新材料產(chǎn)業(yè)關(guān)乎日常民生，也是支撐國家高質(zhì)量發(fā)展、筑牢高端制造根基的關(guān)鍵一環(huán)。催化材料作為化工產(chǎn)業(yè)的“工業(yè)芯片”，是決定化學(xué)反應(yīng)效率與方向的“加速器”與“導(dǎo)航員”，其中分子篩催化劑更是核心中的核心。

　　系列報道《蹲點全國重點實驗室》，今天走進(jìn)綠色化工與工業(yè)催化全國重點實驗室，解碼分子篩如何撬動萬億級化工產(chǎn)業(yè)，見證基礎(chǔ)研究如何轉(zhuǎn)化為新質(zhì)生產(chǎn)力的國家樣本。

　　微觀篩孔藏玄機 探秘分子篩核心科技

　　總臺央視記者 宋文瑾：一個碳纖維做的羽毛球拍，輕便但性能好，我身上穿的是一件防曬衣，輕薄而且透氣，我們生活中衣食住行各方面的產(chǎn)品材料在不斷升級，還涌現(xiàn)出了許多新材料，而這一切都離不開優(yōu)質(zhì)的化工原料，所以今天我們就帶大家解碼一位在化工原料制備中“低調(diào)”但是關(guān)鍵的“角色”——分子篩催化劑。

　　其實，分子篩催化劑的應(yīng)用無處不在：小到衣食住行日常用品，大到風(fēng)電葉片、軌道交通、航空航天……各行各業(yè)高性能材料的研發(fā)制造都依賴高純度化工原料支撐，而煉制這些優(yōu)質(zhì)原料的“核心密碼”就是分子篩催化劑。

　　總臺央視記者 宋文瑾：今天就讓我們把視角縮小，探索奇妙的微觀世界。分子篩催化劑，顧名思義，它們就像是給分子量身打造的一個個精密小篩子。內(nèi)部布滿了孔道，憑借這些大小不一的孔洞，只放行適配的分子順利通過，讓它們發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最終轉(zhuǎn)化成我們需要的物質(zhì)材料。

　　憑借獨特的篩分分子本領(lǐng)，分子篩催化劑能大幅提升原料轉(zhuǎn)化率和純度。但早年，分子篩核心技術(shù)被海外把控，不但價格高、斷供風(fēng)險還大，而如今，這一局面正在被我國自主研發(fā)的技術(shù)改寫。

　　綠色化工與工業(yè)催化全國重點實驗室副主任 王振東：這臺就是我們制備分子篩需要用到的關(guān)鍵設(shè)備，為分子篩晶體的生長提供了高溫高壓的反應(yīng)環(huán)境，它就相當(dāng)于我們生活中用的高壓鍋，48個高壓鍋放在一塊，可以高通量地制備分子篩，這個就是我們的分子篩。

　　總臺央視記者 宋文瑾：看上去像粉末一樣，像面粉一樣。

　　綠色化工與工業(yè)催化全國重點實驗室副主任 王振東：是的，視覺上看就是這個樣子，但實際上它是有非常豐富的微觀結(jié)構(gòu)的。這里面有大大小小的孔，就像篩子一樣，可以實現(xiàn)分子的篩分，拿到我們想要的分子。

　　初步合成的分子篩還要接受一連串精密 “體檢”，確認(rèn)內(nèi)部孔道達(dá)標(biāo)。X射線衍射儀就像微觀X光機，用來檢查孔道情況；不過，要想看清原子級細(xì)節(jié)，還要依托上海光源這樣的“超級顯微鏡”。

　　總臺央視記者 宋文瑾：這里面真的是非常震撼，這個超大的環(huán)形是一個長達(dá)四百多米的環(huán)形加速器，電子束就在里面以接近光的速度飛行，同步輻射裝置發(fā)射出來的光，強度是普通X光的百億倍甚至千億倍。

　　中石化(上海)石油化工研究院有限公司表征分析部主任 劉俊彥：高強度的X光是從那個位置引入到實驗室，打到樣品上面之后，我們的檢測器就可以檢測到分子篩的微觀結(jié)構(gòu)，我們可以針對一些在動態(tài)反應(yīng)過程中分子篩結(jié)構(gòu)的變化，捕捉到非常準(zhǔn)確的信息。

　　依托這些頂尖設(shè)備，經(jīng)過數(shù)十年的攻關(guān)，實驗室先后研發(fā)出SCM-14、SCM-15等多款具有自主知識產(chǎn)權(quán)的全新分子篩結(jié)構(gòu)，獲得國際分子篩協(xié)會授予的唯一結(jié)構(gòu)代碼，實現(xiàn)了我國工業(yè)企業(yè)在新結(jié)構(gòu)分子篩合成領(lǐng)域“零的突破”。

　　從試驗臺到化工廠 催化技術(shù)賦能產(chǎn)業(yè)升級

　　在實驗室的微觀世界里，記者解鎖了分子篩催化劑的硬核科技。但一項核心技術(shù)，從實驗室里的“克級樣品”到工廠里的“萬噸級產(chǎn)能”，中間隔著“放大效應(yīng)”這道關(guān)鍵關(guān)卡——實驗室里完美的反應(yīng)條件，在工業(yè)裝置中可能因為溫度、壓力的微小波動而完全失效。

　　科研團隊不僅要攻克“從0到1”的基礎(chǔ)研究難題，更要打通“從1到100”的產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化通道。一起走進(jìn)生產(chǎn)一線，見證國產(chǎn)分子篩催化劑如何從科研成果變?yōu)楫a(chǎn)業(yè)升級的“核心動力”。

