2023重大科学问题、工程技术难题和产业技术问题发布一起来关注化学和材料科学
央广网北京10月25日消息(总台中国之声记者鹤佳)据中央广播电视总台中国之声《新闻超链接》报道,10月22日,中国科协发布了2023重大科学问题、工程技术难题和产业技术问题。人工智能、新能源、高性能材料、生命科学等领域的重大问题受到关注。
其中多项难题涉及化学和材料科学,比如,前沿科学问题“影响高性能纤维发展的基础科学问题是什么?”工程技术难题“如何突破新能源废料清洁高值化利用?”产业技术问题“如何高值利用有机污染化工废盐,推动化工产业高水平发展?”这样一些问题难在哪?怎么解?
前沿科学问题中提到“影响高性能纤维发展的基础科学问题是什么?”中国科学院自然科学史研究所特别研究助理、科普作者孙亚飞介绍,高性能纤维在日常生活中较为常见,比如自行车的碳纤维、制作防弹头盔的芳纶和凯夫拉等等。这些材料都有相似的特点:质地轻、强度大。
目前,我国已有一些工厂能生产这些高性能纤维,但在这方面的基础科学研究仍有不足。比如,究竟是何因素影响了纤维的各种各样的性能?是工艺问题还是分子结构的影响?尽管对这样一些问题已有相关的研究,但还不够系统和深入。
高性能纤维发展的基础科学问题之所以难,是因为其属于化学的二级学科——高分子学科。高分子研究的对象通常由几万甚至上千万个原子构成,就像人多了难管理一样,分子内部怎样结合?分子与其他分子之间又存在怎样的相互作用?这些原理都非常复杂。
上世纪五六十年代,高分子科学慢慢从工厂走向实验室,在如此长的时间里,科学家也在进行多方面的研究,但在整个科学界,对于高分子的研究依然不太深入。孙亚飞表示,此次在重大科学问题中提出高性能纤维发展的基础科学问题,能够说是高瞻远瞩,有助于在接下来的科学研究中取得突破。
工程技术难题提到“如何突破新能源废料清洁高值化利用?”孙亚飞介绍,新能源废料不仅是电动车报废的锂电池,在科学层面,新能源废料还有更广泛的内容。
比如,风能发电所用的风车叶片,这些叶片体积非常庞大,主要材料是环氧树脂和玻璃纤维为基材的玻璃钢,目前处理这类材质的方式非常有限,无法通过焚烧的方式处理,只能想方设法将其作为建筑材料。再比如,光伏发电所用到的核心元件多晶硅,以及其他各种薄膜,这些材料老化后产生的废料也是处理的大难题。
目前对于高价值利用新能源废料已有一些技术路线,但都会存在二次污染的问题。比如处理过程中使用到的酸和碱,这些物质对环境存在污染,有必要进行二次处理。在具体研究上也有其他能够直接进行的技术路线,比如利用离子液体,这种新型溶剂能够将物质分离开来,且较为清洁。
孙亚飞表示,总体上看,技术路线可选的方向有很多,但从开始研究到最后真正应用还有非常长的路要走,也需要科研人员和工程人员共同努力。
产业技术问题中提到“如何高值利用有机污染化工废盐,推动化工产业高水平发展?”孙亚飞介绍,有机污染化工废盐就是被有机物污染的化工废盐。在工业中用工业盐最典型的例子是锅炉房,通过加盐使水软化,不易产生水垢。这些盐在用完后会以废盐的方式被淘汰,其中的氯化钠会被其他盐分所替代,引入一些有机物。
这类有机污染化工废盐处理起来更复杂,同时带来的污染也更为严重。如果只是无机盐排入大海,影响的只是海水的盐度。但如果是有机污染化工废盐排入大海,这些有机物可能变成藻类等细菌的食物,造成海水富营养化。如果有机物中含有磷和硫这类对生物生长最重要的元素,甚至还会引起赤潮等严重的生态灾难。即便没有排到大海,在内陆的水体中也会带来不可预知的风险。
目前的处理方法主要是通过加入高锰酸钾、铬酸等强氧化剂,将有机物直接氧化分解,但这些强氧化剂本身也有很强的毒性。一些新的研究方向正在尝试通过生物发酵的方式处理有机物,但大多数生物没办法忍受如此高浓度的盐,这样一些问题尚待解决。
孙亚飞表示,目前有机污染化工废盐的处理程度还非常有限,化工产业要想实现高水平质量的发展,这块硬骨头必须啃下来,否则造成的污染生态系统无法承受。
2023重大科学问题、工程技术难题和产业技术问题发布,一起来关注化学和材料科学
10月22日,中国科协发布了2023重大科学问题、工程技术难题和产业技术问题。人工智能、新能源、高性能材料、生命科学等领域的重大问题受到关注。