第3分会场:工业结晶与粒子过程

发布时间:2022年7月25日

组织单位:天津大学国家工业结晶工程技术研究中心、中国科学院过程工程研究所、 海南大学化学工程与技术学院、大连理工大学

分会主席:郝红勋、杨超、姜晓滨、潘勤鹤

学术秘书:黄欣,天津大学,022-27403200,x_huang@tju.edu.cn

会场简介:分会场聚焦医药、食品、精细化工品、新材料等领域的工业结晶基础理论、结晶过程模型与模拟、结晶工艺开发与放大、工业结晶过程强化与连续化等方向最新研究进展,旨在完善我国工业结晶领域整体理论基础,提升相关方向原始创新能力,促进产学研的合作创新,加速相关行业企业的转型升级。分论坛拟邀请高等院校、科研院所、企业研发部门等领域内知名专家学者,围绕分会场主题从理论、方法、技术、产品等方面分享研究成果与经验。

征文范围:(1)工业结晶基础理论;(2)晶体产品形态调控、多晶型预测、筛选与精准制备;(3)结晶工艺开发与放大;(4)工业结晶过程强化及连续化;(5)结晶过程计算流体力学及多相混合过程研究等。

学术委员会:王静康、郝红勋、尹秋响、杨超、韩永生、江燕斌、姜晓斌、宋兴福、陶绪堂、陆杰、蔡挺、王学重、王辛龙、张振杰、尹大川、王彦飞、陆明、陈建新、苏敏、张春桃

组织委员会:冯广波、潘勤鹤、刘钟馨、李嘉诚、贾春满、王林桂、熊德华、周丽娜、黄欣、王娜、王霆、周玲、孙臣

报告人

韩永生

中国科学院过程工程研究所

个人简介:2004年于清华大学获得材料科学与工程博士学位;2004年至2007年,日本名古屋工业大学作博士后;2007年至2011年,德国马普胶体与界面所作洪堡学者和博士后;2011年加入中科院过程所EMMS团队,2011年11月任研究员。长期开展材料表界面反应-传质调控与应用基础研究。发表文章100余篇,申请中外专利7项;任Advanced Powder Technology编辑,The European Physical Journal E枝晶专刊主编,《功能材料》和《Crystals》等国内外7个期刊编委等。主持了国家自然科学基金委、北京市怀柔科学城、科技部、中国科学院和中石化资助的项目和中德合作项目等。获得2019年度“亚洲杰出科研工作者和工程师奖”(日本化学工学会);以第一完成人获得2018年中国颗粒学会“自然科学”一等奖和2019年中国化工学会科学技术奖“基础研究成果奖”一等奖。

报告题目:结晶过程表界面动态结构调控与应用

报告简介:结晶生成过程是一个从原子到颗粒的多尺度动态过程,这一过程不但受热力学和动力学因素影响,也受到反应器内流动混合及热质传递的影响。特别是在生长表面前端,受反应和传递过程影响,形成了动态浓度场或温度场等,这种动态微环境和生长表面共同构成了材料表界面动态结构。传统结晶理论由于未深入研究表界面微结构与流场的相互作用,因此不能准确描述表界面动态结构的演化趋势,这限制了晶体定向合成理论和方法的发展,人们不得不采用试错的方式进行产品开发,导致了研发周期长和成本高等问题。因此,掌握晶体表界面动态结构的演化规律,建立晶体表界面介尺度模型,是物质科学研究由经验摸索升级为理论指导的关键,而解析表界面动态结构的控制机制和发展其调控手段是材料科学研究的难点。
报告人长期开展材料表界面动态结构调控与应用研究,针对材料生长过程调控难题,提出了界面浓度场是材料生长过程的关键控制机制,采用原位电镜验证了动态浓度场对材料结构的实时调控作用,发展了原位实验与计算模拟耦合的材料表界面动态结构的研究方法。采用反应速率和传质速率调控界面浓度场,发现了反应-传质对材料结构的普适性调控作用,建立了基于反应-传质调控的材料结构定向合成新方法。应用该方法,与中石化北京北化院燕山分院合作,可控规模化制备了不同形貌银纳米颗粒,开发了高选择性银催化剂;与中海油能源发展股份有限公司合作,通过反应-传质调控泡沫镍表面结构,研制了高效油水分离膜材料;与广西华纳新材料科技有限公司合作,通过调控界面浓度场,制备了不同长径比的棒状碳酸钙产品。

