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王瑞在中試現(xiàn)場(chǎng)。受訪者供圖

2025年1月1日，當(dāng)千家萬(wàn)戶沉浸在元旦佳節(jié)的溫馨中時(shí)，在大連市松木島中試基地的廠房里，十余名科研人員卻圍坐在三層樓高的工業(yè)裝置旁。他們手里端著熱騰騰的餃子，耳邊響著窗外寒風(fēng)的呼嘯聲。

在這處尚未配備供暖設(shè)備的臨時(shí)廠房里，此起彼伏的討論聲中，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所（以下簡(jiǎn)稱大連化物所）副研究員王瑞臉上露出了一絲擔(dān)憂。作為這套中試裝置技術(shù)負(fù)責(zé)人，他看著自己哈出的白氣在寒風(fēng)中瞬間消散，卻渾然不覺(jué)周身寒意——此刻他全部的注意力都聚焦在設(shè)備上，因?yàn)橐坏┰O(shè)備遭遇冷凍，就會(huì)影響實(shí)驗(yàn)進(jìn)度。

經(jīng)過(guò)團(tuán)隊(duì)的不懈努力，僅僅一個(gè)月后，國(guó)內(nèi)首套一步法聚乙醇酸千噸級(jí)中試裝置就在這里建成。

從實(shí)驗(yàn)室玻璃器皿到千噸級(jí)反應(yīng)釜，這條路他們走了一年；而從王瑞初識(shí)聚乙醇酸到“駕馭”其分子密碼，這段征程已跨越五載春秋?！啊牧先恕慕K極使命，就是讓材成料、料成器、器有用?！蓖跞鹫f(shuō)。

解決過(guò)剩產(chǎn)能的“秘籍”

聚乙醇酸是一種神奇的生物可降解高分子材料，具有良好的生物相容性、氣體阻隔性及海水可降解性。與傳統(tǒng)性能穩(wěn)定的高分子材料，如塑料、橡膠等不同，聚乙醇酸在使用了一定時(shí)間后可逐漸降解，最終變成對(duì)人體、動(dòng)植物和自然環(huán)境無(wú)害的水和二氧化碳，是當(dāng)前少有的可降解工程塑料，常被用于醫(yī)療、食品、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。

“以我國(guó)煤化工產(chǎn)業(yè)為例，煤制乙二醇存在一定的產(chǎn)能過(guò)剩問(wèn)題，而聚乙醇酸正是其下游衍生的高分子材料?！蓖跞鸾榻B道，“如果能將這部分‘過(guò)剩’產(chǎn)能轉(zhuǎn)化為可降解且實(shí)用性強(qiáng)的聚乙醇酸，或許能成為當(dāng)前產(chǎn)業(yè)困境的突破口?！?/p>

2020年，王瑞就注意到我國(guó)煤化工產(chǎn)業(yè)亟待突破的關(guān)鍵領(lǐng)域——低成本制備聚乙醇酸技術(shù)領(lǐng)域。彼時(shí)團(tuán)隊(duì)正深耕于高分子材料的應(yīng)用研究，對(duì)聚乙醇酸的制作方法十分了解。

“目前國(guó)內(nèi)合成聚乙醇酸的主流工藝是兩步法：先將乙醇酸單體脫水縮合生成中間體乙交酯，再通過(guò)乙交酯開(kāi)環(huán)聚合最終得到聚乙醇酸?！蓖跞鸾忉尩?，“但這種工藝步驟煩瑣、能耗高，表面上看是兩個(gè)步驟，實(shí)際上需要五個(gè)工藝單元，這導(dǎo)致了生產(chǎn)成本居高不下，難以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。如果能將兩步反應(yīng)整合為一步直接聚合，就能大幅簡(jiǎn)化流程、降低成本，為產(chǎn)業(yè)化鋪平道路?！?/p>

有了這個(gè)想法后，王瑞立馬著手給流程“減負(fù)”。他首先想到的是用原料直接制備高分子量聚乙醇酸，省去中間體乙交酯的合成與提純環(huán)節(jié)。這其中最重要的就是催化劑的反應(yīng)工藝。

“基于團(tuán)隊(duì)在高分子材料領(lǐng)域的技術(shù)積淀，我們?cè)谘芯恐邪l(fā)現(xiàn)鈦類催化劑可與現(xiàn)有工藝裝備實(shí)現(xiàn)深度耦合，通過(guò)催化反應(yīng)路徑能直接合成目標(biāo)產(chǎn)物聚乙醇酸，并順利完成實(shí)驗(yàn)室級(jí)小試驗(yàn)證?！蓖跞鸹貞浀?，“我們團(tuán)隊(duì)一直以來(lái)都十分注重工業(yè)化應(yīng)用，在取得階段性成果后，就立刻按照‘小試-中試-工業(yè)示范’的技術(shù)路徑逐級(jí)放大。”

短短一年的“轉(zhuǎn)變”

組建起工業(yè)化團(tuán)隊(duì)后，王瑞帶領(lǐng)大家自2024年年初就駐扎到距離大連市區(qū)約80公里的長(zhǎng)興島孵化工廠，開(kāi)展進(jìn)一步放大試驗(yàn)。而在工業(yè)化過(guò)程中，他們馬上遇到“管道栓塞”這一難題。

