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岛津| 沈阳化工大学丁茯专访:加速催化技术创新 助力科研产业转化

阅读:89      发布时间:2024-3-29
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  催化技术是化学工业相关生产的关键技术之一。90%以上的化学品、80%以上的化工工艺过程都与催化有着密切的关系。催化领域的创新研究一直以来都是化工行业创新的核心工作之一。
 
  2023年12月6日,走遍中华,寻访“匠”人“匠”室——“岛津中国行”活动来到有着东北明珠之称的千年古都——辽宁沈阳,与沈阳化工大学分析测试中心主任丁茯教授一起,分享了“化工的发动机”——催化的发展现状与展望,以及沈阳化工大学的前沿科技和产业化进展。
 
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  丁茯教授目前任职于沈阳化工大学,是校分析测试中心主任,化学工程学院教授。同时,她也是比利时布鲁塞尔自由大学的客座教授。
 
  她的研究方向主要集中在催化剂的开发与应用;化工生产相关工艺的开发和改进;以及仪器设备研发、分析检测技术开发等方面。在催化剂开发应用方面,其课题组一方面在光催化领域开展了稀土-贵金属功能材料的合成、制备与催化应用研究,开发的纳米光催化剂在光催化分解有机污染物和光催化分解水制氢方面有良好的催化效果和进一步深入研究的前景,获得辽宁省自然科学二等奖;另一方面,开发了国内外首例无Cr环保型糠醛高效气相选择加氢的催化剂,并成功实现产业化,在国内糠醛加氢催化剂市场上占有重要位置。在仪器研发方面,其针对高温高压快速反应分析研究中极少涉及样品在线快速伺样的现状,开展了适用于高温高压条件下微型反应器粉末在线快速伺样技术及部件的研究,解决了此类反应特性研究手段的缺失;在环保领域,她承担了基于气体扩散采集分离技术与ICP-MS联用的大气重金属在线监测系统的研发的专项,为大气重金属在线监测,特别是突发性污染事故的应急监控,提供了全新、高效的手段。
 
  高精度高通量在线系统 助力大气重金属监测
 
  2023年,丁茯教授荣获第十三届“辽宁省优秀科技工作者”称号,代表性项目为科技部国际合作重大专项“基于气体扩散采集分离技术与ICP-MS 联用的大气重金属在线监测系统研发”。
 
  丁茯教授介绍,“众所周知,大气重金属污染有两个特点。一个是不可降解性,另一个是富集后检测的滞后性。” 大气颗粒物可吸附大量的重金属污染物,这些重金属污染物通过呼吸进入人体后,由于其不可降解,就会慢慢累积,累积到一定程度后就会造成各种人体机能障碍,引发各种疾病。因此,及时对大气中重金属的种类和含量进行监控,进而准确评估大气环境质量、判断空气环境对人体健康的影响,进而实施大气重金属污染防治,特别是对突发性重金属污染泄露事件的及时发现与处理,在线监测都是极为重要和必要的手段。
 
  大气颗粒物中重金属的监测方法很多,目前的方法大多需要人工或半自动采集样品后,运送到实验室进行检测。此类方法采样周期长,流程繁琐,易产生污染干扰以及人为操作误差。因此,缩短采样时间,简化采样流程,是环境科学工作者一直关注的技术发展热点。
 
  丁茯教授的“基于ICP-MS的高通量高精度大气重金属在线监测系统”项目,通过解决前处理设备开发、模拟系统开发和后期校正因子计算等方面的困难,极大地提高了大气重金属检测速度和在线检测的准确度,实现了连续、准确、真实的大气重金属在线监测,有效弥补了我国大气环境在线监测的精密度和准确度不足的技术薄弱环节。
 
  催化行业迎挑战 三管齐下助创新
 
  丁茯教授介绍,“催化是化学工业相关生产的关键环节,因此催化领域面临的挑战,也是我国化工领域发展所面临的挑战。”
 
