化学化工学院应用研究与科技开发简史(初稿)

发布日期:2013-3-1     浏览次数:4687次    发布者:网站管理员    
化学作为一门自然科学,其基础研究和理论研究具有重要的指导意义。同时,化学又是应用科学的核心之一,其应用研究又与人类社会的实际密切相关。厦门大学化学系从建系之日起就以教学、科研和应用三者并重为发展方向。在二十世纪二十年代,化学系第一任系主任刘树杞教授就非常强调理论与实验并重,他在化学系首先创办了制革实验所,让学生所学能应用到实际生产中。在三、四十年代,因抗战,厦大迁往长汀办学期间,在防空洞简陋的实验室里,时任系主任的刘全教授带领师生对长汀米酒和纸张等进行了改良,发明的造纸方法沿用了近半个世纪,新法造出的纸张质量非常好,彻底解决了墨水易掺透散开的问题。五十年代,因台海两岸对歭炮战、师生前往龙岩,时任系主任的陈允敦教授除了教学生矿物学、带领学生找矿外,还用竹头制造简易的计算尺并出售给学生,帮助解决了计算问题。

1956年4月蔡启瑞从美国回到母校厦门大学,时逢国家正在制订“十二年科学规划”,其主旨是国家任务带动学科建设。 当时,新中国百事待举,根据国情,完成国家的需求是首要的迫切任务,进而促进学科的发展。然而,作为石油与化学工业核心关键技术的催化科学领域在我国还非常薄弱。1957年,蔡启瑞教授试招收了一名催化研究生,1958年秋,在王亚南校长和卢嘉锡教授的大力支持下,蔡启瑞教授在厦门大学组建了中国高等学校的第一个催化教研室,开创了中国催化科学领域的教学与研究基地。

六十年代,由于缺乏石油资源,国家制定了以乙炔为基础的基本有机合成和“三大合成材料”发展策略。化工部也通过教育部给厦门大学下达了“建设以乙炔为基础的基本有机合成,解决合成橡胶单体生产的关键技术问题”的任务,蔡启瑞教授带领团队成功研制出了负载型氧化锌和负载型氧化铌两种新催化剂,并得到产业化应用。

蔡启瑞教授注意到,新中国军需民用不能缺少橡胶,但海运受阻,而业已探明的大庆油田的成功开发尚有待时日,目前最现实的应急措施是仿效二战期间德国发展通用型的丁苯橡胶和耐磨顺丁橡胶,其关键技术问题是苯乙烯和丁二烯单体的合成。化工部上海化工研究院在1960年左右发明的乙炔三聚成苯的负载型氧化铬催化剂,虽然活性和选择性都很高,但该催化剂寿命太短,难以实现工业化,急需革新。乙炔水合制乙醛是生产丁二烯单体和醋酸乙烯单体的关键一步,原拟沿用德国的硫酸汞—酸液相催化剂,但汞盐催化剂有剧毒,危害工人健康。当时,苏联(俄罗斯)在试验用磷酸镉钙、磷酸锌钙固体催化剂替代汞盐液相催化剂,但这两种固体催化剂机械强度都太低,前者毒性虽较小、但活性也较低,后者虽基本无毒,但活性更低。国内厂家均希望厦大能加以革新、研发出新的高效催化剂。

此时,厦大催化教研室在国家科委九局和教育部的大力支持下,正在主办以教育部系统为主的全国催化学术讨论班。蔡启瑞教授深感国家需求的迫切,他白天给讨论班讲述配位活化催化作用原理,晚上则带领厦大催化团队(张藩贤等)和讨论班学员,基于化学元素周期律和配位活化催化作用原理,进行乙炔合成苯及乙炔水合制乙醛新催化剂的探索实验。蔡启瑞教授认为5价铬的氧化物氧化能力可能还是太强,可按元素周期律试用周期表上与铬邻近的铌氧化物(Nb2O5)作催化剂。测试结果表明,氧化铌催化剂活性非常平稳,选择性很高,产品纯度高。当天晚上,围观试验的蔡启瑞教授和催化组及催化讨论班的成员们都欢呼起来。1966年,蔡启瑞教授和团队部分成员又到厦门第三化工厂成功进行了年产超纯苯100吨的小型生产试验。至此,上海化工研究院发明乙炔三聚成超纯苯的催化剂,厦门大学加以革新,使其很可能实现工业化,而成为世界第一号的乙炔三聚成超纯苯的自主创新催化剂,这是多么令人扬眉吐气的事啊!有了超纯苯,生产乙苯和苯乙烯就比较容易,苯也可以用于生产尼龙-6。

