2023重大科学问题、工程技术难题和产业技术问题发布，一起来关注化学和材料科学

本文转自：央广网

央广网北京10月25日消息（总台中国之声记者鹤佳）据中央广播电视总台中国之声《新闻超链接》报道，10月22日，中国科协发布了2023重大科学问题、工程技术难题和产业技术问题。人工智能、新能源、高性能材料、生命科学等领域的重大问题受到关注。

其中多项难题涉及化学和材料科学，比如，前沿科学问题“影响高性能纤维发展的基础科学问题是什么？”工程技术难题“如何突破新能源废料清洁高值化利用？”产业技术问题“如何高值利用有机污染化工废盐，推动化工产业高质量发展？”这些问题难在哪？怎么解？

高性能纤维研究为啥难？

前沿科学问题中提到“影响高性能纤维发展的基础科学问题是什么？”中国科学院自然科学史研究所特别研究助理、科普作者孙亚飞介绍，高性能纤维在日常生活中较为常见，比如自行车的碳纤维、制作防弹头盔的芳纶和凯夫拉等等。这些材料都有相似的特点：质地轻、强度大。

目前，我国已有一些工厂能生产这些高性能纤维，但在这方面的基础科学研究仍有不足。比如，究竟是何因素影响了纤维的各种性能？是工艺问题还是分子结构的影响？尽管对这些问题已有相关的研究，但还不够系统和深入。

高性能纤维发展的基础科学问题之所以难，是因为其属于化学的二级学科——高分子学科。高分子研究的对象通常由几万甚至上千万个原子构成，就像人多了难管理一样，分子内部怎样结合？分子与其他分子之间又存在怎样的相互作用？这些原理都非常复杂。

上世纪五六十年代，高分子科学慢慢从工厂走向实验室，在如此长的时间里，科学家也在进行多方面的研究，但在整个科学界，对于高分子的研究依然不太深入。孙亚飞表示，此次在重大科学问题中提出高性能纤维发展的基础科学问题，可以说是高瞻远瞩，有助于在接下来的科学研究中取得突破。

新能源废料回收利用为啥难？

工程技术难题提到“如何突破新能源废料清洁高值化利用？”孙亚飞介绍，新能源废料不仅是电动车报废的锂电池，在科学层面，新能源废料还有更广泛的内容。

比如，风能发电所用的风车叶片，这些叶片体积庞大，主要材料是环氧树脂和玻璃纤维为基材的玻璃钢，目前处理这类材质的方式非常有限，无法通过焚烧的方式处理，只能想方设法将其作为建筑材料。再比如，光伏发电所用到的核心元件多晶硅，以及其他各种薄膜，这些材料老化后产生的废料也是处理的大难题。

目前对于高价值利用新能源废料已有一些技术路线，但普遍存在二次污染的问题。比如处理过程中使用到的酸和碱，这些物质对环境存在污染，需要进行二次处理。在具体研究上也有其他可以进行的技术路线，比如利用离子液体，这种新型溶剂能够将物质分离开来，且较为清洁。

孙亚飞表示，总体上看，技术路线可选的方向有很多，但从开始研究到最后真正应用还有很长的路要走，也需要科研人员和工程人员共同努力。

有机污染化工废盐处理为啥难？

产业技术问题中提到“如何高值利用有机污染化工废盐，推动化工产业高质量发展？”孙亚飞介绍，有机污染化工废盐就是被有机物污染的化工废盐。在工业中用工业盐最典型的例子是锅炉房，通过加盐使水软化，不易产生水垢。这些盐在用完后会以废盐的方式被淘汰，其中的氯化钠会被其他盐分所替代，引入一些有机物。

这类有机污染化工废盐处理起来更加复杂，同时带来的污染也更为严重。如果只是无机盐排入大海，影响的只是海水的盐度。但如果是有机污染化工废盐排入大海，这些有机物可能变成藻类等细菌的食物，造成海水富营养化。如果有机物中含有磷和硫这类对生物生长非常关键的元素，甚至还会引起赤潮等严重的生态灾难。即便没有排到大海，在内陆的水体中也会带来不可预知的风险。

目前的处理方法主要通过加入高锰酸钾、铬酸等强氧化剂，将有机物直接氧化分解，但这些强氧化剂本身也有很强的毒性。一些新的研究方向正在尝试通过生物发酵的方式处理有机物，但大多数生物无法忍受如此高浓度的盐，这些问题尚待解决。

孙亚飞表示，目前有机污染化工废盐的处理程度还非常有限，化工产业要想实现高质量发展，这块硬骨头必须啃下来，否则造成的污染生态系统无法承受。