姜晓滨

大连理工大学

个人简介:姜晓滨,教授,博士生导师,国家级青年人才。现任大连理工大学化工学院化学工程系副主任,辽宁省石化行业高效节能分离技术工程实验室主任,《化工学报》编委。国家重点研发计划青年科学家项目负责人,基金委创新研究群体核心成员。主要从事膜结晶和化工过程耦合强化研究。在AIChE J, ACS Nano, Engineering, J Membr Sci, Chem Eng Sci等期刊上发表论文80篇,授权中、美、日发明专利共23项;研发膜结晶重大科研仪器1套,实施工业应用6项;入选国家级青年人才、辽宁省百千万人才(百层次)、“兴辽英才”青年拔尖;荣获国际杰出青年化学工程师奖、侯德榜化工科学技术青年奖等奖励;作为主要完成人获国家科技进步二等奖、国际发明展特别金奖等。

报告题目:高端晶体化学品的膜结晶制备与设计研究进展

报告摘要:结晶是物质结构有序构建和固相产品制备的重要过程,对化工、医药等产业的高端化、绿色化意义重大。
报告拟重点汇报利用膜材料微传质通道和高表面能界面,构建扩散性质可调的精准传质区,克服现有三维结晶器宏观调控的时空不均匀性,实现二维亚微米级调控;同时,协同膜表面的微尺度力场-过饱和度场,建立晶体成核和生长两个关键过程解耦、独立强化理论,指导相关专用膜材料和膜过程研发,实现了国家重大科研仪器开发和产业应用。

潘勤鹤

海南大学

个人简介:潘勤鹤,现任海南大学化学工程与技术学院教授,博士生导师,副院长。先后入选教育部新世纪优秀人才等多个人才称号/项目;现为中国化学会高级会员,担任海南省化学化工学会副理事长,中国化学会晶体学专业委员会委员,中国稀土学会第七届稀土晶体专业委员会委员,《Chinese Chemical Letter(中国化学快报)》编委,。长期从事先进功能多孔材料的合成策略与应用研究,近三年在 Chem. Eng. J., J. Hazard. Mater., J. Mater. Chem. C, Food Chem., Sens. Actuators B Chem., Chem. Commun., Inorg. Chem. Front., Inorg. Chem., Cryst. Growth Des.等国际权威学术期刊上发表高水平SCI论文50余篇。

报告题目:待定

郝红勋

天津大学,海南大学

个人简介:郝红勋,现为海南大学化工学院院长,天津大学教授,博士生导师,2003年博士毕业于天津大学,曾先后留学英国和爱尔兰,作为项目负责人先后主持包括国家重点研发计划项目、科技部国际合作项目、国家自然科学基金项目、天津市科技支撑计划重点项目等项目在内的各类国家、省部级和产学研项目60余项。担任欧洲工业结晶协会BIWIC、亚洲工业结晶协会ACTS等国际工业结晶组织国际学术委员会委员;作为主要研究人员,获得1项“国家科技进步奖二等奖”和1项“国家技术发明二等奖”,7项省部级科技一等奖。在国内外核心期刊发表SCI检索论文253篇。获授权中国发明专利47项,2项获得中国专利优秀奖。众多科研成果已经实现产业转化,为我国相关企业创造显著的经济和社会效益。

报告题目:面向高端晶体产品制造的工业结晶

报告摘要:现代科技的快速发展对晶体产品的纯度、结构、粒度等质量提出来越来越高的要求,但由于结晶过程是涉及多相、多组分过程的复杂过程,因此,目前结晶过程基础理论仍处于不断发展和完善中。进一步了解结晶过程中分子组装及成核和生长过程机理对于晶体产品设计以及结晶过程开发与放大至关重要。

洪若瑜

福州大学

个人简介:https://che.fzu.edu.cn/info/1108/5592.htm 

报告题目:One-step plasma preparation of nitrogen-doped graphene

报告摘要:Nitrogen-doped graphene-like materials may have applications in electrochemical devices such as fuel cells, supercapacitors, and batteries, as well as in nanoelectronics and sensors, so its synthesis methods have attracted great attention from the scientific community [1,2]. In this paper, nitrogen-doped graphene materials were prepared by a one-step method using plasma technology. The plasma device used is an alternating current rotating sliding arc, the carbon source is methane, and the nitrogen source is nitrogen, and the effects of oxidizing and reducing gases on the generated nitrogen-doped graphene materials are explored [3,4]. The synthesized materials were characterized by scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, X-ray photoelectron characterization, Raman spectroscopy and thermogravimetric analysis. It has been demonstrated that the atomic nitrogen content and morphologies of the flakes produced in nitrogen plasmas differ under different conditions [5]. Most of the produced carbon materials are graphene flakes, which belong to nitrogen-doped few-layer graphene and have better electrochemical properties than graphene.

