中國化工學(xué)會會員風(fēng)采——曹宏斌

【弘揚科學(xué)家精神：優(yōu)秀科技工作者風(fēng)采錄】

【編者按】為弘揚科學(xué)家精神，中國化工學(xué)會在官方網(wǎng)站、微信公眾號上開設(shè)“會員風(fēng)采”欄目，以科普的形式，用通俗易懂的語言介紹會員及其研究領(lǐng)域，向公眾宣傳普及化工知識，展示化工在科技強國中所做的貢獻，同時展示化工領(lǐng)域優(yōu)秀科學(xué)家和科技工作者篤行不怠、科技報國、勇當(dāng)高水平科技自立自強排頭兵的卓越風(fēng)采和創(chuàng)新精神，以增強會員榮譽感，激發(fā)會員科技報國的使命感，形成推進高水平科技自立自強、建設(shè)科技強國的強大合力。敬請關(guān)注！

中國化工學(xué)會會員風(fēng)采：曹宏斌

個人簡歷

曹宏斌，中國科學(xué)院過程工程研究所研究員，博士生導(dǎo)師。中國工程院院士，中國化工學(xué)會會士，中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會會士，戰(zhàn)略金屬資源綠色循環(huán)利用國家工程中心副主任，中國科學(xué)院化學(xué)化工科學(xué)數(shù)據(jù)中心主任。杰青、國家相關(guān)人才計劃領(lǐng)軍人才。針對工業(yè)減污減碳需求，創(chuàng)新構(gòu)建了分子離子間次級鍵靶向調(diào)控強化分離回用為核心、全過程優(yōu)化的高效處理技術(shù)模式，在鋰電固廢循環(huán)、煤化工、有色、鋼鐵等行業(yè)150余座工程實現(xiàn)應(yīng)用，取得顯著的經(jīng)濟、環(huán)境和社會效益。相關(guān)研究成果在NC、JACS、ES&T、WR等期刊上發(fā)表SCI論文近400篇；編寫中英文專著20部；獲授權(quán)發(fā)明專利超170件。兼任《工業(yè)水處理》編委會副主任委員，《Water & Ecology》、《Green Chemical Engineering》、《Industrial Chemistry & Materials》、《中國環(huán)境科學(xué)》、《中國科學(xué)數(shù)據(jù)》等期刊編委。以第一完成人獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎1項、國家科技進步二等獎2項。還曾獲得國務(wù)院特殊津貼、何梁何利科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新獎、全國創(chuàng)新爭先獎狀、光華工程科技獎-青年獎和世界化工聯(lián)合會卓越研究獎（WCEC Research Excellence Award）。

研究領(lǐng)域介紹

曹宏斌一直從事重化工生產(chǎn)過程控污降碳技術(shù)與應(yīng)用研究。在新能源固廢循環(huán)、煤化工、冶金過程復(fù)合污染低成本、低碳、跨介質(zhì)協(xié)同控制研究上取得重要進展，為我國工業(yè)綠色發(fā)展和碳減排貢獻理論方法、技術(shù)裝備和工程案例。

1.基于離子形態(tài)靶向調(diào)控的重金屬復(fù)雜組分深度分離回收技術(shù)與裝備

重金屬往往具有毒性和關(guān)鍵資源的雙重屬性。他提出通過改變重金屬離子形態(tài)，調(diào)控其與分離材料的作用力，強化分離。

曹宏斌帶領(lǐng)團隊創(chuàng)建出指導(dǎo)復(fù)雜重金屬離子快速深度物化分離新技術(shù)研發(fā)的QSAR模型軟件，發(fā)明伯胺萃取分離釩鉻新技術(shù)與藥劑。建成離子形態(tài)數(shù)據(jù)庫，創(chuàng)建了“機理-數(shù)據(jù)”混合驅(qū)動的量化模型，開發(fā)出設(shè)計軟件，可快速預(yù)測出實現(xiàn)深度分離的最佳離子形態(tài)與分離材料活性分子結(jié)構(gòu)，指導(dǎo)研制出多種分離藥劑，研發(fā)周期大幅縮短。

