邵磊超重力下的物理和化學(xué)世界

邵磊 北京化工大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，教育部超重力工程研究中心副主任，北京化工大學(xué)納米材料先進(jìn)制備技術(shù)與應(yīng)用科學(xué)教育部重點實驗室成員。主要研究方向為超重力技術(shù)，濕化學(xué)法制備納米顆粒材料和納米藥物，水處理工程。2003年入選北京市“科技新星計劃”，2007年入選教育部“新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計劃”。

什么是超重力，超重力環(huán)境下會發(fā)生什么樣奇妙的化學(xué)反應(yīng)?對于我們這些遠(yuǎn)離科研的人來說，那就是另外一個世界的事情，奇妙而又難以理解。而對于邵磊來說，那就是他每天的工作中心，為之努力并自豪。

記者:什么是超重力?

邵磊:這個聽起來很難理解，其實簡單來說，我們地球因為有引力，所以是一個重力環(huán)境，存在一個重力加速度，其值為9.8m/s2。超重力指的是在比地球重力加速度大得多的環(huán)境下，物質(zhì)所受到的力。地球上的超重力環(huán)境一般是通過旋轉(zhuǎn)所形成的離心力來模擬實現(xiàn)的，這樣特殊設(shè)計的旋轉(zhuǎn)設(shè)備被稱為超重力機，也被稱為旋轉(zhuǎn)填充床。

記者:創(chuàng)造一個超重力環(huán)境的目的是什么呢?

邵磊:在超重力環(huán)境下，不同大小分子間的分子擴(kuò)散和相間傳質(zhì)過程均比常規(guī)重力場下的要快得多，氣-液、液-液兩相在比地球重力場大數(shù)百倍至千倍的超重力環(huán)境下的多孔介質(zhì)或孔道中產(chǎn)生流動接觸，巨大的剪切力將液體撕裂成微米至納米級的膜、絲和滴，產(chǎn)生巨大和快速更新的相界面，使相間傳質(zhì)速率比傳統(tǒng)的塔器中的提高1～3個數(shù)量級，微觀混合和傳質(zhì)過程得到極大強化。同時，在超重力條件下，氣體的線速度也得到大幅度提高，這使設(shè)備單位體積的生產(chǎn)效率提高1～2個數(shù)量級。利用超重力環(huán)境高度強化傳質(zhì)過程和微觀混合過程的特性，我們可以將往往高達(dá)幾十米的化工塔設(shè)備用高不及兩米的超重力機進(jìn)行替代，可以達(dá)到顯著降低投資、提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)能降耗等效果。

記者:在您的研究中，超重力都應(yīng)用在哪些方面?

邵磊:超重力技術(shù)是一種高效的過程強化技術(shù)，在化工、材料、藥物和環(huán)境領(lǐng)域均具有廣闊的應(yīng)用前景，已有的工業(yè)化應(yīng)用的實例表明，這項技術(shù)具有迥異于傳統(tǒng)技術(shù)的獨特優(yōu)勢。

記者:這些研究都取得了什么樣的成果?

邵磊:我們長期致力于超重力技術(shù)的開發(fā)，取得了一系列工業(yè)化應(yīng)用成果。我們率先將超重力技術(shù)應(yīng)用于勝利油田埕島二號平臺的注水脫氧，縮短了工藝，并顯著降低了投資和操作費用，在國際上首次實現(xiàn)了超重力技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用;隨后，協(xié)助美國陶氏化學(xué)公司將超重力技術(shù)應(yīng)用于次氯酸的反應(yīng)分離過程，將高30多米、直徑6米的反應(yīng)塔用高3米、直徑3米的超重力機進(jìn)行了成功替代，次氯酸的產(chǎn)率提高10%以上，并節(jié)省投資70%，節(jié)省操作費用30%，為一化工過程強化技術(shù)實例典范;同時，我們將超重力技術(shù)拓展至反應(yīng)領(lǐng)域，提出了超重力反應(yīng)沉淀法制備納米顆粒的思想，解決了大規(guī)模工業(yè)化制備納米顆粒材料的瓶頸問題，先后建立了千噸級和萬噸級超重力法制備納米碳酸鈣的工業(yè)生產(chǎn)線，產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的行業(yè)影響性。

記者:這些成果目前在國際同領(lǐng)域處于什么樣的地位?

邵磊:我們在超重力技術(shù)的基礎(chǔ)研究、超重力技術(shù)的新工藝開發(fā)和超重力反應(yīng)器設(shè)計方面均具有良好的積累，在超重力反應(yīng)技術(shù)、超重力法制備納米顆粒，以及超重力工程化技術(shù)方面在世界范圍內(nèi)居于執(zhí)牛耳的地位，可以不夸張地說，目前世界上超重力技術(shù)的研發(fā)中心在我們這里。