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固液界面是多组分、多相复合体系最常见的界面之一。固液体系是重大工业过程中遇到最多的两相复合体系,例如,煤化工水煤浆加压气化的第一步需要制得稳定的高浓度水煤浆,而高浓度水煤浆就是呈固态的煤颗粒与水形成的固液体系;又例如,聚烯烃高性能化过程通常在聚烯烃熔融温度以上将非金属无机填料或纤维(呈固态)填充到聚烯烃熔体(呈液态)中形成填充聚烯烃的固液体系;再例如,农药制剂是将固体原药均匀分散在水或非水介质中形成悬浮液,这种悬浮液也属于固液体系。固液体系,如前述的高浓度水煤浆、填充聚烯烃和农药制剂在制备、储运和使用过程中,都无一例外要求固体在液体中稳定分散。但由于固体和液体,如煤和水、非金属无机填料或纤维和聚烯烃熔体、化学农药原药和水或非水介质各对的组成、结构和物性存在显著差距,形成热力学不稳定体系,在重大工业过程中,常会因界面不相容,导致两相分层甚至于固体沉淀,堵塞管线,危及安全的问题发生。
建立普适、实用的固液体系分散稳定理论,研发高效、稳定的固液体系分散稳定技术,具有重要的理论意义和广阔的应用前景。长期从事多组分、多相复合体系界面研究的南京大学、南京师范大学教授沈健带领由化学、物理学、材料科学与工程、化学工程与技术、仪器科学与技术、计算机科学与技术等学科背景师生组成的团队进行了长期不懈的努力,为解决这一难题交上了一份漂亮的答卷。
理论发展与技术创新
我国是一个煤炭大国、聚烯烃产销大国和农业大国,采用洁净煤技术(水煤浆技术是洁净煤技术之一),实现聚烯烃高性能化和开发高载、缓释的环境友好型农药制剂对科学研究、经济建设和生态文明至关重要。在国家及省部级计划的支持下,沈健团队在前人工作的基础上,历经23年系统、深入研究,最终完成了“基于界面调控机理的固/液体系分散稳定技术及应用”,取得理论发展和技术创新的突破。
项目成果应用于煤化工领域难成浆煤种高浓度水煤浆制备和工业废水循环利用制水煤浆中,制定了中国第一部燃烧用和气化用水煤浆添加剂产品标准;通过调控NDF分子中丙烯酸或马来酸序长和芳环的种类和数量,解决了高内水煤种难成浆难题,提高了制浆煤种适应性;通过调控NDF分子量、序列长度l、m、n、排列方式和不同种类、数量的亲水基团R1、R2,提高煤浆浓度至少2个百分点;降低煤浆粘度至少200mPa·s-1、水煤浆存放45天无沉淀;解决了水煤浆连续制备、添加剂合理使用和工艺条件可控的问题,实现了连续生产中动态优化固体粒径及其分布,在煤种突变或设备磨耗的情况下,不中断生产,及时优化。汕头市南方水煤浆有限公司应用该技术用本单位工业废水制水煤浆,年节水10万吨,实现了减排,节约了资源,保护了环境。全球最大聚氨酯生产厂家——万华化学集团股份有限公司,应用项目成果技术累计新增销售额19.5亿元、利润9.2亿元,近3年累计新增销售额13.9亿元、利润6.1亿元。
项目成果应用于聚合物基复合材料领域填充聚烯烃高性能化,首次将固体粒径及其分布优化理论和技术引入到聚烯烃填充改性领域,与传统工艺相比,不仅降低填充聚烯烃的加工温度15℃~30℃、提高熔体流动速率17%~33%,还显著提高填充聚烯烃的力学性能10到95个百分点。南京聚隆科技股份有限公司运用项目成果技术,累计新增销售额34.9亿元、利润2.1亿元,近3年累计新增销售额17.1亿元、利润0.7亿元。利用项目专利技术培育上市公司1家。 项目成果应用于农药领域制剂创新,采用纳米氧化石墨烯或纳米改性蒙脱土作为载体,结构可调的含磷酸基、多羧基三元共聚物作为分散剂,制得高效、环境友好的氟啶胺、吡虫啉、氯氟氰菊酯、甲维盐、阿维菌素等农药制剂。制剂的载药量提高50%,水溶性提高400倍,抗虫活有效期大于14天,具有pH响应的控缓释性能,可稳定分散1年以上;大田试验显示,可明显减少等效农药用量和提高等施药量农药效果。全球主要农药生产厂家江苏扬农化工股份有限公司及其全资子公司江苏优嘉植物保护有限公司应用项目成果技术累计新增销售额18.2亿,新增利润3.7亿元,近3年累计新增销售额12.7亿元,新增利润2.6亿元。利用项目专利技术参与上市公司1家。
学科建设和服务社会