“聚乙醇酸的特點(diǎn)是非常容易結(jié)晶，在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)堵塞設(shè)備的管道。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室階段就發(fā)現(xiàn)了這個(gè)問(wèn)題，常規(guī)處理方式是采取機(jī)械疏通等應(yīng)急措施。然而當(dāng)工藝向工業(yè)化生產(chǎn)體系擴(kuò)展時(shí)，我們才意識(shí)到這看似是一件‘小事’，實(shí)際上卻會(huì)導(dǎo)致整條產(chǎn)線停擺，最終成為制約規(guī)?；a(chǎn)的重大工藝隱患?！?/p>

王瑞當(dāng)即決定解決問(wèn)題，而“破解之法”恰巧在于聚乙醇酸“規(guī)整”的結(jié)構(gòu)。“我們從聚合物結(jié)構(gòu)出發(fā)，通過(guò)加入助劑破壞聚乙醇酸內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，使其分子排列得不再規(guī)整，導(dǎo)致材料的穩(wěn)定性變差。這樣既保持了聚乙醇酸整體的材料性能，又能避免其過(guò)度整齊引發(fā)的結(jié)晶。”

無(wú)論是2024年春節(jié)假期還是尋常周末，從實(shí)驗(yàn)室級(jí)別的5升微型反應(yīng)釜，逐步升級(jí)至20升、50升中型設(shè)備……團(tuán)隊(duì)累計(jì)完成上百輪工藝驗(yàn)證試驗(yàn)，并通過(guò)持續(xù)優(yōu)化反應(yīng)參數(shù)、改進(jìn)設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最終成功突破千噸級(jí)中試技術(shù)瓶頸。

隨后，團(tuán)隊(duì)與設(shè)計(jì)院協(xié)同攻關(guān)，在松木島中試基地完成工業(yè)化放大裝置的建設(shè)，短短一年時(shí)間就完成了一步法制聚乙醇酸千噸級(jí)中試。

“我們以煤基草酸二甲酯這種過(guò)剩產(chǎn)能為原料，合成出聚乙醇酸這類綠色可降解的材料，成功實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈向高值化延伸?！蓖跞鹫f(shuō)。

“每一次探索都是一個(gè)新的收獲”

這雖然不是王瑞讓實(shí)驗(yàn)室技術(shù)成功走進(jìn)工廠的第一次經(jīng)歷，但于他而言十分特殊?！斑@套裝置是我做過(guò)最困難的一套，因?yàn)榇饲皣?guó)內(nèi)沒(méi)有相關(guān)產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn)，所以我們只能摸著石頭過(guò)河，一點(diǎn)點(diǎn)找到竅門，最終只花了一年時(shí)間就成功轉(zhuǎn)化，我還是很激動(dòng)的?！?/p>

工業(yè)化過(guò)程中，也充滿著大量看上去重復(fù)、枯燥的實(shí)驗(yàn)，但是王瑞樂(lè)在其中?！八⒉皇呛?jiǎn)單的重復(fù)，每一次實(shí)驗(yàn)結(jié)果都是有區(qū)別的，哪怕有一些過(guò)程失敗了，但是對(duì)于工業(yè)化來(lái)說(shuō)都是很好的積累。對(duì)于比較新的領(lǐng)域，每一次探索都是一個(gè)新的收獲?！?/p>

在高分子材料領(lǐng)域深耕產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化，王瑞始終記得自己的導(dǎo)師、大連化物所研究員周光遠(yuǎn)的一句話——“做科學(xué)研究，每一分錢都要對(duì)得起納稅人”。在自己成為課題組負(fù)責(zé)人后，王瑞也承擔(dān)起相關(guān)戰(zhàn)略分析布局的責(zé)任。在他看來(lái)，一個(gè)以應(yīng)用轉(zhuǎn)化為核心的研究組，不能完全天馬行空地想象，重點(diǎn)要放在推動(dòng)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的技術(shù)研究上，但是對(duì)于新型材料、符合國(guó)家長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展方向的研究也要給予重視，這樣團(tuán)隊(duì)才能長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

而面對(duì)人工智能的浪潮，王瑞正在積極探索新方向。他希望未來(lái)在高分子材料領(lǐng)域貼上自己的“標(biāo)簽”：“對(duì)于材料領(lǐng)域來(lái)講，最終要走向應(yīng)用，我們需要積極應(yīng)對(duì)時(shí)代變革，多站在企業(yè)的角度考慮問(wèn)題?！?/p>

在王瑞課題組里，學(xué)生都親切地喊他“瑞哥”。他說(shuō)：“我希望大家的氛圍輕松一點(diǎn)，做實(shí)驗(yàn)開(kāi)開(kāi)心心的，一起把項(xiàng)目做好?！?/p>

現(xiàn)在，王瑞還在積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，希望使“一步法制聚乙醇酸技術(shù)”真正落地。聚乙醇酸是一種不僅能在堆肥條件下降解，還能在海水環(huán)境中完全分解的高分子材料，其優(yōu)異的環(huán)保特性可以推進(jìn)其在日常生活中的大規(guī)模應(yīng)用?！拔磥?lái)能替代目前生活中常用的塑料體系。”王瑞說(shuō)。

（原載于《中國(guó)科學(xué)報(bào)》?2025-06-09?第4版?轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化）