水采用生化、降解等環(huán)保處理技術(shù)時，存在處理成本高、達標排放難等諸多問題，配套污水處理技術(shù)的不完善已成為制約碳纖維規(guī)?；a(chǎn)的的瓶頸問題?！惫径麻L蔣元力介紹說。

今年1月，河南能化碳纖維公司針對碳纖維廢水處理難題組織專業(yè)技術(shù)力量進行攻關(guān)。對國內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)綜合分析后他們發(fā)現(xiàn)，目前尚未有集安全、低成本、資源化利用為一體的有機廢水綜合處理工藝和技術(shù)。經(jīng)過深入研究，碳纖維公司決定大膽嘗試自己獨創(chuàng)的技改方案，采用“2真空泵組+4塔”組合流程，充分利用現(xiàn)有設(shè)備，通過濃縮、精制等一系列工序，實現(xiàn)丙烯腈脫除、二甲基亞砜回收，對生產(chǎn)廢水進行深度處理提純回收。

“新工藝能夠安全有效脫出廢水中高毒物丙烯腈和難降解物二甲基亞砜，提高了廢水的可生化性，大幅降低了廢水的處理成本，緩解了碳纖維企業(yè)的環(huán)境排放壓力，實現(xiàn)了經(jīng)濟節(jié)約與環(huán)保減排雙重效益，同時還降低了生產(chǎn)經(jīng)營成本。此外，碳纖維企業(yè)采用該工藝還可充分利用現(xiàn)有設(shè)備，不僅大大節(jié)省建設(shè)資金投入，更節(jié)約了建設(shè)工期?！惫究偨?jīng)理魏慧卿表示。（中國石油和化工網(wǎng)）

高效轉(zhuǎn)化重油 IHCC技術(shù)首次工業(yè)試驗成功

據(jù)報道，由清江石化、中石化石油化工科學(xué)研究院、中石化工程建設(shè)公司共同承擔(dān)的中國石化“十條龍”科技攻關(guān)項目——多產(chǎn)輕質(zhì)油的IHCC技術(shù)工業(yè)應(yīng)用，日前完成工業(yè)試驗。這是國內(nèi)首個試驗成功的IHCC技術(shù)，對石油化工行業(yè)應(yīng)對原油重質(zhì)化與劣質(zhì)化，促進有限的重油資源深度和高效轉(zhuǎn)化，增加輕質(zhì)油品均具有重要意義。

相對于常規(guī)的催化裂化工藝技術(shù)（即FCC工藝），在采用IHCC技術(shù)后，加工石蠟基常壓渣油，液化氣、汽油、柴油3種高附加值產(chǎn)品收率增加6.32%；加工渣油加氫裝置（即VRDS）的加氫重油，液化氣、汽油、柴油3種高附加值產(chǎn)品收率增加10.04%，輕質(zhì)油收率達到90.09%，圓滿完成了項目攻關(guān)任務(wù)。

我國煉油企業(yè)輕質(zhì)油收率與國際先進水平仍存在較大差距，最大限度地將劣質(zhì)原油轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)油仍是中國石化企業(yè)所面臨的重大課題。催化裂化技術(shù)是將劣質(zhì)重油轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)油的有效技術(shù)之一?，F(xiàn)有的渣油催化裂化技術(shù)只是重油轉(zhuǎn)化能力較好，現(xiàn)有的催化裂解技術(shù)只是丙烯產(chǎn)率高，采用單一的煉油技術(shù)往往顧此失彼，難以實現(xiàn)烴類的碳氫分配最佳化和石油產(chǎn)品最大化。因此，石科院針對劣質(zhì)原料油的特點，提出了多產(chǎn)輕質(zhì)油的催化裂化蠟油選擇性加氫處理工藝與選擇性催化裂化工藝集成技術(shù)的構(gòu)思。其主要思路是對重質(zhì)原料油不再追求重油單程轉(zhuǎn)化率最高，而是控制催化裂化單程轉(zhuǎn)化率在合理的范圍，使干氣和焦炭選擇性最佳，降低焦炭產(chǎn)率，從而降低二氧化碳的排放；未轉(zhuǎn)化的催化蠟油經(jīng)加氫處理后，再采取適當?shù)拇呋鸦夹g(shù)加工，從而使高價值產(chǎn)品收率最大化。（中國化工報）