1982年年初,在南京大学本科毕业后,沈健留校读研并任教,一直从事多组分、多相复合体系界面化学和生物医用高分子材料研究,他是固液体系稳定分散模型和维持自然状态功能化学说的创立者,在线检测、动态调控固体粒径及其分布技术(NDJ技术),用于界面调控的三元共聚物结构优化技术(NDF技术)和表面构建两性离子的生物相容技术(ZSM技术)的发明人。截至2019年年底,主持22項国家和部省级科研项目;出版专著3本,在Chem. Rev.、Nat. Commun.、Adv.Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、Biomaterials等国际核心期刊发表论文500余篇,累计他引超6000次;授权中国发明专利63项、中国计算机软件著作权5项;制定中国第一部燃烧用和气化用水煤浆添加剂标准;获国家级教学成果奖二等奖1项,省部级教学成果奖一等奖3项,省部级科学技术奖一等奖4项、二等奖3项。
建立普适、实用的固液体系分散稳定理论,研发高效、稳定的固液体系分散稳定技术,具有重要的理论意义和广阔的应用前景。长期从事多组分、多相复合体系界面研究的南京大学、南京师范大学教授沈健带领由化学、物理学、材料科学与工程、化学工程与技术、仪器科学与技术、计算机科学与技术等学科背景师生组成的团队进行了长期不懈的努力,为解决这一难题交上了一份漂亮的答卷。
理论发展与技术创新
我国是一个煤炭大国、聚烯烃产销大国和农业大国,采用洁净煤技术(水煤浆技术是洁净煤技术之一),实现聚烯烃高性能化和开发高载、缓释的环境友好型农药制剂对科学研究、经济建设和生态文明至关重要。在国家及省部级计划的支持下,沈健团队在前人工作的基础上,历经23年系统、深入研究,最终完成了“基于界面调控机理的固/液体系分散稳定技术及应用”,取得理论发展和技术创新的突破。
项目成果应用于煤化工领域难成浆煤种高浓度水煤浆制备和工业废水循环利用制水煤浆中,制定了中国第一部燃烧用和气化用水煤浆添加剂产品标准;通过调控NDF分子中丙烯酸或马来酸序长和芳环的种类和数量,解决了高内水煤种难成浆难题,提高了制浆煤种适应性;通过调控NDF分子量、序列长度l、m、n、排列方式和不同种类、数量的亲水基团R1、R2,提高煤浆浓度至少2个百分点;降低煤浆粘度至少200mPa·s-1、水煤浆存放45天无沉淀;解决了水煤浆连续制备、添加剂合理使用和工艺条件可控的问题,实现了连续生产中动态优化固体粒径及其分布,在煤种突变或设备磨耗的情况下,不中断生产,及时优化。汕头市南方水煤浆有限公司应用该技术用本单位工业废水制水煤浆,年节水10万吨,实现了减排,节约了资源,保护了环境。全球最大聚氨酯生产厂家——万华化学集团股份有限公司,应用项目成果技术累计新增销售额19.5亿元、利润9.2亿元,近3年累计新增销售额13.9亿元、利润6.1亿元。
项目成果应用于聚合物基复合材料领域填充聚烯烃高性能化,首次将固体粒径及其分布优化理论和技术引入到聚烯烃填充改性领域,与传统工艺相比,不仅降低填充聚烯烃的加工温度15℃~30℃、提高熔体流动速率17%~33%,还显著提高填充聚烯烃的力学性能10到95个百分点。南京聚隆科技股份有限公司运用项目成果技术,累计新增销售额34.9亿元、利润2.1亿元,近3年累计新增销售额17.1亿元、利润0.7亿元。利用项目专利技术培育上市公司1家。 项目成果应用于农药领域制剂创新,采用纳米氧化石墨烯或纳米改性蒙脱土作为载体,结构可调的含磷酸基、多羧基三元共聚物作为分散剂,制得高效、环境友好的氟啶胺、吡虫啉、氯氟氰菊酯、甲维盐、阿维菌素等农药制剂。制剂的载药量提高50%,水溶性提高400倍,抗虫活有效期大于14天,具有pH响应的控缓释性能,可稳定分散1年以上;大田试验显示,可明显减少等效农药用量和提高等施药量农药效果。全球主要农药生产厂家江苏扬农化工股份有限公司及其全资子公司江苏优嘉植物保护有限公司应用项目成果技术累计新增销售额18.2亿,新增利润3.7亿元,近3年累计新增销售额12.7亿元,新增利润2.6亿元。利用项目专利技术参与上市公司1家。
学科建设和服务社会
1982年年初,在南京大学本科毕业后,沈健留校读研并任教,一直从事多组分、多相复合体系界面化学和生物医用高分子材料研究,他是固液体系稳定分散模型和维持自然状态功能化学说的创立者,在线检测、动态调控固体粒径及其分布技术(NDJ技术),用于界面调控的三元共聚物结构优化技术(NDF技术)和表面构建两性离子的生物相容技术(ZSM技术)的发明人。截至2019年年底,主持22項国家和部省级科研项目;出版专著3本,在Chem. Rev.、Nat. Commun.、Adv.Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、Biomaterials等国际核心期刊发表论文500余篇,累计他引超6000次;授权中国发明专利63项、中国计算机软件著作权5项;制定中国第一部燃烧用和气化用水煤浆添加剂标准;获国家级教学成果奖二等奖1项,省部级教学成果奖一等奖3项,省部级科学技术奖一等奖4项、二等奖3项。