面向镁资源高值利用的超分子结构功能材料工程基础研究

镁主要以化合物的形式广泛存在于固体矿物、海洋和盐湖中，是地球上少数几种取之不尽、用之不竭的"永恒"资源。我国镁资源总量约占全球储量的1/3，但目前以镁资源为基础的新型、高附加值产品很少，优势资源掠夺性流失，知识产权受制于人，资源效益很低。同时，大量闲置和废弃的海洋及盐湖镁资源得不到应有的利用，严重污染环境并对资源的进一步平衡开采造成严重影响。本项目基于对镁资源高值利用以及对超分子结构选择性红外吸收材料、无卤高抑烟阻燃剂、PVC热稳定剂的良好研究基础，以镁资源为主要原料，开展镁基超分子结构紫外阻隔材料和超分子结构光热稳定型颜料等的结构创新。通过基础、应用基础和工程化基础研究，突破系列关键制备技术，获得镁基超分子结构紫外阻隔材料和超分子结构光热稳定型颜料的可控制备科学规律，奠定在相关领域应用的基础。通过项目研究，为镁资源高值利用开辟新的途径。

我国镁资源总量约占全球储量的1/3，是世界上当之无愧的镁资源大国，但存在镁资源利用率及深加工率低、下游产品附加值低、且优势资源流失严重等问题。基于课题组在以层状复合金属氢氧化物为代表的镁基超分子结构功能材料方面良好的研究基础，本项目以镁资源高值利用为目标，针对镁基超分子结构功能材料开展了系统的基础、应用基础和工程化研究，突破了系列关键制备技术，获得了系列镁基超分子结构功能材料的可控制备规律，奠定了在相关领域应用的基础，已超额完成预期研究计划。通过项目研究，获得了如下成果：1.对镁基超分子结构功能材料组成和结构设计进行了深入研究，创制了系列新型镁基超分子插层结构光热稳定型颜料、选择性红外吸收材料、抗热氧老化材料、电化学功能薄膜、气体阻隔材料、缓释药物等功能材料，进一步丰富了材料的类型和品种以及数据库。2.构筑了多级返混结构旋转液膜反应器，采用该旋转液膜反应器对MgAl-CO3-LDHs的可控制备开展研究，分析其对沉淀反应的影响机理，并通过数学模拟手段对沉淀反应体系的流场、组分浓度、产物粒径和粒径分布进行解释，实现了镁基超分子结构功能材料制备导向的过程精准控制。基于新型旋转液膜反应器建设1套1000 t/a镁基超分子结构功能材料工程化研究平台，较全面地考察了新一代制备技术的先进性。3.以功能为导向，继续拓展LDHs本身所具有的功能并开展性能与组成和结构的关联的应用研究，且开展了以LDHs为前驱体的衍生功能材料的制备及应用性能研究工作，特别是在道路沥青防紫外光老化材料、固体碱催化材料、高分散负载型金属催化剂、高毒工业废水处理吸附材料等方面的研究取得了重大进展，为镁资源高值利用拓宽了渠道。项目执行期间，在Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Funct. Mater.、Chem. Commun.、 J. Catal.、AIChE J、Ind. Eng. Chem. Res.等国际学术刊物发表研究论文82篇；授权国际发明专利2件，授权国家发明专利32件，构筑了较为完整的自主知识产权体系；制定行业标准5项；获中国石油化工协会技术发明一等奖1项；培养国家杰出青年基金获得者1人、优秀青年基金获得者1人、教育部新世纪优秀人才2人；培养博士后2名，博士研究生7名、硕士研究生25名。