化学工艺
发布时间:2007-10-9 17:01:40

化学工艺学科

化学工艺学科是河北科技大学最早建立的学科之一,经过三十余年的建设已形成了一定的规模,为社会培养了大批的化工技术人才。该学科是河北科技大学首批获得硕士学位授予权的学科,1998年正式招生,2001年该学科被河北省政府批准为省级重点学科。2005年在化学工艺学科基础上获得化学工程与技术一级学科硕士学位授予权。

经过多年的建设,化学工艺学科实现了跨越式发展。现已形成药物及中间体开发、清洁能源化工、催化反应过程与工艺三个相对稳定的研究方向。本专业现有正、副教授23人,具有博士学位教师15人。在化工过程开发及药物合成研究方面形成了特色并具有突出优势,取得了一批标志性的研究成果。“低温活化氯乙酸生产新工艺”和“盐酸特拉唑嗪的研制”分别获得国家科技进步三等奖。有12项成果获省部级科技成果奖,其中“生物法D-对羟基苯甘氨酸生产技术”、“反应-精馏醋酸甲酯水解工艺中的应用”、“ 两菌两酶非均相法生产D-对羟基苯甘氨酸新技术” 分别获得200120042006年度河北省科技进步一等奖。目前在研课题50余项,其中国家和省自然科学基金、重大及重点攻关项目20余项,50万元以上纵横向课题8项。在国内外重要学术刊物上发表学术论文500余篇,其中被国际三大检索收录100余篇。出版教材、专著、译著10余部。

依托化学工艺学科建设的省级重点实验室——河北省药物化工工程技术中心于200112月通过验收。20023月在河北省研究生教学质量评估中化学工艺学科被评为优秀硕士授权点。

研究方向之一:药物及中间体开发

研究方向之二:清洁能源化工

研究方向之三:催化反应过程与工艺

药物及中间体开发

河北省是医药大省,制药工业被列为河北省十五计划优先发展的传统优势产业,其产业规模居全国之首。以本专业为基础建设了省级重点实验室——河北省药物化工工程技术研究中心、河北省分析测试研究中心和河北省高校化工中试基地。作为唯一地方院校的正式盟员单位,加入了国家六部委组织的大企业、大科研院所、重点大学组成的抗生素维生素两个产业创新技术联盟。本专业已成为河北省药物化工的重要研究基地。

1.半合成天然药物研究

以天然产物为先导化合物,开展半合成天然药物的研究。固相合成技术是近年发展起来的一种高通量合成、筛选新药的十分有效的方法,特别是肽类药物的研发更加具有快速、高效的特点。本研究方向采用固相合成策略,开展了海洋天然抗肿瘤环肽化合物研究。其中在Sansalvamide A环肽的研究方面取得了较大的进展,发现了抗肿瘤先导化合物Sansalvamide A环肽,合成了系列N-甲基Sansalvamide A环肽,并发现了几种具有较强抗肿瘤活性的化合物,在国际著名杂志Journal of Medicinal Chemistry发表了相关论文,2005年国家自然科学资金资助(编号30472074)。在天然植物有效成分研究方面,开展了桦木酸及其衍生物、大花旋覆花内酯衍生物和常山酮全合成等研究,合成并筛选出了一系列高活性物质,其中大花旋覆花衍生物研究、常山酮全合成等得到了河北省自然科学基金的资助。本方向发表论文30多篇,被SCI收录13篇,申请美国专利1项。

2.药物及中间体新技术、新工艺开发

水相有机合成技术在药物及中间体制备中的应用。水相有机化学反应能极大减缓有机溶剂对环境的污染,属于绿色化工。在特拉唑嗪、多沙唑嗪等药物的新工艺开发中,创造性地发明了在水溶液中制备N-四氢呋喃-2-甲酰哌嗪制备新方法(中国发明专利ZL92110026.4),使盐酸特拉唑嗪的研制达到国际先进水平,1999年获国家科技进步三等奖;甲磺酸多沙唑嗪及其制剂的研制2001年获河北省科技进步二等奖。同时发现了稀土和过度金属催化的1,4-二溴-2-丁炔与醛酮缩合、水相武兹(Wurtz)缩合、频哪醇缩合等多个新反应,并在麝香酮、紫杉醇等合成中获得了成功。

结合河北制药工业开展深入研究。从半合抗的母体环7-ADCA7-ACAGCLEOH-EPCP等中间体到半合抗及钠盐的生产工艺做了系统的研究,解决了关键中间体六甲基二硅脲、D-对羟苯甘氨酸等长期依赖进口的问题;改进了华药集团、石药集团半合抗生产工艺,开发了哌拉西林钠和溶媒法羟氨苄钠和氨苄钠等半合抗深加工生产技术和抗坏血酸酯类、第四代头孢新工艺及新产品,其中, 六甲基二硅脲 2000年获河北省科技进步二等奖。本方向结合我国半合抗工业的要求和国际发展趋势,成功地采用生物催化法在国内首次实现了D-对羟基苯甘氨酸产业化,其成果2002年河北省科技进步一等奖,国家列为高技术产业化示范工程项目,并于2004年实现了2000/年的规模,本方向先后开发了20余种药物及中间体制备新工艺,为地方经济发展做出了重要贡献。

本研究方向有教授4人,博士6人。本研究方向共获国家科技进步奖1项,省部级科技进步奖7项,国家新药证书8个。

清洁能源化工

该研究方向主要围绕着能源的绿色化开展研究工作。在国内率先开展了Y芳香型超离子导体的研究,其室温电导率达到了国际领先水平。锌锰干电池用代汞缓蚀材料的合成研究,其缓蚀效率居国际领先水平,已获国家发明专利(ZL02123804.9),该技术已经获得2004年河北省自然科学二等奖。目前主要研究领域如下:

