工業(yè)氣體作為工業(yè)的“血液”，在化工行業(yè)發(fā)揮著不可替代的作用。電子特氣作為其細分領(lǐng)域，更是被譽為工業(yè)氣體領(lǐng)域的“皇冠上的明珠”。近年來，我國工業(yè)氣體產(chǎn)業(yè)駛?cè)肓税l(fā)展“快車道”，在資源、技術(shù)、裝備、產(chǎn)品等各個方面取得了顯著進步，自給率不斷提升。在取得成就的同時，該產(chǎn)業(yè)也出現(xiàn)了一些發(fā)展瓶頸。正如近日中國工程院院士、浙江大學(xué)衢州研究院院長任其龍指出的，工業(yè)氣體制造在能耗和品質(zhì)等方面的局限性日益突出，開發(fā)清潔高效的氣體合成與分離新技術(shù)迫在眉睫。

構(gòu)建零排放乙炔產(chǎn)業(yè)鏈

　　乙炔是我國重要的化工原料，年需求量達900萬噸，不僅是“有機化工之母”，還可應(yīng)用于芯片制造等前沿領(lǐng)域。但“傳統(tǒng)乙炔生產(chǎn)采用電石工藝，不僅消耗大量優(yōu)質(zhì)石灰石和蘭炭資源，生產(chǎn)1噸乙炔還會產(chǎn)生16.7噸二氧化碳，資源消耗大且產(chǎn)生廢渣。”

　　為此，任其龍研究團隊于今年4月研發(fā)出利用等離子體制乙炔技術(shù)。該技術(shù)以風電、光伏等綠電為引領(lǐng)，以等離子體非常規(guī)反應(yīng)介質(zhì)為核心，將整個乙炔生產(chǎn)流程綠色再造，實現(xiàn)煤、天然氣一步轉(zhuǎn)化制乙炔氣體，且副產(chǎn)物都可二次利用。該技術(shù)成功解決了傳統(tǒng)電石工藝高資源消耗、高碳排放等問題，為乙炔、半導(dǎo)體等產(chǎn)業(yè)鏈的迭代升級提供了革命性的技術(shù)路線，也為構(gòu)建零排放綠色乙炔產(chǎn)業(yè)鏈奠定了基礎(chǔ)。

　　據(jù)悉，該技術(shù)已通過兆瓦級中試和十兆瓦級工業(yè)示范裝置的運行驗證，單套裝置可年產(chǎn)5000噸乙炔。任其龍算了一筆綠色生態(tài)賬，未來如果將電石工藝全部替換為等離子體制乙炔技術(shù)，全國每年至少可減排1.4億噸二氧化碳，相當于我國二氧化碳年排放量的1%。

研發(fā)含氟特氣制造新技術(shù)

　　含氟特種氣體在集成電路晶圓制造各環(huán)節(jié)扮演關(guān)鍵角色，但目前國內(nèi)企業(yè)沿襲國外既有的技術(shù)路線，無法形成后發(fā)競爭優(yōu)勢，研發(fā)自主可控且綠色高效的含氟特氣制造新技術(shù)迫在眉睫。

　　基于分子辨識分離原理，任其龍研究團隊開發(fā)了含氟特氣凈化專用吸附劑，構(gòu)筑了有序的亞納米超微孔道結(jié)構(gòu)，能夠?qū)Ｒ恍缘夭东@含氟特氣中的微量雜質(zhì)，產(chǎn)品純度可達6N，處理能力較現(xiàn)有吸附劑提升2倍，能耗比傳統(tǒng)精餾技術(shù)下降80%。

　　面對含氟廢棄物處理問題，任其龍團隊采用等離子體技術(shù)裂解工業(yè)副產(chǎn)三氟甲烷，成功地將含氟廢棄物轉(zhuǎn)化為高轉(zhuǎn)化、高收率、高附加值的以四氟甲烷、六氟乙烷為主要產(chǎn)物的產(chǎn)品。

　　“該反應(yīng)能耗降低90%，氣相產(chǎn)物收率可達90%，產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率達90%—99.5%，并且無需使用氟氣，綠色、安全、高效。”任其龍說。

吸附分離技術(shù)讓氣體更高純

　　高純氣體在現(xiàn)代工業(yè)中需求量巨大，無論是電子工業(yè)中的高純氮氣、航天中的高純惰性氣體，還是醫(yī)療領(lǐng)域的高純氧氣、新能源的高純氫氣，“高純”字眼的出現(xiàn)都意味著對分離技術(shù)提出了更高的要求。

　　“隨著芯片集成密度的增加，先進制程對氣體純度和雜質(zhì)的要求更高，工藝的復(fù)雜和難度也隨之提升。”任其龍指出。

　　對于形狀相似、尺寸相當、性質(zhì)相近的氣體，吸附是有效的分離手段。以超高純含氟電子特氣純化為例，任其龍團隊設(shè)計制備了具有臨界孔徑和靜電勢互補特征的辨識材料，強化對痕量雜質(zhì)辨識能力，實現(xiàn)極性相近含氟氣體的篩分分離，解決了含氟電子特氣痕量雜質(zhì)超深度脫除難題。

　　此外，任其龍團隊還開發(fā)了變溫吸附分離工藝及裝備，產(chǎn)品純度從4N提升至6N，每立方米吸附劑可獲得8噸以上高純產(chǎn)品，單程回收率高達95%，處理能力遠高于傳統(tǒng)吸附劑，目前在巨化集團已應(yīng)用，與原精餾工藝相比，生產(chǎn)能力提升4倍，能耗降低80%以上。

　　在任其龍看來，電子特氣行業(yè)前景廣闊，但國內(nèi)電子氣體行業(yè)還需在技術(shù)層面加以突破。在材料方面，氣體終端凈化器的核心材料，如凈化用的催化劑、吸附劑等仍有改進空間;在設(shè)備方面，與高純氣體接觸的各種器材必須滿足潔凈的標準，否則釋放出來的微量雜質(zhì)將污染電子氣體;在檢測技術(shù)上，我國需在超痕微量雜質(zhì)、高精度分析檢測技術(shù)以及專用儀器方面繼續(xù)攻關(guān);此外，電子特氣生產(chǎn)用的容器、管道、閥門等也亟待自主研究開發(fā)。