1967年蔡启瑞教授自赴衢州化工厂参加磷酸镉钙和磷酸锌钙催化剂的试验后认为,这两种催化剂只能用作固定床催化剂,他考虑到,汞、鎘、锌盐催化剂的毒性和催化活性高低顺序符合元素周期表规律,这些催化剂的催化作用显然主要是过渡金属阳离子对炔鍵的配位络合活化作用,因而可以试用氧化锌代替锌盐;要提高固体催化剂的活性和机械强度,可试用高强度和适当大比表面的硅胶小球;氧化锌略带碱性可较好地负载在硅胶小球上;乙炔水合制乙醛的催化剂也就这样革新解决了。后来,蔡启瑞教授及其同事(林国栋、王仲权、陈祖炳、曾金龙、傅金印等)乘下厂学工之便到厦门杏林醋酸厂顺利进行了年产乙醛三百吨级的流化床小型生产试验。负载型氧化锌催化剂后由厦大化工厂生产,供应了国内十多个小醋酸厂达五六年之久,这种催化剂活性稳定、制作简单、售价便宜,化工部第八设计院进行了扩大生产试验,对该催化剂的技术经济评价相当高。当时尚无申请催化剂专利的概念,蔡启瑞教授亲自撰写的氧化铌催化剂和氧化锌催化剂的研究论文,以有关工厂和厦大化学系具名分别发表在《中国科学》和《化学学报》上,首次引用Diels-Alder反应,合理说明了乙炔三聚芳构化成纯苯的机理、丙炔三聚成1,3,5-三甲苯与1,2,4-三甲苯实验结果的产率比例与空间位阻的关系,而三十年后的2010年才有人称这种反应属于“click chemistry”。值得欣慰的是,这些论文信息传布得相当快,来索要资料的不少,有一定的影响力。虽然,后来因大庆油田开发成功,中国贫油面貌有所改变,合成橡胶单体的生产也由乙炔路线改为石油路线,这两种新催化剂没有能得到更大规模的应用。但,天然气副产乙炔,乙炔水合所制的乙醛可用于生产醋酸、醋酸乙烯单体和维尼龙合成纤维等,廉价稳定的氧化锌催化剂在今天仍有用武之地。

七十年代起,根据国务院周恩来总理的批示(1971年,北京大学校长周培源教授上书周总理,正直地详陈不能忽视基础研究的原因,周总理阅后立即批示,大意为:不能忽视基础研究,要求理论联系实际。),蔡启瑞教授认识到,我国是发展中国家,生产技术等方面还很落后,基础研究不能忽视,可是我国还很贫穷落后,没有本钱搞“象牙之塔”的基础研究。国家需要的基础研究必须、而且也能够作为生产技术等方面自主创新思路的指路明灯,否则永远跟不上发达国家,这是中国科技工作政策的一个新的重要转折和发展。随后,蔡启瑞教授投入了大部分心力进行与应用实际密切相关的金属酶促生物固氮、金属催化工业氨合成与金属催化CO加氢等三类非常重要的催化反应的研究。