罗峰

东华理工大学

个人简介:罗峰教授,博士生导师,核资源与环境国家重点实验室放射性元素化学方向带头人,江西省双千计划专家,江西省主要学术学科带头人。近年来在放射性元素化学方面取得了一系列原创性成果,在NC,JACS,ANGEW等期刊上发表SCI论文260余篇,他人正面引用6000余次,ESI高被引论文10余篇。担任Front in chem 无机化学方向副主编。

报告题目:铀/钍结晶化学与理化性能调控

报告摘要:铀/钍是核电的粮食,属于国家战略资源。铀/钍属于5f元素,具有放射性和独一无二的5f电子轨道,从而表现出多变的价态和独特的配位方式。因此研究铀/钍结晶化学与理化性能调控对于铀/钍提取、纯化、固化、废物处理等具有重要的理论和实际研究意义。结合当前的研究热点,本报告主要围绕铀/钍MOFs结晶化学与理化性能调控进行阐述。

王娜

天津大学

个人简介:王娜,博士,甬江引才创新团队成员。2020年获天津大学化学工程专业博士学位,师从郝红勋教授。主要从事工业结晶领域的基础理论研究、晶体产品形态设计与调控、共晶及共结晶技术的设计与开发、药物的分离与精制等,擅长分子模拟、晶型开发及过程分析技术在结晶过程中的应用。在AIChE J、IECR、CGD、CEC、Sci China Chem等期刊上已发表学术论文30多篇,申请发明专利5项;作为主要完成人,主持国家级项目1项,参与国家级项目2项;参与或主持产学研项目10余项。

报告题目:晶体结构与形态调控的成核过程分子演变机理

报告摘要:晶体成核是影响晶体产品设计和制备的关键过程,而溶液分子聚集体在晶体成核中扮演着重要角色,因而对晶体成核的机理进行研究以实现其精准调控至关重要。然而目前针对成核前分子聚集体的研究主要集中在蛋白质和无机物体系,很少有研究者对有机小分子的晶体成核过程中分子聚集体的结构演变进行专门、全面、系统的实验和理论研究。在上述背景下本文以两种有机小分子5-呋喃西林和对硝基苯甲酸为模型化合物,详细研究了构象多态性成核的分子机制以及溶液和晶体中分子构象之间的联系,并对其成核过程中分子聚集体的自组装过程进行了研究。通过量子化学计算、Raman分析、2D NOESY和分子动力学模拟,证明5-呋喃西林溶液含有多个构象异构体;并借助浓度依赖的NMR光谱结果,探讨了有机小分子的构象演化及去溶剂化路径。此外,采用散射技术、纳米颗粒跟踪仪和1H NMR图谱,观察到了对硝基苯甲酸溶液中存在纳米散射颗粒,而这些散射颗粒正是富溶质的成核前团簇,并通过冷却结晶实验,证实了团簇是晶体成核的关键位点。

王学重

北京石油化工学院

个人简介:报告人王学重2006年受聘英国利兹大学过程控制和信息学讲席教授,2012年入选国家特聘计划,2019全职获聘北京石油化工学院教授任职恩泽生物质精细化工北京市重点实验室。研究集中在制药(化学药、生物药和中药)、精细化工和纳米材料工程领域的新工艺新设备的研发、模拟、智能监测仪器和控制。发表论文200余篇英文专著一部(Data Mining and Knowledge Discovery for Process Monitoring and Control, Springer),成果在企业界得到了广泛应用。

