北京化工大學化學工程與技術專業研究生導師介紹： 張衛東

 教育部新世紀優秀人才，教育部霍英東基金獲得者，北京市教學名師，曾獲國家技術發明二等獎1項、科技進步二等獎1項，國家級教學成果一等獎1項，二等獎2項。

個人資料：http://bmst.buct.edu.cn/yjry/34565.htm

實驗室網站：http://bmst.buct.edu.cn/

主要研究方向：

通過實驗研究與理論分析，系統研究氣－固、液－固、液－液等非均相體系的分離特性，針對不同的非均相分離過程，提出所需PTFE膜結構的設計參數；開發雙向拉伸和雙層共拉伸技術，及配位鍵合親水改性技術，制備高性能、高功能和環保型膜材料。

燃煤電廠等行業排放的粉塵尤其是PM2.5對環境及人類健康產生極大的負面影響。目前各項技術對PM2.5捕集效率低，尚無較好的低成本解決方法。利用表面過濾原理可實現袋式除塵技術對PM2.5等微細顆粒的高效捕集，但濾餅阻力過高一直是影響其能耗并阻礙其發展的主要原因。濾餅的形成過程和結構決定了其過濾阻力。本研究通過引入液橋力改變環境濕度將加濕除塵與袋式除塵技術相結合，增大顆粒間作用力，改變濾餅結構，從而大幅度降低濾餅層的過濾阻力并提高濾料的荷塵量；進而強化PM2.5的捕集。并通過建立可壓縮濾餅堆積模型，考察顆粒性質以及顆粒間作用力對濾餅形成的影響。

期望解決長期困擾著液膜技術的穩定性問題和操作復雜的問題，并解決乳化液膜技術和乳化支撐液膜技術中所存在的制乳-破乳的困難和后續處理中表面活性劑的分離問題，解決流動液膜和中空纖維封閉液膜、中空纖維夾心式液膜技術中所存在的設備加工復雜、傳質阻力高的缺陷；得到在一定的體系物性和操作條件下，選用中空纖維支撐體膜材料及其結構的標準，及對所用膜器進行優化設計的準則，建立中空纖維更新液膜的傳質模型，對過程進行模擬、設計和放大，并提出傳質強化的手段。

以發酵-蒸汽滲透耦合技術、反應-滲透汽化技術、固定化酶促反應-分離耦合技術為主線，選擇最優的工藝路線，實現發酵產物以及反應副產物的分離，減弱發酵過程的產物抑制效應，打破反應平衡限制，提高發酵、反應原料的利用率，增加酶的穩定性，增加產率，縮短發酵、反應周期，降低生產成本；研制篩選適用于各體系滲透汽化過程的分離膜，并對膜反應器的結構進行優化設計，使工藝的優勢得到充分的發揮；設計中試裝置，進行物料的放大化研究。

依據溶解-擴散原理，篩選適用于乙醇發酵-蒸汽滲透耦合過程的乙醇分離膜并開發新型膜材料聚乙烯基三乙氧基硅烷（PVTES）及改性PVTES用于分離過程，在保證一定分離因子的條件下大幅度提高滲透通量。同時，在此基礎上，以雙官能團硅氧烷單體二甲基二乙氧基硅烷（DMDES）為膜材料制備PDMDES膜用于優先透醇的研究，由于DMDES與聚二甲基硅氧烷（PDMS）結構相似，一定程度上保證了PDMDES膜具有較高的分離因子，同時由于其與VTES同為硅氧烷單體，均可實現超薄膜的制備以獲得較高滲透通量，使得PDMDES膜具有優良的滲透汽化性能。

本課題主要研究將反應分離耦合與固體酸催化劑相結合的滲透汽化-催化膜技術，同時研制開發了新型反應分離雙功能催化膜反應器。反應分離雙功能催化膜技術通過將催化劑固定于膜上，避免了均相液體酸催化劑對設備的腐蝕，且便于催化劑的回收，提高其利用效率；同時反應區域由料液主體移至催化膜活性位點處，提高了反應區域小分子產物的相對濃度，極大增加了其在膜中的傳質推動力；再者，同時將分離位點與反應位點整合于雙功能催化膜上，大大縮短了反應分離的傳質距離。反應分離雙功能催化膜反應器技術可從根本上解決有機合成工藝產率低、能耗大、設備腐蝕等工業難題，從而形成一種具有自主知識產權的有機化學品生產的綠色工藝，實現綠色高效生產。

本研究著重在于二氧化碳膜法吸收-解吸新技術、設備及新型吸收劑的開發，實現二氧化碳的低成本捕集。系統性研究膜吸收及解吸過程中氣-液相界面處的化學反應及傳質擴散行為，探討CO₂吸收過程的控制步驟，建立傳質模型。在此基礎上開發高效的膜吸收分離設備和分離技術，利用外加能量場及添加第三相粒子技術，增強界面擾動，改善邊界層內濃度分布，實現傳質過程強化。采用分子模擬、分子設計和實驗研究相結合的方法，研究吸收劑分子結構與其吸收-解吸性能的關系，提出吸收解吸機理，開發高效、低能耗的CO₂吸收劑，并進行CO₂吸收分離過程模擬，平衡過程優化參數，提出一套完整的CO₂吸收解吸技術。通過關鍵技術的突破，著重研究解決CO₂捕集的高能耗和高費用問題，進行中間實驗并進行技術經濟與風險評價，形成具有自主知識產權的吸收法捕集CO₂的技術方案。