资源与环境是目前世界各国经济与科技发展所需共同面对的基本问题。众所周知，绿色化工已被列为21世纪实现可持续发展的一项重要战略，是解决资源与能源短缺、缓解环境恶化的重要途径之一，是提高人类生存质量和保障国家绿色发展的核心基础科学与技术，将最大限度实现经济效益与绿色发展的统一。化工过程强化具有“更小、更快速、更安全、更持续、更廉价”的特点，是能显著减小设备体积，实现高效、节能、清洁、可持续发展的绿色化工新技术。最近，我们有幸采访了化工过程强化领域内专家—教育部长江学者雷志刚教授，为我们分享他的研究经历以及绿色化工领域内的一些关键科学问题。
GreenChE：雷教授，您是从什么时候开始接触化工过程强化这个领域的？能否与我们分享一下您的研究团队的最新科研成果？
雷志刚：我是在2000年加入北京化工大学，从那时起便开始接触化工过程强化这个领域。经过多年的探索和研究，我们提出了一些化工过程强化方面的新技术，例如，离子液体（ILs）的萃取蒸馏、低温气体分离、吸附吸收、运用结构化催化剂的特殊蒸馏等。在这些技术当中，有一部分技术已经可以在工业中应用。最近，我们团队正专注研究利用IL进行气体干燥、催化柴油（重质芳烃）抽提以及与之相适应的预测型分子热力学模型。
GreenChE：在您看来，目前化工过程强化所面临的挑战主要有哪些？
雷志刚：化工过程强化是化学工业未来的发展方向，对于传统化工产业转型升级和可持续发展具有重要意义。当前，化工过程强化在新理论、新技术和新设备方面缺乏重大突破；而且，即使在新技术和新设备方面取得了重大突破，在实际工业应用的时候也会受到成本的制约。例如，众所周知，利用离子液体进行气体捕集是一种绿色高效的工艺强化技术，但是由于离子液体价格相对较高和水热稳定性问题，在一定程度上阻碍了其工业化进程。
GreenChE：信息技术对化工过程的强化起着极其重要的作用。例如，分子模拟大大提高了预测热力学平衡和传递性质的水平；分子设计加速了高效分离剂的开发。据我们所知，您在化工过程模拟方面取得了诸多成就，那么请您谈谈化工过程模拟的优势有哪些？它又是如何促进绿色化工发展的？
雷志刚：化工过程模拟对于化工过程强化来说是必不可少的手段。通过过程模拟，我们可以确定能够节省多少能量，减少多少污染排放。此外，通过过程仿真，我们可以快速获得工程放大时所需的最佳设计和操作变量，节约了时间和成本。例如，在某些特殊条件下，使用ILs或其他溶剂作为吸收剂用于氯气（Cl2）脱水时，在实验室里研究是比较困难的，在这种情况下，我们就可以选用过程模拟来研究分离或反应性能。
GreenChE：高新技术的发展对传统化工生产技术的转化和升级提出了新的要求。化工行业也迎来了新的发展机遇，但仍有诸多问题亟待解决。请您介绍一下目前化学工业面临的问题还有哪些。
雷志刚：当前化学工业面临的问题主要是“三高”，即能耗高、资源消耗高和环境污染高。为了解决这些问题，我们要发展化工过程强化技术，通过技术创新，改进工艺流程，提高设备效率，使工厂布局更紧凑，单位能耗更低，三废更少。
GreenChE：未来经济和社会可持续发展要求传统化工必须向绿色化工方向发展。那么您认为传统化工和绿色化工之间的主要区别是什么？
雷志刚：简单来说，传统化工主要追求经济利益，并未高度重视工艺和产品对环境和生态的影响。但是对于绿色化工来说，不仅需要在产品生产过程中，从工艺源头上运用环保的理念，推行源消减、生产过程的优化集成、废物再利用与资源化利用，还需要生产出有利于环境保护、人类健康的绿色产品，这也与GreenChE所倡导的发展从源头消除污染的绿色技术是可持续发展的必然要求相一致。
GreenChE：在可持续发展的大趋势下，不具备“绿色”的化学工业是没有前途的，那么，您眼中的绿色化工的核心理念是什么？