报告题目:在线过程分析、控制和模拟-药物智能制造的必经之路

报告摘要:报告将结合未来药物智能生产制造的发展方向,介绍在线过程分析技术(PAT技术)和控制以及模拟在原料药生产和制剂中的研究和应用,包括药物结晶、造粒、研磨、和纳米药物等工艺过程。重点介绍在线显微镜技术、在线纳米粒度仪、红外和近红外、紫外以及拉曼和智能化学计量学建模方法,以及集成群体粒数衡算模型和计算流体力学等并应用于具体工业过程优化和控制的新成果。

尹大川

西北工业大学

个人简介:尹大川,博士,教授,博士生导师,西北工业大学生命学院教师。1969年7月出生,1987年考入西北工业大学,1991年获西北工业大学金属材料及热处理专业学士学位,1996年获西北工业大学工学博士学位(金属材料及热处理专业)。1997年至1998年任西北工业大学生命学院讲师,1998年晋升为副教授,2006年晋升为教授。入选“教育部新世纪优秀人才”、“教育部优秀青年教师”、“陕西省科技创新团队”等人才项目。现任国际生物大分子结晶组织(IOBCr)执委(Executive Member)及理事(Council Member),中国晶体学会常务理事等职。“生物医学工程”与“材料科学与工程”学科博士生导师,“生物学”学科与“生物与医药”领域硕士研究生导师,主要从事基于蛋白质结晶相关的研究,包括蛋白质结晶过程机理、蛋白质结晶功能化应用等研究。主持国家自然科学基金、军队后勤重点等项目,发表第一作者或通讯作者学术论文100余篇,授权发明专利30余项。

 

报告题目:如何长出一颗完全悬浮的蛋白质单晶

报告摘要:本报告将讲述如何实现完全悬浮蛋白质单晶体的形核与生长,并将对实现路径的机制进行探讨。

朱亮

天津科技大学

个人简介:朱亮,工学博士,副教授,硕士研究生导师,江苏省“双创”博士后,加拿大西安大略大学访问学者。2009年毕业于天津大学化学工程专业,同年进入天津科技大学工作,主要从事多晶型调控、连续结晶过程开发、结晶系统模拟及设计、含盐废水资源化利用等方面的研究工作。主持或作为骨干人员参与完成国家自然科学基金、天津市自然科学基金、教育部博士点基金、校企横向科研等方面的项目四十余项。发表SCI论文二十余篇,授权发明专利十余项。

报告题目:连续结晶在精细化工领域的基本应用

报告摘要:相比于间歇结晶而言,连续结晶具有生产效率高、占地面积小、自动化程度高、结晶产品质量稳定等优点。随着人工与土地成本不断攀升,部分生产企业为了降低运行成本、提高设备产能,考虑使用连续化结晶设备代替间歇结晶设备。但由于间歇与连续结晶在设备结构与工艺操作方案等方面存在较大的差异,如何在保证结晶产品质量的前提下,顺利实现间歇结晶系统连续化改造成为企业技术人员关心的热点问题。本报告主要对连续结晶工艺开发与设备设计过程中所涉及的关键问题进行分析,并结合相关案例进行说明。

张佳楠

郑州大学

个人简介:张佳楠,郑州大学材料科学与工程学院教授,博导,教育部青年长江学者。分别于2005年和2010年获得吉林大学学士学位和博士学位 (导师:于吉红院士),2008年至2009年在美国橡树岭国家实验室访问(合作导师:戴胜教授)。2019年在日本国立综合产业技术研究所(AIST)访问学习(周豪慎教授)。目前主要从事燃料电池和金属空气电池等能源转换与存储装置中的电催化剂的设计、构筑、应用以及相关电催化过程研究。近年来,先后在Nat. Commun.、Adv. Mater.、Energy Environ. Sci.、Adv Funct. Mater.、ACS Catal.等期刊上发表高水平论文63篇,ESI高被引论文6篇、热点文章4篇,他引超过5000次,其中最高单篇他引270次;授权国家发明专利9项;主持国家自然科学基金项目4项,其中面上基金2项,青年基金、地区联合基金各1项。2021年获河南省科学技术奖-自然科学奖二等奖(排名第1),2020年获河南省教育厅科技成果一等奖(排名第1)。目前担任《高等学校化学学报Chem. J. Chinese. U.》、《中国化学快报Chin. Chem. Lett.》、《InfoMat》等期刊青年编委/客座编辑,河南省化学学会理事和郑州市先进能源催化功能材料制备技术重点实验室主任。(http://www.polymer.cn/ss/jiananzhang/index.html)

