近日，南京工業大學喬旭教授牽頭研發的嵌入臨氧裂解過程的“三廢”治理與化學品生產耦合關鍵技術入選工業和信息化部公布的第一批先進適用技術名單。該技術通過源頭綠色、原位減量和嵌入治理三個創新點解決了化工行業污染治理效果差、過程集成度弱和資源利用率低這三大“痛點”，取得了顯著的社會和經濟效益。
首提“臨氧裂解”新概念 實現廢棄物近零排放
精細化學品與人們的日常生活息息相關，但精細化學品的生產過程會產生大量“三廢”。“目前，歐美等發達國家化工產品精細化率已達到60%～70%，我國化工產品精細化率雖已提高到45%，但仍有很大發展空間。”喬旭介紹，國內精細化工行業產品種類繁多、工藝流程長、生產技術精密，生產企業往往呈現出“產品分散生產，污染集中治理”或“重產品生產，輕污染治理”的粗放型發展模式。
“一般來說，化工企業會同時運行多套裝置以生產不同產品，這些裝置產出的污染物匯總到統一的‘三廢’處理設施，導致處理不充分，缺乏針對性。” 南京工業大學綠色化工研究所湯吉海教授介紹說，“不同的生產原料，決定廢棄物的分子結構不同，所以處理的原則和方法就應該不同，如果其中有難以降解的化學物質，按照常規的處理方式，就會影響‘三廢’的整體治理成效。”
早在十年前，喬旭及其團隊便敏銳意識到問題的關鍵所在，他們依循“嵌入治理”的思路，首次提出基于大分子有機物結構特征的廢棄物處理“臨氧裂解”新概念，研發出“三廢”臨氧裂解一體化凈化技術。該技術利用大分子有機物裂解和氣態有機小分子深度氧化的耦合反應機理，通過臨氧裂解熱量傳遞過程的調控，實現系統自熱平衡。湯吉海解釋道：“這種方法將化學廢棄物或污染物中的大分子，輸入臨氧裂解反應器，在裂解、催化燃燒雙功能催化劑作用下，將污染物裂解氧化成二氧化碳和水。”
值得一提的是，這套反應器可直接嵌入化工生產裝置中運行，能夠實現精細化學品制造過程廢棄物近零排放，真正做到了讓化工廠只有生產裝置和產品，沒有污水池和煙囪。
創新反應集成技術 將原料“吃干榨盡”
“精細化學品生產的反應、分離等單元過程大多采用離散、單向的序貫連接方式，各單元產生的廢棄物往往直接進入‘三廢’處理系統，有時副產物排放量可能是目標產品的10至100倍，這不僅增加了原料成本，還額外增加了廢棄物處置費用。”據南京工業大學綠色化工研究所陳獻教授介紹，為了解決這一難題，團隊瞄準“將過量原料吃干榨盡”的目標，經過不懈努力，發明了捕獲分離利用精細化學品制造過程中過量原料的系列反應—分離耦合技術，原位提高化學反應的轉化率，降低廢棄物“逃逸”風險。
這項技術的關鍵在于通過引入S型慣性因子以及淘汰機制，提高學習速率及運算穩定性，形成全局尋優的增強型“蝙蝠”算法。借助該算法，團隊能夠對反應—分離耦合工業化過程進行優化設計，最大限度降低過量組分逃逸量，實現生產過程“三廢”的原位減量，有效提高資源利用率，降低生產成本和環境污染風險。
“采用綠色反應工藝才能使精化品在工業生產中真正實現源頭綠色、原位減量、嵌入治理。”南京工業大學綠色化工研究所崔咪芬教授介紹，該團隊在提出“臨氧裂解”凈化新概念，發明了“三廢”臨氧裂解凈化新裝備的同時，還針對精細化學品合成副產物量大的問題，設計出系列提高原子利用率的綠色反應工藝。團隊提出極性溶劑原位還原、鹽析定向錨定等策略，構筑了磺酸等有機官能團、過渡/堿金屬均勻分布的分子篩催化劑，這種催化劑在加成、縮合等高原子經濟性反應中發揮了關鍵作用，實現了多點位協同的高效催化效應，從源頭上減少廢棄物排放。
推廣應用百余套裝置 彰顯綠色制造示范效應
截至目前，該技術已成功應用于十余家企業的化學品生產。其中，臨氧裂解凈化技術與裝備已經在江蘇、山東、浙江等地應用百余套，取得了減排廢氣6.72億立方米、回收有價值原料1620噸、減排有機危廢近1萬噸的環境效益，為精細化學品的綠色制造提供了可行路徑。
中鹽常州新東化工發展有限公司采用南京工業大學“三廢”臨氧裂解一體化治理專利技術，杜絕了含過渡金屬鹽廢水的產生，經臨氧裂解凈化后的尾氣VOCs(揮發性有機化合物)降至40毫克/立方米以下，優于國家及江蘇省的行業排放標準。“在嚴苛的環保標準下，大多數涉氯生產裝置被淘汰，我們公司的(氯代)氯化芐、氯代苯甲醛等產品依然具有很強的市場競爭力。”該公司董事長李景林對該技術贊不絕口，目前新一代4.465萬噸/年二氯甲苯和二氯代苯甲醛系列產品生產裝置在該公司再次投入使用。
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