l  研究方向和意义

主要是以化学反应工程为基础，结合无机化学和胶体化学，围绕成核和生长等科学问题，实现高端无机氧化物的可控制备，进而形成产品。目前，主要开展以氧化硅为基础的材料可控制备及其应用研究，形成了1-1000nm的化学机械抛光磨料制备、1-10μm生物医药分离、纯化关键材料制备和20-200μm的蒽醌加氢制备高浓双氧水技术的加氢催化剂制备等三个领域方向研究。

l  研究内容

建立“颗粒物理参数-表面性质-作用效能”构效作用机制关系，研究氧化硅材料纳米尺度的成核和生长竞争动力学调控机制、大尺度空间下传质、传热和反应之间的协同作用机制以及颗粒表面性质与药物分离、抛光和催化活性组分之间的影响作用机制；实现纳米粒子的尺度、微米等级粒子的物理参数以及组成可控的制备过程。

1.     纳米氧化硅材料的成核和生长动力学

2.     纳米氧化硅颗粒形貌、尺度可控制备工艺

3.     纳米氧化硅表面性质的改性方法

4.     Core-shell结构的纳米氧化硅的可控制备

5.     Core-shell结构的混合纳米氧化物的制备

6.     抛光的机理及抛光磨料优化过程研究

1.     微米硅胶表面的羟基活化工艺

2.     微米硅胶表面羟基特性研究

3.     微米硅胶表面修饰工艺

4.     Core-shell结构的微米硅胶合成

5.     多种复杂物质分离、纯化工艺的研究

6.     模拟移动床的连续分离设计及模拟优化

1.     C=O、C=C键选择性加氢的反应机理讨论

2.     贵金属活性组分的活化氢和解析氢设计

3.     高分散贵金属活性组分的设计和制备

4.     介孔氧化硅载体表面改性机理

5.     浆态床气液固三相动量传递过程研究

6.     浆态床气液固三相传质与反应之间的协同机理

 

l  研究进展

研究了氧化硅纳米颗粒的成核和生长动力学对颗粒尺度和分布的影响，开发纳米尺度、尺度为1-10μm和20-200μm的三个级别的氧化硅材料。阐明了颗粒的一次粒子尺度、分布与物理参数的影响关系，理清颗粒的表面性质、物理参数与表面修饰物种、活性组分之间的作用机制，构建氧化硅性质与作用效能之间的关系，实现了高端氧化硅材料在化学机械抛光、色谱材料分离和加氢催化反应的成功应用。

一、          化学机械抛光磨料制备

●  制备的纳米氧化硅特点

●  实现制备的尺度为10-150nm的氧化硅颗粒可控调控制备；

●  纳米颗粒尺度分布窄，集中度高；

●  纳米氧化硅的纯度高，；

●  纳米氧化硅的形貌为球形，且球形度高；

●  纳米氧化硅的单分散性好，化学稳定性高；

●  纳米氧化硅的质量浓度的范围为≦30%；

⟡  研究组开发的氧化硅抛光液可以使硅晶圆的表面平整度(rms)达到0.175nm

⟡  这个数据已经达到甚至是高于相关研究组使用国外高端抛光液产品的抛光效果(表面平整度(rms)可以达到0.2-0.3nm)

二、          纳米氧化铈的可控制备

实现尺度为30-80nm、颗粒的形貌为截角八面体、颗粒分布均匀、分散性能好的单晶氧化铈颗粒制备，通过抛光石英玻璃，初期的实验显示，纳米氧化铈可以使石英玻璃的表面粗糙度达到0.555nm。

Ceramics International, 2018;  Ceramics International, 2019; ZL201811458907.7

 

三、          单分散微米硅胶的制备

在催化剂设计和合成理论的基础上，创新性地提出了单分散微米硅胶填料的制备新工艺，合成出了孔径分布窄，尺度为介孔，球形度和均一度高的微米硅球，并且实现了年产2000kg规模的中试放大生产线。

经过C18键合且采用Waters的标准测试程序对微米硅胶的性能进行检测并和国外产品对比，结果显示在柱效上，不低于国外产品，而在柱压上，研发产品更低，优势明显。因此，研发的单分散微米硅胶满足分析和工业色谱要求。

 

四、          蒽醌加氢制备高浓双氧水过程

1)    介孔氧化硅可控孔径制备

 

20-200μm氧化硅成型制备

贵金属含量低0.3~0.5wt%，分散度高，Pd颗粒大小1-2nm

2018年，山西潞安(矿业)集团与大连化学物理研究所合作进行规模为2000吨/年的蒽醌加氢制备高浓双氧水中试示范

和其他的工艺技术相比，新工艺浆态床-AAQ，不仅在初始的加氢活性高，而且在催化剂加氢时空产率上也远高于其他工艺技术。此外，新工艺技术的单位贵金属双氧水产率是目前公布最新数据的一个数量级。在本项目上共发表文章8篇，申请专利19项。