中國化工學會會員風采——曹宏斌

【弘揚科學家精神：優秀科技工作者風采錄】

【編者按】為弘揚科學家精神，中國化工學會在官方網站、微信公眾號上開設“會員風采”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，同時展示化工領域優秀科學家和科技工作者篤行不怠、科技報國、勇當高水平科技自立自強排頭兵的卓越風采和創新精神，以增強會員榮譽感，激發會員科技報國的使命感，形成推進高水平科技自立自強、建設科技強國的強大合力。敬請關注！

中國化工學會會員風采：曹宏斌

個人簡歷

曹宏斌，中國科學院過程工程研究所研究員，博士生導師。中國工程院院士，中國化工學會會士，中國環境科學學會會士，戰略金屬資源綠色循環利用國家工程中心副主任，中國科學院化學化工科學數據中心主任。杰青、國家相關人才計劃領軍人才。針對工業減污減碳需求，創新構建了分子離子間次級鍵靶向調控強化分離回用為核心、全過程優化的高效處理技術模式，在鋰電固廢循環、煤化工、有色、鋼鐵等行業150余座工程實現應用，取得顯著的經濟、環境和社會效益。相關研究成果在NC、JACS、ES&T、WR等期刊上發表SCI論文近400篇；編寫中英文專著20部；獲授權發明專利超170件。兼任《工業水處理》編委會副主任委員，《Water & Ecology》、《Green Chemical Engineering》、《Industrial Chemistry & Materials》、《中國環境科學》、《中國科學數據》等期刊編委。以第一完成人獲國家技術發明二等獎1項、國家科技進步二等獎2項。還曾獲得國務院特殊津貼、何梁何利科學與技術創新獎、全國創新爭先獎狀、光華工程科技獎-青年獎和世界化工聯合會卓越研究獎（WCEC Research Excellence Award）。

研究領域介紹

曹宏斌一直從事重化工生產過程控污降碳技術與應用研究。在新能源固廢循環、煤化工、冶金過程復合污染低成本、低碳、跨介質協同控制研究上取得重要進展，為我國工業綠色發展和碳減排貢獻理論方法、技術裝備和工程案例。

1.基于離子形態靶向調控的重金屬復雜組分深度分離回收技術與裝備

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

曹宏斌帶領團隊創建出指導復雜重金屬離子快速深度物化分離新技術研發的QSAR模型軟件，發明伯胺萃取分離釩鉻新技術與藥劑。建成離子形態數據庫，創建了“機理-數據”混合驅動的量化模型，開發出設計軟件，可快速預測出實現深度分離的最佳離子形態與分離材料活性分子結構，指導研制出多種分離藥劑，研發周期大幅縮短。

針對冶金、有色材料生產過程中重金屬-氨絡合難分離的問題，創新提出反應精餾耦合強化深度分離重金屬和氨的新思路，發明了藥劑強化熱解絡合-精餾深度分離母液中重金屬與氨的新工藝，開發出過程量化設計軟件；高通量抗垢塔設備。實現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，創建了以“伯胺萃取分離釩鉻-熱解絡合精餾蒸氨-廢水處理與分質循環”為核心的新工藝，突破能量梯級利用、深度除雜等技術難題，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。熱解絡合精餾技術應用至稀土、鈷鎳、三元材料、鈾等行業。

上述成果獲2013年國家技術發明二等獎。

2.以煤化工為代表的高濃度復雜難降解有機廢液/水處理集成技術

以煤化工為代表的高濃度復雜難降解有機廢液/水缺乏有效處理技術，嚴重影響國家達標限控重大行動。

針對傳統萃取熱力學模型不適合多種有機分子相平衡描述的現狀，創新提出基于官能團重構的“虛擬分子”建模新方法，開發出萃取劑輔助設計軟件，指導煤熱解母液中協同萃取劑分子快速篩選，進一步突破油水界面張力調控、大型反應器內超均勻穩定場控制等工程技術難題，研制出醇-酮-芳烴復合萃取劑，獲北京市新技術新產品認定（XCP2018HB0086），已在多個工程中應用。

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

基于上述關鍵技術突破，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、過程動態控制等技術難題，形成工藝包。成果應用到鞍鋼、中泰等特大企業在內的40項工程。入選“四部委”《節水治污水生態修復先進適用技術指導目錄（2015年）》、國家十二五科技創新成就展。

上述成果獲2018年國家科技進步二等獎。

3.全過程優化的鋰電固廢低碳循環利用集成技術

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

針對廢鋰電池組元間弱相互作用、組元內元素間強相互作用等特點，提出結合力差異化梯級調控強化關鍵金屬分離新思路，研制出多組元精準解離-有機物可控熱解成套技術與裝備，開發出選擇性提取強化多金屬梯級提取分離的技術與設備，技術入選《國家先進污染防治技術目錄（2023）》。

針對生產過程的新型復雜高鹽廢水，設計制備新型雙親吸油樹脂ORZ材料與核心設備，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，抗污能力較傳統工藝提升2倍，攻克高鹽廢水雙極膜酸堿再生循環技術與成套設備。建成示范工程，實現萃取劑等介質的循環利用與廢水近零排放，技術入選《國家鼓勵發展的重大環保技術裝備目錄（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、有色等流程制造業在國民經濟中具有十分重要的地位。曹宏斌認為這些行業實現綠色低碳發展的難點在于多目標的同時實現。綠色發展要求企業降碳減污，但同時企業的生存需要盈利，這就要求二者兼顧，實現產品生產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找到曹宏斌。企業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，前期投入的數千萬元幾乎打了水漂。

“釩和鉻兩個元素的結構性質非常相近，深度分離起來是個難題?！笨吹狡髽I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。經過5 年艱苦的基礎研究、技術研發和工程應用，他帶領團隊成功建立了釩鉻渣高效利用新工藝和國內外首座產業化工程，解決了釩鉻深度分離、重金屬和氨深度分離等難題，實現了污染物近零排放，總資源利用率提高30%以上。在幫助企業解決污染問題的同時提高了企業的經濟效益。這項成果獲得2013 年國家技術發明獎二等獎。

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場24小時輪班。一旦現場出現問題，馬上解決。長時間處于高壓工作狀態，幾年下來，曹宏斌的頭發熬白了一半。“為了降低工程風險，我們做了中試，前6 次全部失敗，直到第七次才試驗成功?！辈芎瓯笳f，“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的恢復期時，就拄著拐杖踏上了示范工程的技術指導之路，大力推動了煤化工水污染全過程控制集成技術的示范工程進度。

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