北京化工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)研究生導(dǎo)師介紹： 張衛(wèi)東

 教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才，教育部霍英東基金獲得者，北京市教學(xué)名師，曾獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，國(guó)家級(jí)教學(xué)成果一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，二等獎(jiǎng)2項(xiàng)。

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實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)站：http://bmst.buct.edu.cn/

主要研究方向：

通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究與理論分析，系統(tǒng)研究氣－固、液－固、液－液等非均相體系的分離特性，針對(duì)不同的非均相分離過(guò)程，提出所需PTFE膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)；開(kāi)發(fā)雙向拉伸和雙層共拉伸技術(shù)，及配位鍵合親水改性技術(shù)，制備高性能、高功能和環(huán)保型膜材料。

燃煤電廠等行業(yè)排放的粉塵尤其是PM2.5對(duì)環(huán)境及人類健康產(chǎn)生極大的負(fù)面影響。目前各項(xiàng)技術(shù)對(duì)PM2.5捕集效率低，尚無(wú)較好的低成本解決方法。利用表面過(guò)濾原理可實(shí)現(xiàn)袋式除塵技術(shù)對(duì)PM2.5等微細(xì)顆粒的高效捕集，但濾餅阻力過(guò)高一直是影響其能耗并阻礙其發(fā)展的主要原因。濾餅的形成過(guò)程和結(jié)構(gòu)決定了其過(guò)濾阻力。本研究通過(guò)引入液橋力改變環(huán)境濕度將加濕除塵與袋式除塵技術(shù)相結(jié)合，增大顆粒間作用力，改變?yōu)V餅結(jié)構(gòu)，從而大幅度降低濾餅層的過(guò)濾阻力并提高濾料的荷塵量；進(jìn)而強(qiáng)化PM2.5的捕集。并通過(guò)建立可壓縮濾餅堆積模型，考察顆粒性質(zhì)以及顆粒間作用力對(duì)濾餅形成的影響。

期望解決長(zhǎng)期困擾著液膜技術(shù)的穩(wěn)定性問(wèn)題和操作復(fù)雜的問(wèn)題，并解決乳化液膜技術(shù)和乳化支撐液膜技術(shù)中所存在的制乳-破乳的困難和后續(xù)處理中表面活性劑的分離問(wèn)題，解決流動(dòng)液膜和中空纖維封閉液膜、中空纖維夾心式液膜技術(shù)中所存在的設(shè)備加工復(fù)雜、傳質(zhì)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(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)，及對(duì)所用膜器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則，建立中空纖維更新液膜的傳質(zhì)模型，對(duì)過(guò)程進(jìn)行模擬、設(shè)計(jì)和放大，并提出傳質(zhì)強(qiáng)化的手段。

以發(fā)酵-蒸汽滲透耦合技術(shù)、反應(yīng)-滲透汽化技術(shù)、固定化酶促反應(yīng)-分離耦合技術(shù)為主線，選擇最優(yōu)的工藝路線，實(shí)現(xiàn)發(fā)酵產(chǎn)物以及反應(yīng)副產(chǎn)物的分離，減弱發(fā)酵過(guò)程的產(chǎn)物抑制效應(yīng)，打破反應(yīng)平衡限制，提高發(fā)酵、反應(yīng)原料的利用率，增加酶的穩(wěn)定性，增加產(chǎn)率，縮短發(fā)酵、反應(yīng)周期，降低生產(chǎn)成本；研制篩選適用于各體系滲透汽化過(guò)程的分離膜，并對(duì)膜反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使工藝的優(yōu)勢(shì)得到充分的發(fā)揮；設(shè)計(jì)中試裝置，進(jìn)行物料的放大化研究。

依據(jù)溶解-擴(kuò)散原理，篩選適用于乙醇發(fā)酵-蒸汽滲透耦合過(guò)程的乙醇分離膜并開(kāi)發(fā)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(guò)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(shí)，在此基礎(chǔ)上，以雙官能團(tuán)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(yōu)先透醇的研究，由于DMDES與聚二甲基硅氧烷（PDMS）結(jié)構(gòu)相似，一定程度上保證了PDMDES膜具有較高的分離因子，同時(shí)由于其與VTES同為硅氧烷單體，均可實(shí)現(xiàn)超薄膜的制備以獲得較高滲透通量，使得PDMDES膜具有優(yōu)良的滲透汽化性能。

本課題主要研究將反應(yīng)分離耦合與固體酸催化劑相結(jié)合的滲透汽化-催化膜技術(shù)，同時(shí)研制開(kāi)發(fā)了新型反應(yīng)分離雙功能催化膜反應(yīng)器。反應(yīng)分離雙功能催化膜技術(shù)通過(guò)將催化劑固定于膜上，避免了均相液體酸催化劑對(duì)設(shè)備的腐蝕，且便于催化劑的回收，提高其利用效率；同時(shí)反應(yīng)區(qū)域由料液主體移至催化膜活性位點(diǎn)處，提高了反應(yīng)區(qū)域小分子產(chǎn)物的相對(duì)濃度，極大增加了其在膜中的傳質(zhì)推動(dòng)力；再者，同時(shí)將分離位點(diǎn)與反應(yīng)位點(diǎn)整合于雙功能催化膜上，大大縮短了反應(yīng)分離的傳質(zhì)距離。反應(yīng)分離雙功能催化膜反應(yīng)器技術(shù)可從根本上解決有機(jī)合成工藝產(chǎn)率低、能耗大、設(shè)備腐蝕等工業(yè)難題，從而形成一種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的有機(jī)化學(xué)品生產(chǎn)的綠色工藝，實(shí)現(xiàn)綠色高效生產(chǎn)。

本研究著重在于二氧化碳膜法吸收-解吸新技術(shù)、設(shè)備及新型吸收劑的開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)二氧化碳的低成本捕集。系統(tǒng)性研究膜吸收及解吸過(guò)程中氣-液相界面處的化學(xué)反應(yīng)及傳質(zhì)擴(kuò)散行為，探討CO₂吸收過(guò)程的控制步驟，建立傳質(zhì)模型。在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)高效的膜吸收分離設(shè)備和分離技術(shù)，利用外加能量場(chǎng)及添加第三相粒子技術(shù)，增強(qiáng)界面擾動(dòng)，改善邊界層內(nèi)濃度分布，實(shí)現(xiàn)傳質(zhì)過(guò)程強(qiáng)化。采用分子模擬、分子設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，研究吸收劑分子結(jié)構(gòu)與其吸收-解吸性能的關(guān)系，提出吸收解吸機(jī)理，開(kāi)發(fā)高效、低能耗的CO₂吸收劑，并進(jìn)行CO₂吸收分離過(guò)程模擬，平衡過(guò)程優(yōu)化參數(shù)，提出一套完整的CO₂吸收解吸技術(shù)。通過(guò)關(guān)鍵技術(shù)的突破，著重研究解決CO₂捕集的高能耗和高費(fèi)用問(wèn)題，進(jìn)行中間實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的吸收法捕集CO₂的技術(shù)方案。