邵磊超重力下的物理和化學(xué)世界

邵磊 北京化工大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，教育部超重力工程研究中心副主任，北京化工大學(xué)納米材料先進(jìn)制備技術(shù)與應(yīng)用科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室成員。主要研究方向?yàn)槌亓夹g(shù)，濕化學(xué)法制備納米顆粒材料和納米藥物，水處理工程。2003年入選北京市“科技新星計(jì)劃”，2007年入選教育部“新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃”。

什么是超重力，超重力環(huán)境下會(huì)發(fā)生什么樣奇妙的化學(xué)反應(yīng)?對(duì)于我們這些遠(yuǎn)離科研的人來(lái)說(shuō)，那就是另外一個(gè)世界的事情，奇妙而又難以理解。而對(duì)于邵磊來(lái)說(shuō)，那就是他每天的工作中心，為之努力并自豪。

記者:什么是超重力?

邵磊:這個(gè)聽起來(lái)很難理解，其實(shí)簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，我們地球因?yàn)橛幸?，所以是一個(gè)重力環(huán)境，存在一個(gè)重力加速度，其值為9.8m/s2。超重力指的是在比地球重力加速度大得多的環(huán)境下，物質(zhì)所受到的力。地球上的超重力環(huán)境一般是通過(guò)旋轉(zhuǎn)所形成的離心力來(lái)模擬實(shí)現(xiàn)的，這樣特殊設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)設(shè)備被稱為超重力機(jī)，也被稱為旋轉(zhuǎn)填充床。

記者:創(chuàng)造一個(gè)超重力環(huán)境的目的是什么呢?

邵磊:在超重力環(huán)境下，不同大小分子間的分子擴(kuò)散和相間傳質(zhì)過(guò)程均比常規(guī)重力場(chǎng)下的要快得多，氣-液、液-液兩相在比地球重力場(chǎng)大數(shù)百倍至千倍的超重力環(huán)境下的多孔介質(zhì)或孔道中產(chǎn)生流動(dòng)接觸，巨大的剪切力將液體撕裂成微米至納米級(jí)的膜、絲和滴，產(chǎn)生巨大和快速更新的相界面，使相間傳質(zhì)速率比傳統(tǒng)的塔器中的提高1～3個(gè)數(shù)量級(jí)，微觀混合和傳質(zhì)過(guò)程得到極大強(qiáng)化。同時(shí)，在超重力條件下，氣體的線速度也得到大幅度提高，這使設(shè)備單位體積的生產(chǎn)效率提高1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。利用超重力環(huán)境高度強(qiáng)化傳質(zhì)過(guò)程和微觀混合過(guò)程的特性，我們可以將往往高達(dá)幾十米的化工塔設(shè)備用高不及兩米的超重力機(jī)進(jìn)行替代，可以達(dá)到顯著降低投資、提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)能降耗等效果。

記者:在您的研究中，超重力都應(yīng)用在哪些方面?

邵磊:超重力技術(shù)是一種高效的過(guò)程強(qiáng)化技術(shù)，在化工、材料、藥物和環(huán)境領(lǐng)域均具有廣闊的應(yīng)用前景，已有的工業(yè)化應(yīng)用的實(shí)例表明，這項(xiàng)技術(shù)具有迥異于傳統(tǒng)技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

記者:這些研究都取得了什么樣的成果?

邵磊:我們長(zhǎng)期致力于超重力技術(shù)的開發(fā)，取得了一系列工業(yè)化應(yīng)用成果。我們率先將超重力技術(shù)應(yīng)用于勝利油田埕島二號(hào)平臺(tái)的注水脫氧，縮短了工藝，并顯著降低了投資和操作費(fèi)用，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了超重力技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用;隨后，協(xié)助美國(guó)陶氏化學(xué)公司將超重力技術(shù)應(yīng)用于次氯酸的反應(yīng)分離過(guò)程，將高30多米、直徑6米的反應(yīng)塔用高3米、直徑3米的超重力機(jī)進(jìn)行了成功替代，次氯酸的產(chǎn)率提高10%以上，并節(jié)省投資70%，節(jié)省操作費(fèi)用30%，為一化工過(guò)程強(qiáng)化技術(shù)實(shí)例典范;同時(shí)，我們將超重力技術(shù)拓展至反應(yīng)領(lǐng)域，提出了超重力反應(yīng)沉淀法制備納米顆粒的思想，解決了大規(guī)模工業(yè)化制備納米顆粒材料的瓶頸問(wèn)題，先后建立了千噸級(jí)和萬(wàn)噸級(jí)超重力法制備納米碳酸鈣的工業(yè)生產(chǎn)線，產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的行業(yè)影響性。

記者:這些成果目前在國(guó)際同領(lǐng)域處于什么樣的地位?

邵磊:我們?cè)诔亓夹g(shù)的基礎(chǔ)研究、超重力技術(shù)的新工藝開發(fā)和超重力反應(yīng)器設(shè)計(jì)方面均具有良好的積累，在超重力反應(yīng)技術(shù)、超重力法制備納米顆粒，以及超重力工程化技術(shù)方面在世界范圍內(nèi)居于執(zhí)牛耳的地位，可以不夸張地說(shuō)，目前世界上超重力技術(shù)的研發(fā)中心在我們這里。