报告题目:碳基复合能源电催化剂的设计与构筑

报告摘要:自1964年 Jasinski 等人第一次发现大环化合物酞菁类过渡金属能够催化氧还原反应(ORR)以来,各种非贵金属催化剂(NPMCs)包括过渡金属氮化物和碳化物、金属氧化物、过渡金属掺杂的导电高分子和过渡金属-杂原子-碳(TM-H-C)体系等催化材料被相继报道。其中,TM-H-C体系材料(TM = Fe、Co、Mn等过渡金属;H=N,P,S等杂原子;C为碳材料)被认为是目前最有发展前景能源电催化剂,但其真正的电化学催化机理仍有争议。报告人将利用表面化学和几何结构限域等手段,在过渡金属-杂原子-碳(TM-H-C)体系催化剂框架下,建立碳限域结构的多尺度构筑方法,研究限域结构对原子级、原子簇级、粒子级等不同层次催化活性位电子结构的制约机制,提出能级结构、空穴结构、电子自旋态等电子结构[1,2]的调制策略,成功实现了过渡金属-杂原子-碳(TM-H-C)体系催化剂在强酸、强碱、高温等苛刻条件下的催化体系(燃料电池[3]、电解水、氮还原、钠离子电池中SEI膜催化形成等)中具有高活性、高稳定性和高性价比的“三高”型能源催化剂。基于这一概念,着重提出铁基活性中心的电子自旋结构调控机制,为高效低成本非贵金属催化剂在能源催化、热催化等其他相关领域应用拓宽新的设计思路。参考文献

 

[1] Yang, GG; Mu SC; Zhang, JN* et. al, Nat. Commun. 2021, 12: 1734.

 

[2] Wang, YJ; Zhang, JN* et. al, Adv. Sci. 2021, 2102915.

 

[3] Yin, HB; Zhang, JN* et. al, ACS Catal. 2021, 11, 12754.

 

 

周丽娜

 

天津大学化工学院

 

个人简介:博士毕业于天津大学化学工程专业,现任天津大学化工学院国家工业结晶技术研究中心高级工程师,长期从事药物晶型研究及晶体结构表征等,作为负责人承担国家自然科学基金项目一项,帮助企业完成晶型定性定量分析项目十余项,作为主要参与人累计参加国家自然科学基金项目十余项,作为一作或通讯作者累计发表相关SCI论文十余篇,并为多个期刊审稿人。

 

报告题目:有机小分子晶体缺陷形成机理研究

 

报告摘要:晶体缺陷研究是晶体学研究领域的重要分支,晶体内部缺陷会影响产品的化学纯度以及晶体性能,但迄今关于有机小分子晶体缺陷形成机理的研究尚不明确。本课题选择过氧化二异丙苯作为模型物质,通过对晶体缺陷形成过程中关键因素的研究,探讨了其在晶体生长过程中晶体缺陷形成的机理。借助光学显微镜对获得产品的晶体形貌和晶体缺陷种类进行了监测,发现在不同溶剂中获得的三种晶习产品均存在着不同程度的晶体缺陷。通过光学显微镜和显微拉曼光谱确定了缺陷是包含结晶母液的包裹体,发现较低的温度和过饱和度有利于减少晶体生长过程中缺陷的形成。在经过脱气处理后的溶剂中,晶体的生长速率急剧下降并且晶体内部的液体夹杂物明显减少,在气体鼓泡实验中发现用氮气、空气、氧气和二氧化碳处理过的甲醇溶剂中制得的晶体中夹杂物数量依次递增。通过热台显微镜研究了过氧化二异丙苯晶体内部的宏观夹杂物随温度的变化情况。通过晶习模拟确定了过氧化二异丙苯各个晶面的晶面指数,发现晶体缺陷主要存在于{(-1 0 2)}和{(-1 -1 1)}面上;通过AE模型计算了各晶面的改进附着能和相对生长速率,研究了过氧化二异丙苯晶体各晶面的分子排列状态以及晶面-溶剂间的相互作用,通过Adsorption Locator模块模拟了气体在晶体表面的吸附过程。发现{(-1 0 2)}和{(-1 -1 1)}面缺陷的形成与其较高的粗糙度和较快的生长速度有关,溶液中溶解的气体在晶面的特异性吸附行为在这个过程也会产生一定的影响。