大自然的秘方激发了更安全、更绿色的氟化工生产的突破性进展

研究人员开发出了一种更安全、更环保的氟化合物生产方法，无需使用有害的氟化氢气体。这项新技术受到生物矿化过程的启发，可能会彻底改变氟化学工业，并促使一家名为 FluoRok 的公司成立，以实现该技术的商业化。

新开发的氟化合物生成方法背后的球磨过程艺术图解。资料来源：Calum Patel

牛津大学的化学家们首次在不使用危险的氟化氢气体的情况下生成了对许多行业至关重要的氟化合物。这种创新方法的灵感来自于形成我们牙齿和骨骼的生物矿化过程。相关成果发表在权威杂志《科学》上。

一个化学家小组开发出了一种全新的方法，可以绕过危险产品氟化氢（HF）气体，生成极其重要的氟化合物。该研究成果于 7 月 20 日发表在《科学》杂志上，可对改善日益增长的全球工业的安全性和碳足迹产生巨大影响。

氟化学品是一类具有广泛重要用途的化学品，包括聚合物、农用化学品、药品以及智能手机和电动汽车中的锂离子电池，2018 年的全球市场规模达 214 亿美元。目前，所有氟化合物都是通过高能耗工艺从有毒和腐蚀性气体氟化氢（HF）中生成的。尽管制定了严格的安全法规，但在过去几十年中，氟化氢泄漏事故仍屡屡发生，有时还会造成致命事故和有害环境影响。

为了开发一种更安全的方法，牛津大学的化学家团队与牛津大学衍生公司 FluoRok、伦敦大学学院和科罗拉多州立大学的同事一起，从形成牙齿和骨骼的自然生物矿化过程中汲取灵感。通常，氟化氢本身是在苛刻的条件下通过一种名为萤石（CaF2）的结晶矿物与硫酸反应生成的，然后再用于制造氟化合物。在新方法中，氟化合物直接由 CaF2 制成，完全绕过了氟化氢的生产过程：这是化学家几十年来一直在追求的成就。

研究人员利用 X 射线衍射等高精密技术，揭开了有关 Fluoromix 组成和氟化物质结构的关键信息。图中显示了作为氟化试剂的 Fluoromix 晶体成分的结构。资料来源：迈克尔-海沃德教授

在这种新方法中，固态 CaF2 由生物矿化启发过程激活，该过程模仿了磷酸钙矿物质在牙齿和骨骼中的生物形成方式。研究小组将 CaF2 与粉末状磷酸二氢钾盐在球磨机中研磨数小时，使用的机械化学过程是从我们用杵和臼研磨香料的传统方法演变而来的。

由此产生的粉末状产品被称为 Fluoromix，可直接从 CaF2 合成 50 多种不同的氟化合物，产率高达 98%。所开发的方法有可能简化当前的供应链并降低能源需求，有助于实现未来的可持续发展目标，并降低该行业的碳足迹。

令人兴奋的是，所开发的固态工艺对于酸级萤石（> 97%，CaF2）和合成试剂级 CaF2 同样有效。该工艺代表了全球氟化工产品生产模式的转变，并促成了 FluoRok 公司的成立，该公司是一家分拆公司，致力于该技术的商业化以及安全、可持续和高成本效益氟化技术的开发。研究人员希望这项研究能鼓励世界各地的科学家为具有挑战性的化学问题提供颠覆性的解决方案，从而为社会带来益处。

牛津大学化学系的卡勒姆-帕特尔（Calum Patel）是这项研究的主要作者之一，他介绍说："用磷酸盐对 CaF2 进行机械化学活化是一项令人兴奋的发明，因为这一看似简单的过程是解决复杂问题的高效方法。合作是回答这些问题的关键，也是推进我们对这一尚未探索的氟化学新领域的理解的关键。应对重大挑战的成功解决方案来自于多学科方法和专业知识，我认为这项工作真正体现了这一点的重要性。"

这项研究的构思和领导者、牛津大学化学系的 Véronique Gouverneur FRS 教授说：

"直接使用 CaF2 进行氟化是这一领域的终极目标，几十年来人们一直在寻求解决这一问题的方法。如今，向可持续的化学品制造方法过渡，减少或消除对环境的有害影响，已成为一个高度优先的目标，可以通过雄心勃勃的计划和对当前制造工艺的全面反思来加快实现这一目标。这项研究是朝着这个方向迈出的重要一步，因为在牛津大学开发的方法有可能在学术界和工业界的任何地方实施，通过缩短供应链等方式最大限度地减少碳排放，并在全球供应链脆弱的情况下提高可靠性。"

突破国产化！巨化集团领衔的高端氟材料制造技术荣获国家科技进步大奖，助力化工行业翻新页

近日，浙江巨圣氟化学有限公司主导的关于高端氟材料制造的重大科技项目，"基于数字化建模的高端氟材料先进制造技术研发与应用"，荣获中国石油和化学工业联合会科学技术奖科技进步一等奖。这标志着公司在高端氟材料的数字化制造方面取得了显著成就。

科技创新推动产业进步

该项目运用先进的数字化建模技术，在氟材料生产过程中取得了系列创新成果。这些成果包括氟单体的新型溶液、水系共聚合动力学机理模型，以及放热-传热模型的构建，显著提高了产品质量和生产效率。

推动产业链高端化发展

巨化集团作为氟化工产业的佼佼者，积极推动产业链的延伸、强化和补充。通过技术创新和智能制造，巨化集团不仅获得了国家级的荣誉认证，而且也进入了国务院国资委的示范企业名单，展示出该领域的引领地位。

解决行业痛点

在巨化集团董事长周黎旸的领导下，公司围绕氟聚合物生产中存在的技术难题进行了深入研究。通过11年的技术攻关，他们在特种单体设计、多元多相聚合控制技术以及自动化后处理装备等方面取得了突破，有效提升了高端产品的比例和稳定性。

打造自主知识产权的核心技术

这项科技成果成功研发了多种高品质的特种单体和高端氟材料，其中部分产品填补了国内空白，形成了一套完整的自主知识产权体系，并达到了行业先进水平。

提升综合竞争力

巨化集团生产的新型含氟聚合物材料不仅广泛应用于国家重大工程，还有效替代了进口材料，推动了相关产业规模的扩大。同时，公司已经建立起从氟原料到氟聚合物的高端制造产业链，显著提升了行业的竞争力和国际话语权，对化工行业的转型升级和高质量发展起到了示范作用。

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