雷志刚：绿色化工的核心理念是生产过程中的所有材料和能量的输入和输出在本质上都尽可能地无害，这可以通过“绿色度”进行定量评估。“绿色度”综合考虑了原子经济性、技术、环境因子和生态影响等因素，能够准确地描述绿色化学产品及过程。据我了解，GreenChE的主题涵盖范围也是比较综合全面的，不仅涵盖化工过程强化、清洁生产，还涉及绿色原料、绿色集成以及评估等。
GreenChE：近年来，绿色化工生产技术和设备，如超临界流体技术、分子设计技术和微化学工程等，极大地推动了化学技术向绿色化、环境友好的方向发展。您能具体谈谈这些技术的优势吗？
雷志刚：2003-2005年，我在日本Tohoku大学超临界流体技术研究中心工作时，研究了CO2-聚丙烯体系的溶解度、溶胀度和结晶度，这些数据用于塑料发泡过程中控制产品的导热系数、重量和冲击强度性能。用超临界CO2（SC CO2）进行聚合物加工是一种绿色技术，“绿色度”很高。这是因为在释放到环境中之前，CO2已被充分利用。其次，分子设计的目的通常是为特定的分离过程快速找到合适的分离剂，该分离剂必须在具有较高的分离因子的同时能耗和资源消耗要低。在这种情况下，预测型分子热力学模型是必不可少的。最后，工业上使用微反应器或微分离器可以实现化工过程连续化，提高反应与分离效果，减少排放，这正是我们前面所说的化工过程强化，它是绿色化工的一个重要分支。
GreenChE：作为一本新刊，GreenChE在发展过程中一定会遇到许多的困难和挑战，您对期刊的未来发展有什么好的建议。
雷志刚：建议GreenChE未来将重点刊登在新理论、新技术和新设备方面取得重大突破的文章，同时聚焦化学工程和绿色发展，以及将工程特色与绿色理念有机结合、协同发展。希望未来GreenChE可以成为传播科学知识、引领绿色前沿的世界一流期刊。
GreenChE：您在科研领域取得了许多出色的成果，对于年轻的科研学者们在科研方面，您有什么建议？
雷志刚：希望年轻的科研学者们在过程仿真、理论分析、实验以及系统集成方面多多努力，并且希望你们能够取得一些突破性的进展。这些都是当前科研领域的研究热点，并且一些重要的研究成果和有趣的发现正陆续被报道出来。另一方面，绿色化工属于工程科学，希望能够在工业应用中推广新的绿色化工技术。
雷志刚，教授，博士研究生导师；是教育部长江学者特聘教授、全国石油和化工教育教学名师、研究生优秀指导教师和“立德树人”德育导师，获教育部新世纪优秀人才支持计划、霍英东教育基金会高等院校青年教师基金、德国洪堡基金和日本JSPS特别研究员基金；兼任Separation & Purification Reviews、Green Energy & Environment、Chemical Papers等国际刊物编委；获得国家科学技术进步二等奖1项(排名第4)、中国石油和化学工业协会科技进步一等奖1项(排名第1)、教育部自然科学一等奖1项(排名第2)和二等奖1项(排名第2)、第五届侯德榜化工科技青年奖和第十二届侯德榜化工科技创新奖等多项奖励。在国际期刊上发表SCI论文170篇，获中国发明专利授权17件、出版中文专著3部、英文专著5部，主持本领域重要国际学术会议2次。主要研究方向为化工过程强化及其预测型分子热力学。
About GreenChE
Green Chemical Engineering（GreenChE）于2019年入选“中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊”，2020年9月正式创刊。GreenChE以绿色化工为学科基础，聚焦"绿色"，立足"工程" ，注重绿色化学、绿色化工及其交叉领域的前沿问题，紧紧围绕低碳化、清洁化和节能化的发展要求。目前是对读者和作者双向免费的开源期刊。
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