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中的電子旋轉、分子振動、化學轉化等物化特征，針對性設計了微型反應器及配套控制系統，開發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，獲得了活性氧的調控機制及與兩性金屬的作用規律;通過反應池、元器件和分析方法創新，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。指導開發出強化產活性氧的梯度氧化工藝和高效催化劑，應用于11套鋼鐵/煤化工行業廢水深度處理工程；指導開發了亞熔鹽強化產活性氧技術，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等期刊發表相關論文64篇，獲得23項授權專利，撰寫專著2部。
創新點及科學價值：
（1）基于微型板式反應器設計、捕獲劑投加程序優化和氣體精確控制系統，開發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，實現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換規律;
（2）首次建立了基于二階非線性和頻光譜技術的堿介質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，突破了堿介質腐蝕性強、活性氧壽命短、賦存濃度低等檢測難點，實現了寬溫全堿濃度體系中活性氧皮秒級原位在線動態檢測，推動了堿介質綠色濕法冶金技術發展;
（3）在以上研究基礎上，開發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保難題，實現了低品位釩鉻礦高效利用。
社會經濟效益：
指導開發出高效催化臭氧氧化技術，率先在鋼鐵/煤化工行業建立工程示范，支撐了鋼鐵行業最新排放標準《煉焦化學工業污染物排放標準》實施。近5年來先后在鞍鋼、武鋼、邯鋼等建立11項工程，累計處理規模達到2870萬立方/年，減排COD超過1040噸/年，對我國工業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資源亞熔鹽綠色反應分離平臺，實現兩性金屬產品生產技術的綠色升級，與河鋼集團合作開發具有自主知識產權的釩鉻共提技術，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、強酸堿復雜環境環境中活性氧原位在線測定方法為堿介質濕法冶金工藝開發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境污染和資源短缺問題提供了重要的技術支撐。