  改革开放四十年来,我国已经初步建成了一套完整的工业体系,化学工业整体规模已经跃居世界第一,农药、染料、涂料等多个细分领域的产品产量也位居世界前列,但是高耗能、高污染、低附加值、产业结构有待转型等问题依然存在。因此,如何利用绿色催化技术去实现生产的绿色化、环保化成为目前我国化工工业面临的严峻挑战。在环保法规日趋严格的今天,为适应环境友好型生产的需要,针对性开发新型高效环保型催化剂,从而解决化工生产环境污染严重、能耗高、高端产品对外依存度高等瓶颈问题。同时,用于半导体等电子领域的功能性精细化学品生产,特别是高端产品领域,我国并未占据主导地位。因此,未来我国催化领域的发展方向之一将会是在此类产品领域中发力追赶。此外,生命科学成为众多化工领先企业追逐目标的趋势亦早已显现,催化剂开发的研究和应用,也必然追逐这一趋势,实现协同发展。
 
  总之,我国化工行业,特别是催化行业的发展,将逐步从产品导向型向解决方案导向型转变。
 
  岛津倾力合作 加速技术转化
 
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岛津GCMS-QP2020 NX
 
  目前,沈阳化工大学分析测试中心使用的设备中,从XPS到紫外、从元素分析到组分和性能分析,都有岛津设备的身影。“由于我们中心是校级平台,同时也是辽宁省和沈阳市共享服务的先进单位。不论是校内师生的科研攻关,还是上千家横向课题合作单位的分析测试需求,从分析测试中心出具的测试数据中,都应用到了岛津设备。岛津仪器所提供数据的精准度、精密度、重现性,仪器系统自身的可操作性、人性化设计等,都受到校内师生和合作单位的认可和好评。”
 
  丁茯教授分享了两个例子。
 
  第一, 在与沈阳当地饲料企业的合作中,需要精确检测饲料中维生素含量,从而评估和保障家禽畜的健康和营养状况。但是,常规的维生素检测方法灵敏度低、特异性差、通量小,难以实现多种维生素的同时测定。“通过文献的查找和自身经验的结合,我们最后确定使用岛津的三重四级杆高效液相色谱-串联质谱来进行工作。”岛津三重四级杆高效液相色谱-串联质谱不仅可以搭载常规ESI离子源和APCI离子源,也可使用DUIS离子源同时进行ESI和APCI两种离子化过程,丰富多样的配置可实现全谱维生素的高灵敏度检测,克服了以往方法的诸多缺点,具有高灵敏度、强抗干扰能力和超快扫描速度等性能优势。在这个项目开展过程中,从仪器设备配置到后期样品前处理,以及分析检测方法的开发和确定,岛津技术工程师都给出了非常有价值的建议,帮助项目如期完成。精准的检测结果,为家禽畜的健康养殖、为百姓的餐桌的营养安全保驾护航。
 
厨房的摆设布局

中度可信度描述已自动生成
岛津AXIS SUPRA
 
  第二, 在学校开发的生产生物柴油的催化剂的催化效率和催化产品评价工作中,利用岛津的高效液相色谱法(HPLC)对柴油添加了不同浓度的废弃食物油甲酯和棕榈油脂肪酸甲酯(FAME)和甘油三酯进行分析。由于试样含有多种成分,脂肪酸甲酯和甘油三酯会出现峰值增宽和扭曲的现象,使分析结果变得难于判断。这些问题都通过岛津数据处理软件的分组功能进行量化分析而顺利解决,从而为生物柴油催化剂的产业化转化做出了重要支撑。
 
  展望未来 潜力无限
 
图片包含 室内, 桌子, 厨房, 电脑

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岛津LCMS-8050
 
  沈阳化工大学分析测试中心是全国高校中较早建设的校级分析测试中心。从80年代末发展到今天,已经发展成为一所集教学、科研、服务为一体的综合性分析测试中心。沈阳化工大学面向国家和区域重大战略需求,创新提出的内构件移动床热解技术、菱镁输送床闪速轻烧技术、生物基杜仲胶航空轮胎生产、宽温结构化脱硝催化剂开发及其在工业窑炉烟气深度净化中的应用等技术都有着分析测试中心的参与,为我国落实碳达峰、碳中和目标的实现,促进双碳目标达成做出了分析工作者的努力。
 
  谈到对岛津的期望,丁茯教授说道,“未来中心计划与岛津建立联合实验室,联合培养更多具有高水平专业能力的化工人才,共同推进科研成果的技术产业化转化,为我国化学工业建设和发展做出老牌化工高校应有的贡献。”
 
  本文内容非商业广告,仅供专业人士参考。

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