針對冶金、有色材料生產(chǎn)過程中重金屬-氨絡(luò)合難分離的問題，創(chuàng)新提出反應(yīng)精餾耦合強化深度分離重金屬和氨的新思路，發(fā)明了藥劑強化熱解絡(luò)合-精餾深度分離母液中重金屬與氨的新工藝，開發(fā)出過程量化設(shè)計軟件；高通量抗垢塔設(shè)備。實現(xiàn)重金屬和氨全部回收利用，近零排放污染物。

針對釩鉻危廢處理的國際難題，創(chuàng)建了以“伯胺萃取分離釩鉻-熱解絡(luò)合精餾蒸氨-廢水處理與分質(zhì)循環(huán)”為核心的新工藝，突破能量梯級利用、深度除雜等技術(shù)難題，在遼寧輝宏建成世界首套萬噸級示范工程，將總資源利用率由不足30%提高至95%以上，廢水、廢渣近零排放。熱解絡(luò)合精餾技術(shù)應(yīng)用至稀土、鈷鎳、三元材料、鈾等行業(yè)。

上述成果獲2013年國家技術(shù)發(fā)明二等獎。

2.以煤化工為代表的高濃度復(fù)雜難降解有機廢液/水處理集成技術(shù)

以煤化工為代表的高濃度復(fù)雜難降解有機廢液/水缺乏有效處理技術(shù)，嚴(yán)重影響國家達(dá)標(biāo)限控重大行動。

針對傳統(tǒng)萃取熱力學(xué)模型不適合多種有機分子相平衡描述的現(xiàn)狀，創(chuàng)新提出基于官能團重構(gòu)的“虛擬分子”建模新方法，開發(fā)出萃取劑輔助設(shè)計軟件，指導(dǎo)煤熱解母液中協(xié)同萃取劑分子快速篩選，進一步突破油水界面張力調(diào)控、大型反應(yīng)器內(nèi)超均勻穩(wěn)定場控制等工程技術(shù)難題，研制出醇-酮-芳烴復(fù)合萃取劑，獲北京市新技術(shù)新產(chǎn)品認(rèn)定（XCP2018HB0086），已在多個工程中應(yīng)用。

針對生化尾水殘留低濃度有機物難氧化的問題，發(fā)明O3和?OH梯級氧化污染物的新工藝，制備出優(yōu)先釋放?OH且穩(wěn)定性好的復(fù)合活性炭催化劑，開發(fā)出催化臭氧氧化成套裝備。在鞍鋼建立行業(yè)首套煤化工廢水深度處理產(chǎn)業(yè)化工程，解決了尾水提標(biāo)排放的難題。入選 “三部委”《國家鼓勵發(fā)展的重大環(huán)保技術(shù)裝備目錄（2014年）》。

基于上述關(guān)鍵技術(shù)突破，建立以“選擇性萃取-強化生物降解-梯級催化臭氧氧化-多膜脫鹽”為核心的煤化工水污染全過程控制工藝流程，突破脫鹽膜污染防控、過程動態(tài)控制等技術(shù)難題，形成工藝包。成果應(yīng)用到鞍鋼、中泰等特大企業(yè)在內(nèi)的40項工程。入選“四部委”《節(jié)水治污水生態(tài)修復(fù)先進適用技術(shù)指導(dǎo)目錄（2015年）》、國家十二五科技創(chuàng)新成就展。

上述成果獲2018年國家科技進步二等獎。

3.全過程優(yōu)化的鋰電固廢低碳循環(huán)利用集成技術(shù)

鋰電固廢處理中關(guān)鍵金屬與毒性污染物共存，高效循環(huán)利用，對促進低碳社會建設(shè)、保障環(huán)境安全、緩解我國鋰鈷鎳等關(guān)鍵金屬緊缺意義重大。