　　成功研制出分子篩是第一步，要讓它真正服務(wù)于工業(yè)生產(chǎn)，必須先攻克規(guī)?；瘧?yīng)用這一難題。實驗室建起全套模擬生產(chǎn)線，就像催化劑的 “實戰(zhàn)考場”，完整還原工廠生產(chǎn)環(huán)境，提前測試它的性能、耐用度，為正式投產(chǎn)鋪平道路。

　　中石化(上海)石油化工研究院有限公司首席專家 劉文杰：重點實驗室不光是實驗室，實際上還是面向工業(yè)應(yīng)用的，整個過程我們有催化劑的開發(fā)以及我們工藝設(shè)備的一些專家，通過放大，然后到工業(yè)化，這樣很快能夠?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)。

　　在打磨量產(chǎn)技術(shù)的同時，綠色低碳始終貫穿研發(fā)全程。團隊不斷調(diào)整技術(shù)、優(yōu)化生產(chǎn)流程，從源頭減少廢料與能耗，一改過去化工生產(chǎn)高消耗、高污染的舊模式。

　　中石化(上海)石油化工研究院有限公司首席專家 劉文杰：在催化劑材料上，在制備過程中盡量地減少廢水的排放以及廢物的排放。一個是從源頭上，第二個從過程上。從實驗室到放大到最后的產(chǎn)業(yè)化，實現(xiàn)全過程的綠色化開發(fā)。

　　經(jīng)過多重打磨，國產(chǎn)分子篩催化劑順利走出實驗室，落地國內(nèi)多個大型化工生產(chǎn)一線，為傳統(tǒng)化工產(chǎn)業(yè)綠色轉(zhuǎn)型、提質(zhì)增效提供了核心技術(shù)支撐。

　　安慶石化采用國產(chǎn)新型分子篩催化劑高效生產(chǎn)乙苯，并進(jìn)一步生產(chǎn)出了滿足高端新材料要求的高純度苯乙烯，整個過程不但高效，還降低了碳排放。這種原料用途極廣，汽車配件、家電外殼、保溫建材、醫(yī)用用品都離不開它。

　　中國石化安慶石化公司副總經(jīng)理 周洪波：依托這款新型催化劑的成功開發(fā)應(yīng)用，苯乙烯產(chǎn)能足、品質(zhì)穩(wěn)、質(zhì)量高，安慶市高新區(qū)已經(jīng)吸引聚集了12家配套企業(yè)落戶，實現(xiàn)了苯乙烯原料100%就地轉(zhuǎn)化，下游產(chǎn)出的各類終端產(chǎn)品又進(jìn)一步助力安徽省的汽車、家電、高端建材等重點產(chǎn)業(yè)發(fā)展，成功打造出上下游聯(lián)動、閉環(huán)協(xié)同發(fā)展的完整產(chǎn)業(yè)鏈條。

　　據(jù)測算，每萬噸高端分子篩催化劑可帶動下游超過1000億元的化工產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值。目前，國產(chǎn)分子篩催化劑已在大慶、齊魯、揚子等國內(nèi)30余家大型石化企業(yè)得到應(yīng)用，高端產(chǎn)品市場占有率從不足10%提升至60%以上，每年可為行業(yè)節(jié)省進(jìn)口成本超百億元，有力保障了我國化工產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈的自主可控。

　　數(shù)字賦能與未來展望：打造綠色高端化工新生態(tài)

　　隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、數(shù)字孿生等技術(shù)的飛速發(fā)展，上海的一家全國重點實驗室正在加速構(gòu)建“智能催化”研發(fā)體系，推動催化技術(shù)向精準(zhǔn)化、綠色化、智能化方向邁進(jìn)，為我國化工產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展注入新動能。

　　走進(jìn)實驗室智能化研發(fā)車間，全程無人值守的自動化設(shè)備有序運轉(zhuǎn)，從原料配比、反應(yīng)合成到產(chǎn)品檢測，所有環(huán)節(jié)都由機器人精準(zhǔn)完成。AI技術(shù)的引進(jìn)，更是徹底顛覆了傳統(tǒng)“試錯式”的研發(fā)模式。

　　中石化(上海)石油化工研究院有限公司專家 袁志慶：我們分子篩的領(lǐng)域也逐漸應(yīng)用到了AI技術(shù)。以前我們開發(fā)一個分子篩，做出我們想要的這種性質(zhì)的分子篩大概要一年的時間，現(xiàn)在我們甚至可能一個月都不用，大大節(jié)省了科研人員的寶貴時間。

　　智能研發(fā)體系不僅實現(xiàn)了研發(fā)效率的指數(shù)級提升，還能穩(wěn)定把控每一批產(chǎn)品的品質(zhì)，讓新材料的更新迭代速度大幅加快。

　　從精細(xì)研發(fā)到實戰(zhàn)檢驗再到全面投產(chǎn)，一顆小小的分子篩催化劑見證著國內(nèi)化工產(chǎn)業(yè)的進(jìn)階之路。綠色化工與工業(yè)催化全國重點實驗室用一項項關(guān)鍵核心技術(shù)突破，構(gòu)建起從基礎(chǔ)研究到工程應(yīng)用的完整創(chuàng)新體系，為國內(nèi)化工綠色轉(zhuǎn)型注入強勁動力，更為全球催化領(lǐng)域的發(fā)展貢獻(xiàn)了中國智慧。

　　(央視新聞客戶端 總臺央視記者 朱江 張偉 宋文瑾 唐志堅 盛瑾瑜)