1.绿色光电转换纳米材料合成工艺研究

采用太阳能电池是能源清洁化的途径之一,而由具有光电转换特性纳米材料制备太阳能电池是当前十分活跃的研究领域。课题组以光电化学原理为基础,研究具有光电转换特性的纳米材料和纳米结构电极的制备工艺,探索纳米体系光电转换规律和光生电荷传输规律。课题组对具有光电转换特性的纳米TiO2、纳米ZnO、纳米SnO2以及复合纳米材料的制备方法进行了研究。在国内较早地采用电化学方法制备TiO2纳米粒子;采用水热法合成出SnO2纳米粒子;在特定的条件下,利用均匀沉淀原理,成功地制备了ZnO/TiO2复合纳米材料。课题组首创以纳米结构ZnO/Dye/聚吡咯为光电极的太阳能电池,取得了1.3%的光电转换效率。该课题得到了河北省自然科学基金的资助(编号202351)。并在国际上率先开展了TiO2纳米粒子掺杂过渡金属离子和镧系金属离子的研究,使光电流得到提高。目前正在对这些离子掺杂的TiO2纳米结构电极的光电化学性质进行系统的研究。获得两项国家自然科学基金资助(编号分别为2020300820573031)。

2. 清洁燃料油制备工艺研究

燃料油中的含硫化合物是造成空气污染和形成酸雨的重要来源,脱除油中含硫化合物不仅是各国环保的要求,也是科学研究的热点。本课题组以吸附理论和相转移催化原理为基础,研究吸附法和选择性氧化法脱除催化裂化汽油中含硫化合物,探索在不降低汽油质量及收率的前提下以较低成本实现汽油的深度脱硫,取得的成果如下:(1)首创了以复合金属氧化物为活性组分并用氧化稀土进行改性的新型高效脱硫吸附剂。对吸附脱硫及脱硫剂再生工艺条件进行了优化,成功开发了固定床吸附、空气再生、循环脱硫新工艺,可以将催化裂化汽油硫含量从1000-1300ppm降至100ppm以下,同时汽油的辛烷值基本不降低,吸附剂单程寿命达200小时。该项目得到中国石化总公司的资助,项目总经费为155万元。申请发明专利两项并已公开。(2)利用相转移催化原理对选择性氧化有机硫而不氧化烯烃进行了研究。首次阐明了相转移催化脱硫的机理,自行研制了脱硫相转移催化剂,并在此基础上对反应条件包括催化剂种类及用量、反应温度、反应时间等进行了优化,已取得阶段性成果。该项目得到国家自然科学基金(编号20276015)以及国家基金委国际交流与合作项目(编号20310202103)、河北省自然科学基金(编号203364)的资助。

本研究方向有教授4人,博士5人。本方向近几年发表学术论文40余篇,SCI收录20余篇,并被国外期刊引用40余次。 

催化反应过程与工艺

本研究方向以固体催化剂的作用机理、反应动力学和催化反应工程理论研究为基础,开展环境友好催化剂和洁净化工过程的研究,主要研究领域如下:

1.绿色化工催化剂及其作用机理的研究

自上世纪70年代开始,本研究方向在国内率先开展了低铬和无铬环保型一氧化碳变换催化剂的研究,获得3项省部级科技进步奖。其中一种型号被原化工部命名为B117型变换催化剂,目前已占国内同类催化剂市场的40%。通过对变换催化剂的反应动力学研究,提出了比速率法,为判别反应机理和鉴别动力学模型提供了一个新方法。与日本北海道大学合作开展了钙钛石型复合氧化物催化性能研究和金属氧化物/沸石双功能催化剂上甲烷异裂化制取芳烃研究,发表的学术论文被SCI收录9篇,被国外刊物引用60余次。课题组正在开展以丙烷为原料制取环氧丙烷集成工艺的小试研究,对氢氧气氛中丙烯环氧化反应制环氧丙烷催化氧化体系进行系列研究。氧化体系之一是钯-钛硅分子筛双功能催化剂-甲醇溶剂,该项目得到了中国石化总公司的资助,获国家授权发明专利 氢氧气氛中丙烯环氧化制环氧丙烷催化剂及制备工艺ZL02100474.9);氧化体系之二是钯-沸石-卟啉锰胶束催化-水溶剂,该项目得到了河北省自然科学基金资助,与荷兰Eindhoven理工大学正在合作进行胶束催化反应研究。和华北制药集团公司合作开展的新型手性催化剂的研制用于抗血栓一类新药制备,突出了本专业药物及中间体制备的特色,也为本专业催化剂研究开辟了一个新的领域。该项目得到了国家经贸委的资助。

2.反应与分离耦合的研究

反应与分离的耦合使化学反应和分离同时进行、相互促进,达到提高效率、简化流程的目的。课题组对催化精馏过程中塔内传质及流体力学特性、催化剂装填方式和塔型设计等进行了系统的研究。本方向标志性研究成果之一是低温活化氯乙酸生产新工艺,该工艺巧妙地将新型催化剂研制与工艺特点相结合,采用反应与分离耦合的方法,使氯乙酸的收率达到了国际先进水平,累计取得1.7亿元/年的经济效益,1996年获得了国家科技进步三等奖。成果之二是催化精馏水解醋酸甲酯新工艺,该工艺使醋酸甲酯水解率由原来的23-25%提高到80%,由原来的五塔串联改为单塔操作,降低了能耗,减少了污染,已经先后被广西维尼纶集团等国内8家大中型国企采用,技术转让费达400余万元,为企业创造经济效益3亿多元/年,2004年获河北省科技进步一等奖。

本研究方向有教授3人,博士5人。本方向近几年在国内外重要学术期刊上发表论文50余篇,其中16篇被SCI收录。

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