針對廢鋰電池組元間弱相互作用、組元內(nèi)元素間強相互作用等特點，提出結(jié)合力差異化梯級調(diào)控強化關(guān)鍵金屬分離新思路，研制出多組元精準(zhǔn)解離-有機物可控?zé)峤獬商准夹g(shù)與裝備，開發(fā)出選擇性提取強化多金屬梯級提取分離的技術(shù)與設(shè)備，技術(shù)入選《國家先進污染防治技術(shù)目錄（2023）》。

針對生產(chǎn)過程的新型復(fù)雜高鹽廢水，設(shè)計制備新型雙親吸油樹脂ORZ材料與核心設(shè)備，回收利用99%以上有機物；研制出新型抗污染改性離子膜材料，抗污能力較傳統(tǒng)工藝提升2倍，攻克高鹽廢水雙極膜酸堿再生循環(huán)技術(shù)與成套設(shè)備。建成示范工程，實現(xiàn)萃取劑等介質(zhì)的循環(huán)利用與廢水近零排放，技術(shù)入選《國家鼓勵發(fā)展的重大環(huán)保技術(shù)裝備目錄（2023）》。

上述成果獲2023年國家科技進步二等獎。

事跡和故事分享

化工、鋼鐵、有色等流程制造業(yè)在國民經(jīng)濟中具有十分重要的地位。曹宏斌認(rèn)為這些行業(yè)實現(xiàn)綠色低碳發(fā)展的難點在于多目標(biāo)的同時實現(xiàn)。綠色發(fā)展要求企業(yè)降碳減污，但同時企業(yè)的生存需要盈利，這就要求二者兼顧，實現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)與末端處理的總成本最小化。

2006 年，一家來自遼寧葫蘆島的企業(yè)找到曹宏斌。企業(yè)堆積了大量的釩鉻渣，由于釩鉻深度分離及含重金屬氨氮廢水處理問題沒有得到解決，前期投入的數(shù)千萬元幾乎打了水漂。

“釩和鉻兩個元素的結(jié)構(gòu)性質(zhì)非常相近，深度分離起來是個難題?！笨吹狡髽I(yè)的難處之后，年輕的曹宏斌在張懿院士的支持和幫助下迎難而上，欣然接受了這個考驗。經(jīng)過5 年艱苦的基礎(chǔ)研究、技術(shù)研發(fā)和工程應(yīng)用，他帶領(lǐng)團隊成功建立了釩鉻渣高效利用新工藝和國內(nèi)外首座產(chǎn)業(yè)化工程，解決了釩鉻深度分離、重金屬和氨深度分離等難題，實現(xiàn)了污染物近零排放，總資源利用率提高30%以上。在幫助企業(yè)解決污染問題的同時提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益。這項成果獲得2013 年國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎。

在葫蘆島攻克釩鉻分離難題時，為了確保工程試驗順利進行，曹宏斌和團隊成員在工程現(xiàn)場24小時輪班。一旦現(xiàn)場出現(xiàn)問題，馬上解決。長時間處于高壓工作狀態(tài)，幾年下來，曹宏斌的頭發(fā)熬白了一半。“為了降低工程風(fēng)險，我們做了中試，前6 次全部失敗，直到第七次才試驗成功。”曹宏斌說，“雖然壓力很大，但是工程成功帶來的成就感更大。

從葫蘆島、鞍山到攀枝花、吐魯番、三門峽，再到天津、長沙……，即使在2020年11月，曹宏斌在足跟腱連接手術(shù)的恢復(fù)期時，就拄著拐杖踏上了示范工程的技術(shù)指導(dǎo)之路，大力推動了煤化工水污染全過程控制集成技術(shù)的示范工程進度。

曹宏斌會士的足跡遍及全國眾多省市的企業(yè)工程現(xiàn)場，真正做到了把論文寫在祖國的大地上。