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颗粒学未来的发展趋势

来源:点击:1780发布时间:2015-07-13

进入21世纪,颗粒学在信息、生物、新材料等领域的涉足和渗透,使其在新的科学氛围和新的技术平台上与材料科学、化学工程、现代物理学、生物学、医学等学科出现了广泛的交融。未来颗粒学的发展趋势将在以下几个方面有所体现:

1、颗粒学的发展将是在多学科跨学科研究的基础上,以技术综合与集成为标志,以多学科的渗透为特点,向组建新技术平台的方向拓展。强化基础研究将始终是颗粒学学科发展的根本,新理论与观点、新进展与成果、新方法与工艺、新产品与性能、新技术与装备将成为发展颗粒学的强大动力。

2、颗粒学的加工处理技术将会不断地变化和升级,颗粒加工将会趋于更加微细化、更具有活性、更能发挥微粉特有的性能是颗粒学及其应用技术的一个发展方向,近年来“超微颗粒”的研究开发就是沿着这个方向进行的。

3、颗粒功能化与复合化的发展,为颗粒学的应用开辟了新天地,通过对颗粒的表面改性或包覆,赋予颗粒在形态学方面的改善和在物理、化学、力学等物性上的改善,达到了对颗粒物性的控制,提高了颗粒的复合协同效应,为提升颗粒复合物质的特殊功能提供了可能。颗粒学的这种发展趋势反过来又使人们以多尺度思想认识物质的结构,在可操控的颗粒尺度从微米发展到纳米之后,研究的方向正在向分子量级逼近,宏观世界和微观世界的界限逐渐模糊。

4、颗粒学将在纳米材料的研究和应用上发挥更大的作用:①发展绿色能源技术需求的纳米颗粒材料,满足节能、低碳、减排领域的需求,重点发展高效捕获、储存和转化CO2的纳米颗粒材料;②发展痕量探测和治理有机污染物和重金属纳米颗粒材料;③发展满足高效廉价海水淡化技术需求的纳米颗粒材料;④发展用于快速诊断疑难病症和靶向治疗的纳米颗粒材料;⑤以国家安全为导向,发展具有高选择性、高灵敏度满足防毒、防暴传感器需求的纳米颗粒。

5、流态化技术在经历了半个世纪的蓬勃发展后发生了新的变化。从基础研究角度,更倾向于向微观层次发展,以及在研究中开发更为先进的无干扰流场测试仪器,建立跨尺度反应流动的流体力学模型,实现大规模数值模拟技术,进而揭示真实反应器内的复杂多相流行为。从颗粒体系角度,鉴于超微细颗粒以及纳米颗粒的尺度效应,大力发展超细颗粒以及纳米颗粒的流态化技术和理论基础是对传统流态化领域的一个重要拓展,其特殊的物理、化学行为也会给流态化带来新的学科重点。在工业应用领域,与国际的发展不同,石油炼制及相关工艺对新兴的流态化技术需求依然强劲,导致一批新的流化床反应器技术获得了工业的推广和应用。尤其针对重油、劣质油为原料的催化裂化过程,并满足清洁油品的生产需求。通过流化床反应器组合技术及新型流化床催化剂和操作工艺,实现炼化一体化过程。同时,由于石油能源危机的影响,流态化应用的重心逐步转向以煤和生物质为原料的热解、气化、燃烧等等能源化工过程。另外,重视流态化技术在一些高耗能行业的技术创新重视,以最低的能耗和最小的环境污染提取有用的矿物资源是中国迫切需要解决的问题,典型的如钛资源、硅资源的利用问题。发展先进的流化床技术,如对一些强放热过程、有爆炸危险的过程等,利用流化床优秀的传热和传质性能,替代现有的传统固定床工艺,实现高效率、安全、大型化生产。

6、气溶胶研究作为一个既有重要理论需求,又有紧迫实际应用需求的学科,伴随全球变暖的广泛重视,气溶胶及其对区域与全球气候的影响将成为突出的研究热点。新的观测手段,如无人飞机、多通道的地球观测卫星、高精度的实时气溶胶质谱仪等会得到开发与应用,黑碳、有机碳等气溶胶粒子在地球环境不同子系统中循环过程与机制研究也日趋重要,气溶胶对空气质量、大气灰霾、能见度降低等环境问题的贡献,以及气溶胶对人体健康影响研究将得到更为广泛的重视。我国独特的气溶胶环境将给全球科学家提供最佳实验场地和广阔的研究舞台,这将有利于国内学者在新一轮的研究中尽快追赶国际前沿研究、做出国际领先水平的科研成果。

面对能源日渐枯竭、资源不断减少、环境严重污染,地球能否持续发展的紧迫局面,对于颗粒学及其应用技术来说,既是严峻的挑战,又是发展的机遇。作为一个交叉学科颗粒学向上承接着多种基础科学,向下链接着国民经济的多个领域,同时又渗透在各新兴的、交叉的行业中,其未来的发展,将会是开展为经济可持续发展提供物质保障,为加强资源的有效合理开发提供无害化使用、再生、循环利用的技术,为学科的自身发展进行科学的积淀。

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