科技日报记者 金凤

如何用棉籽油、蓖麻油等非粮生物质制造氨纶、尼龙等高端纺织面料，让它们拥有丝绸一样的手感、棉一样的吸水性，是南京工业大学副校长郭凯教授，最近正带领团队攻关的科研难题。

“这几天，我们正和几家化工园区的中试基地谈合作，希望能尽快进行小规模工业化生产，为未来的产业化打基础。”12月8日，郭凯接受记者采访时说。

自2010年以来，郭凯和团队围绕绿色化工研究方向，重点开展微流场技术研究和生物基材料新产品开发。通过校企合作，团队助力多家企业每年生产生物基材料的产能达到40余万吨，生产多个精细化学品的产能达到千吨、万吨级，为化工产业绿色化转型升级探索了新路径。

近日，何梁何利基金2024年度颁奖大会召开，郭凯荣获何梁何利基金科学与技术创新奖。

“科技报国使命重大，我将继续寻找真问题、解决真问题，把国家所需、行业所期、人民所盼牢记在心，不断推动科技成果在绿色化工领域的应用。”郭凯说。

致力于做“顶天立地”研究，解决产业难题

走进南工大生物与制药工程学院实验室，一张一平方米大小的桌子上，竖立着一个小型反应器。反应器上，插着6块巴掌大小的模组和多条软管，将液体物质通过软管输送到模组中，再设置好温度、压力等参数，就可以让物质发生化学反应了。

“这个小型的‘桌面工厂’就是微流场反应器。”郭凯介绍，微流场技术是将大型化工装置微型化，从而提高化工生产过程的本质安全性和绿色化程度。

“相较传统的化工技术，我们开发的微流场技术通过微尺度效应，可以将化工反应过程传质传热效率及反应速率提升100到1000倍，将两三层楼高的反应釜缩小到茶水柜大小，以‘桌面工厂’的模式实现传统大型化工生产过程，让反应由十几小时缩短到数十秒钟，降低能耗40%以上。”郭凯说。

凭借微流场技术，郭凯和团队获得2017年度国家技术发明二等奖。而郭凯与微流场技术的“相遇”，与中国工程院院士、南京工业大学教授欧阳平凯密不可分。

郭凯2008年博士毕业后，入职英国一家公司，从事药物开发研究。“当时在企业工作有点像对着方子抓药，还是想回高校做创新性研究。”迷茫中的郭凯遇到了欧阳平凯院士，并做出了影响他一生的决定。

“欧阳院士认为，科研人员应该做‘顶天立地’的科研，一方面要满足国家需求，另一方面要能解决产业问题。”郭凯回忆，受欧阳平凯感召，2010年，他选择到南京工业大学任教，跟随欧阳平凯开展研究，致力于解决国内化工生产中的产业难题。

搭建“桌面工厂”，以微流场技术助力国产增塑剂提质增效

对于科研人员来说，科研选题的选取至关重要。那时的郭凯将目光聚焦到柠檬酸酯类增塑剂的改良。

“传统的邻苯二甲酸酯增塑剂毒性较大，严重制约了下游塑料、粘合剂、油墨等制品的健康安全性。而无毒增塑剂中的主要品种柠檬酸酯类产品由于技术原因，国内产品的纯度、色泽等核心质量指标都比国外同类产品差，严重限制了相关产业的战略安全。”郭凯在广泛了解柠檬酸酯类增塑剂的行业现状后，联合国内生产厂家江苏雷蒙新材料有限公司一起开展科研攻关。

“想提高纯度，就要优化原材料的转化率，提高催化效果。而要做到透明无色，就要进行温度控制。”说起那时的攻关经历，郭凯有些云淡风轻。但2010年考取郭凯硕士研究生的佘鹏伟，记得当年导师的勤勉。

“化工试验一旦开始就不能中断，否则会影响数据的精准性。郭老师跟我们一起待在实验室做试验，经常做到凌晨三四点钟。”佘鹏伟说。

经过五六年的持续攻关，郭凯带领团队革新了传统釜式生产模式，突破了柠檬酸酯类生物基无毒增塑剂生产中多项关键核心技术瓶颈后，他们联袂企业研制的高品质乙酰柠檬酸三丁酯占据国内90%以上高端市场，实现生物基增塑剂及衍生产品8万吨/年产能，为生物质资源高值利用提供绿色方案。

开发生物基材料，为化工产业“调绿”底色

以生物基增塑剂为切入点，郭凯团队同时也深耕生物基材料领域，广泛开展生物基聚氨酯、聚酯、尼龙、氨纶等材料新产品开发，并积极推进相关新材料的产业转化。

2011年起，郭凯带领团队以棉籽油、蓖麻油等非食用性植物油替代石油，研制生物基聚氨酯新材料。聚氨酯是一类量大面广的功能性材料，广泛应用于基建、家电、汽车、医护等领域。然而，传统聚氨酯材料对石化资源依赖度高，产品的绿色环保性较差。

在纷繁复杂的探索中，郭凯坦言，很多次都想要放弃。最让他抓狂的是，在研究初期，已经调试好的聚氨酯配方，由于使用大量植物油，一到冬天就凝固。“后来，我们历时一年，融合化学、化工、生物、材料、机械、计算机领域的知识，对配方进行上百次调整，终于将产品的凝固点从零摄氏度附近降低为零下10摄氏度。”郭凯介绍，试验过程中，团队加强与企业的交流，做出原型产品后就交给企业评价，随后吸纳企业的意见再改进设计。

念念不忘，必有回响。经过近十年的攻关，郭凯团队发明了5种新型生物基多元醇单体料并完成了5万吨/年的产业转化，在此基础上开发了生物基防腐涂料、软泡等5种高性能生物基聚氨酯新材料，实现了材料新产品在铁路隧道建设、工程防腐、绿色建筑、电子元器件灌封、家居医护等领域的应用突破。凭借这些成果，郭凯团队获得2023年度江苏省科学技术奖一等奖。

“未来，我们希望能开发出更多高端生物基材料，助推化工产业转型升级，为解决环境污染和资源短缺等问题提供科学解决方案，在绿色化工领域为实现高水平科技自立自强多作贡献。”郭凯说。

（受访者供图）

责任编辑：陈可轩

2024年12月9日《中国科技网》：https://www.stdaily.com/web/gdxw/2024-12/09/content_270731.html