宇极定义第五代ODS替代品:零ODP、低GWP、不降解产生毒性TFA

2024-04-15 17:25

4月12日,由中国氟硅有机材料工业协会主办的“2024年氟化工新材料协同发展论坛”在厦门举办。泉州宇极新材料科技有限公司董事长贾晓卿博士受邀作主题报告,首次对宇极定义的“第五代消耗臭氧层物质(Ozone-Depleting Substances,简称ODS)替代品”进行详细说明,指出了第四代ODS替代品—HFOs有降解产生有毒TFA的缺陷,明确提出第五代ODS替代品应具备“零ODP、低GWP、不降解产生TFA”的环保属性。“我们必须站在环境保护、可持续发展的角度,重新审视第四代HFOs替代品,通过开发出更具环保性能的ODS替代品,为全球可持续发展做贡献。”贾晓卿博士表示。

不久前,宇极自主研发的第五代ODS替代品率先在泉州实现产业化,产能达百吨级规模。这一成果不仅是真正的环境友好型氟化物,具有“零ODP、低GWP、降解不产生TFA”的环保特性,可应用于制冷剂、发泡剂、清洗剂等ODS替代品的各领域,同时也建立了全球ODS替代品研发领域率先由中国人开发并实现工业化生产这一里程碑,打破了几十年来发达国家在含氟ODS替代品领域创新的垄断地位,为ODS替代品领域开辟新的发展路径,提升我国在这一领域的话语权和自主发展能力,为我国履行国际公约、实现国际减排郑重承诺和“双碳”发展目标贡献宇极力量。

 

贾晓卿博士在“2024年氟化工新材料协同发展论坛”作主题报告

第四代HFOs存缺陷:降解产生毒性TFA(TrifluoroaceticAcid,三氟乙酸)

20世纪二、三十年代以后,科学家合成的一种叫”氯氟烃”(CFCs)的物质被广泛使用,用作制冷剂、发泡剂、清洗剂等用途,在给人类带来便利的同时,也成为了破坏大气臭氧层的幕后黑手。臭氧层的臭氧浓度减少,使得太阳对地球表面的紫外辐射量增加,可导致人类皮肤癌,白内障等疾病患者增加,并造成一些生物品种(如海洋浮游生物)的灭绝。

1987年,国际社会签署了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》,正式将CFCs等“消耗臭氧层物质”列为淘汰物质,并规定了相应的淘汰期限。从此,全球进入了CFCs替代及新型环保制冷剂的开发进程。
在CFCs替代过程中,科学家们陆续开发出第二代ODS替代品氢氯氟烃(Hydrochlorofluorocarbons,HCFCs),第三代ODS替代品氢氟烃(Hydrofluorocarbons,HFCs)。它们拥有更低的臭氧消耗潜势(Ozone Depletion Potential,简称ODP)和全球变暖潜能值(Global warming potential,简称GWP)。但HFCs虽然不含氯,对臭氧层没有破坏作用,却是一种超级温室气体,在大气中寿命长达数十年甚至数百年。

随着全球变暖产生的不利影响与日俱增,1997年,《联合国气候变化框架公约的京都议定书》将HFCs列入六种温室气体之一;2016年,《基加利修正案》正式通过,决定在蒙特利尔框架下实现HFCs的削减。从此,科学界又进入了新一代的开发阶段,人们希望第四代ODS替代品具有“零ODP值、低GWP值”的特点。

2010年代以后,第四代ODS替代品氢氟烯烃类化合物HFOs(Hydrofluoroolefins,HFOs)开始逐步被开发并逐步商业化。但经研究发现,HFOs虽然具有“零ODP值、低GWP值”的优点,它们降解时会产生有毒的三氟乙酸。TFA不仅对环境和人体健康有一定的危害,也会对水生生物造成毒性。根据联合国环境规划署(UNEP)的技术评估报告,HFO-1234yf、HFO-1234ze(E)、HFO-1336mzz(E/Z)和HCFO-1233zd(E)分别产生100%、2-30%、4-60%和2-30%的TFA降解产物。

ODS替代品的未来何去何从,又走到了一个新的路口。

 

贾晓卿博士在“2024年氟化工新材料协同发展论坛”作主题报告

 

宇极筛选数万个候选物分子

 

为了解决HFOs的TFA国际难题,多年来,泉州宇极的技术团队设计了一系列具有成为新一代替代品可能性的分子结构,经过对数万个候选物分子的计算评测,对这些化合物的急性毒性、临界温度、可燃性、稳定性、大气降解性(不产生TFA)等性能经过一系列筛选,得到目前为数不多、性能优异的候选物。研究者避开选择传统HFOs结构中含有“CF3CF=”碳碳双键基团的化合物,而是以叁键、杂原子、环烯烃等结构的不饱和化合物为重点研究对象。
功夫不负有心人,研究人员最终获得系列化合物。这类化合物既有良好的稳定性,又具有优异的应用性能和环保性能,GWP值与目前商业化应用的HFOs产品相当,降解时又不产生TFA。
目前,第五代ODS替代品的代表性产品已经在福建泉州宇极新材料科技有限公司落地生花,实现了工业化生产,产能达百吨级规模。这一成果是在“晋江模式”的土壤中,“科技与资本”相结合的又一典范。
泉州宇极是一家长期专注于环境友好型含氟新材料开发及产业化的公司,2021年正式进驻泉州,核心技术团队有近30余年的技术沉淀,在新一代氯氟烃替代物、半导体含氟电子气体、超高压环保电力绝缘气体等高端含氟材料的研究上一直处于国际领先地位,并掌握该领域从分子设计、筛选评价、高效催化剂、绿色工艺过程、小试合成、中试放大到工业化生产的贯通式技术。
目前,泉州宇极一期项目已建成投产,半导体先进制程用含氟电子气体、替代六氟化硫的绝缘气体已进入市场。泉州宇极以建立可持续性发展社会为目标,以增强中国高科技核心竞争力为己任,开发省能、环保、节约资源、与人和谐的新型产业。我们以因势利导,善假于物,执科技发展之牛耳为企业的长期发展策略,将泉州宇极打造成中国高端含氟新材料行业的领军企业。