2020年CAIA獎一等獎獲獎項目成果簡介：多相反應體系中活性氧的原位測定方法及應用
完成單位：中國科學院過程工程研究所
完成人：曹宏斌、杜浩、謝勇冰、肖家棟、呂頁清、趙赫、閻文藝、王少娜、張懿
成果簡介：
項目組基于活性氧在不同介質(zhì)中的電子旋轉(zhuǎn)、分子振動、化學轉(zhuǎn)化等物化特征，針對性設計了微型反應器及配套控制系統(tǒng)，開發(fā)出原位電子自旋共振波譜和原位拉曼光譜分析方法，揭示出臭氧分解產(chǎn)活性氧的反應路徑及降解有機物的選擇性機制;設計了控溫式流動薄層和頻光譜電化學原位反應裝置，建立了基于二階非線性和頻光譜的活性氧原位在線檢測新方法，獲得了活性氧的調(diào)控機制及與兩性金屬的作用規(guī)律;通過反應池、元器件和分析方法創(chuàng)新，解決了多相復雜反應體系中活性氧原位、定量檢測的難題，可拓展至更多反應體系。指導開發(fā)出強化產(chǎn)活性氧的梯度氧化工藝和高效催化劑，應用于11套鋼鐵/煤化工行業(yè)廢水深度處理工程；指導開發(fā)了亞熔鹽強化產(chǎn)活性氧技術，建成國際首套萬噸級全濕法釩鉻共提示范工程。在JACS、ACS Catal、ES&T等期刊發(fā)表相關論文64篇，獲得23項授權專利，撰寫專著2部。
創(chuàng)新點及科學價值：
（1）基于微型板式反應器設計、捕獲劑投加程序優(yōu)化和氣體精確控制系統(tǒng)，開發(fā)出原位電子自旋共振波譜分析方法，克服了臭氧干擾和水溶液吸波等技術挑戰(zhàn)，實現(xiàn)了實時檢測多相催化臭氧反應體系中活性氧的相對濃度及轉(zhuǎn)換規(guī)律;
（2）首次建立了基于二階非線性和頻光譜技術的堿介質(zhì)中活性氧量化測定新方法，自主設計了控溫式流動薄層和頻光譜電化學原位反應裝置，突破了堿介質(zhì)腐蝕性強、活性氧壽命短、賦存濃度低等檢測難點，實現(xiàn)了寬溫全堿濃度體系中活性氧皮秒級原位在線動態(tài)檢測，推動了堿介質(zhì)綠色濕法冶金技術發(fā)展;
（3）在以上研究基礎上，開發(fā)出梯度式催化臭氧氧化技術和亞熔鹽清潔冶金技術，解決了焦化廢水污染低成本控制的重大環(huán)保難題，實現(xiàn)了低品位釩鉻礦高效利用。
社會經(jīng)濟效益：
指導開發(fā)出高效催化臭氧氧化技術，率先在鋼鐵/煤化工行業(yè)建立工程示范，支撐了鋼鐵行業(yè)最新排放標準《煉焦化學工業(yè)污染物排放標準》實施。近5年來先后在鞍鋼、武鋼、邯鋼等建立11項工程，累計處理規(guī)模達到2870萬立方/年，減排COD超過1040噸/年，對我國工業(yè)廢水污染防控水平提升提供重要的技術支撐。形成了兩性金屬礦產(chǎn)資源亞熔鹽綠色反應分離平臺，實現(xiàn)兩性金屬產(chǎn)品生產(chǎn)技術的綠色升級，與河鋼集團合作開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的釩鉻共提技術，建成國際首套5萬噸/年釩渣亞熔鹽法高效提釩示范工程。
應用前景：
研發(fā)的活性氧在線測定新方法及裝置為新型高效水處理技術開發(fā)提供重要指導，可廣泛應用于難降解有機廢水深度處理過程；寬溫、強酸堿復雜環(huán)境環(huán)境中活性氧原位在線測定方法為堿介質(zhì)濕法冶金工藝開發(fā)和工程應用提供重要的研究工具，以上研究成果為緩解我國環(huán)境污染和資源短缺問題提供了重要的技術支撐。
