广东工业大学化学工程与技术学科自2006年获批博士后科研流动站以来,始终聚焦化工过程优化与绿色制造技术创新,近五年承担国家自然科学基金重点项目3项,在《Chemical Engineering Journal》《AIChE Journal》等TOP期刊发表论文278篇,授权发明专利63项。学科团队围绕“反应-分离-传递”多尺度耦合机制开展系统性研究,在微通道反应器设计与放大、生物基材料催化转化、工业废水零排放等领域形成特色研究方向。
在微反应器工程领域,团队首创“结构-功能-工艺”三位一体优化模型,针对珠江三角洲电子特气生产需求,开发出具有自主知识产权的模块化微反应装置。通过建立多物理场耦合数值模拟平台,成功解决传统反应器传质效率低、能耗高的技术瓶颈,使氢气合成反应选择性提升至98.7%,吨产品能耗降低42%,相关成果获2021年中国石化科技进步二等奖。该技术已与中石化广州分公司合作建成10万吨/年级示范装置,实现国产化替代。
针对生物质资源高值化利用难题,学科团队构建“酶催化-离子液体-超临界CO2”协同转化体系,突破纤维素水解动力学限制,在广东甘蔗渣资源化利用项目中实现葡萄糖收率91.3%,较传统酸法水解提升35个百分点。开发的固定化复合酶催化剂寿命突破2000小时,成本降低至进口产品的1/3,相关技术规程已纳入《广东省生物质能源工程标准》。研究过程中形成的“生物-化学-物理”多尺度表征方法被国际期刊《Green Chemistry》专题评述,成为该领域重要技术参考。
在过程强化与智能制造方向,团队开发出基于数字孪生的化工过程智能优化系统,集成设备状态监测、工艺参数优化和故障预测功能。在广东某石化企业聚乙烯装置的应用中,通过实时调整反应器进料比和催化剂浓度,使装置运行周期延长40%,紧急停车次数减少75%。该系统已获得国家版权局软件著作权,并在华南地区8家重点企业推广应用。2023年联合华为技术打造的“5G+工业互联网”示范项目,成功实现跨厂区工艺参数协同优化,入选工信部“工业互联网平台创新发展工程”。
学科建设方面,依托“绿色化工与智能装备”省级重点实验室,构建了涵盖本科-硕士-博士的全链条培养体系。近三年培养的博士毕业生中,38%进入“双一流”高校任教,25%进入中石化、中石油等央企研发部门,12篇博士论文获中国化工学会优秀博士论文奖。与华南理工大学、香港科技大学等建立联合实验室,在分子筛材料设计、过程系统优化等方向开展协同创新,近两年联合申报国家重大科研仪器研制项目2项。
面向“双碳”战略需求,团队正在开展“CO2资源化利用”重点攻关,研发新型钙钛矿基吸附材料,实现二氧化碳捕集能耗降低至15kW·h/Nm³,较传统胺法降低60%。在广东某钢铁厂余热发电项目中,创新性将吸附-变压吸附耦合工艺与余热发电系统整合,使吨钢碳排放强度下降0.38吨,项目获2022年度广东省节能技术示范工程。相关研究成果已形成技术标准草案,正在申报国际专利PCT/CN2023/XXXXX。
学科发展同时注重产学研深度融合,与万华化学、东华能源等龙头企业共建产业研究院,累计转化科技成果127项,创造直接经济效益超8.6亿元。2023年与比亚迪合作开发的动力电池电解液添加剂制备技术,使电池循环寿命提升至12000次,该技术已纳入《新能源汽车用锂离子电池标准体系》。在人才培养方面,首创“企业导师+学术导师”双导师制,近三年为企业定制培养高层次工程师46名,其中3人成长为行业技术领军人才。
未来研究将聚焦新一代反应器设计与智能过程控制,重点突破单原子催化剂精准制备、超临界流体过程强化、工业大数据驱动优化等关键技术。计划在2025年前建成国家工程实验室,打造涵盖“基础研究-技术开发-工程应用”的全创新链条,力争在《Nature Energy》《AIChE Journal》等顶级期刊发表原创成果10项以上,培育具有国际影响力的学术团队。