蔡启瑞教授和当时军宣队的倡导下,1970年5月16日化学系正式创办了厦门大学化工厂,以便为当时招收的工农试点班学员以典型产品带动教学提供基地。那一天,杨华惠和郭忠平两位老师打开了原锅炉房的大门,开始以原锅炉房作为厂址。陆续发展了有机硅、多晶硅、单晶硅等生产。该厂研发的有机硅树酯耐高温等性能很好,应用到厦门港电厂,发电量提高了30%。1972年化学系正式招收工农兵学员后,申请到燃化部的25万经费,厦门大学化工厂得以迁入生物系的生物园地,扩大面积发展。林金土(1979.9~1984.12,1989.1~1992.5)、朱朝贤(1985.1~1988.12)(1989~1995任中共厦门大学化工厂支部书记)、郭忠平(1992.5~1995.6)、宋建华(1995~2004)、李一农(2004~今)先后任厦门大学化工厂厂长。期间,化学系/化学化工学院分管科技开发和化工厂的副系主任/副院长先后有陈祖炳/许书楷、林昌键、廖代伟、方维平李清彪卢英华等。在2002年左右,时任分管副院长的廖代伟教授曾多次召集学院和化工厂的有关同志商讨加快化工厂发展、实行股份制改革及今后上市的方案,赵一兵教授等也提出了很好的建议,但终因上级领导不敢拍板而流产。2003年底后厦门大学化工厂的主管单位由化学化工学院转为我校资产经营公司(当时,金能明同志任校资产经营公司的总经理,后于2007年调任我院党委书记。)。从该厂成立起至今,我系/院教师的许多科技开发成果都在厦门大学化工厂完成了产业化转化、投入生产。其中,包括:蔡启瑞教授带领团队成功研制出的负载型氧化锌和负载型氧化铌两种新催化剂,潘容华教授等研发的乙基有机硅油和苯基有机硅树脂耐高温涂料,与上海制药九厂合作的D-阿拉伯糖的合成,郭奇珍教授等研发的从蜂蜡提取三十烷醇的合成,祝以湘教授等研发的乙苯脱氢催化剂,杨意泉研究员等研发的甲醇合成催化剂,熊兆贤教授的陶瓷电容等。三十烷醇和乙苯脱氢催化剂的生产为厦门大学化工厂的发展以及我系/院教职员工的福利作出了重要贡献。

三十烷醇是一种作物生长激素,可大大增加粮食产量。蔡启瑞教授访美带回了有关资料,翁杰等老师先进行了试验,他们从糖蜡中提取出了三十烷醇,但含量低,不适合生产。同时,郭奇珍教授也从参考消息看到报道白色醇(后经查证就是三十烷醇),他想,蜂蜡的主要成分是高级脂肪酸醇酯,应可提取、重结晶出三十烷醇(含量20-25%)。经过努力,郭奇珍和陈明德教授等研发出了生产简单、效果好、独一无二呈鳞片型结晶的三十烷醇的制备方法(可提取高达20%含量),并在厦门大学化工厂投产,成为该厂第一个主营产品,该技术全国第一,在全国影响很大。郭奇珍教授及其团队还发明了被农民誉为救命水之萘乙酸的新合成方法、采用相转移催化剂制备多效唑的方法(多效唑是一种作物生长控制剂,可使大豆等作物矮化,不易倒伏。专利转让,在江西农大和江苏等地生产。)、月光花素的合成方法(月光花素也是一种作物生长控制剂,可使地瓜长到排球大,大分子结构复杂,后胡友川老师带样品到法国测定了结构,他们提出的月光花素名称现已成为国际通用的名称。)、水稻化学杂交剂的合成方法(原称化学殺雄剂,与福建农科院合作,试产效果好。)等。

XH系列乙苯脱氢制苯乙烯催化剂作为厦门大学化工厂最主要的主营产品,1975年至今,展现了基础-应用-产业化互促交融成长和团队合作攻关的辉煌历程。XH-210催化剂的研制(肖漳龄、祝以湘、林仁存、何淡云)获1981年度福建省政府科技成果奖二等奖,XH-11#催化剂的研制(何淡云、肖漳龄、祝以湘、徐志固)获1982年度上海市化工局科技成果奖一等奖以及1984年度福建省高教厅科技成果奖二等奖,XH-210催化剂的研制(肖漳龄、祝以湘、林仁存、何淡云)获1986年度国家教委科技成果奖优秀奖,XH-02 催化剂的研制(肖漳龄、蔡庆叠、林仁存、祝以湘)获1987年度国家教委科技成果奖二等奖,氧化铁系催化剂上乙苯脱氢反应机理及晶格氧的作用的研究(陈惠珍、何淡云、祝以湘)获1988年度国家教委科技进步奖二等奖,XH系列乙苯脱氢制苯乙烯催化剂(祝以湘、林仁存、蔡庆叠、何淡云、肖漳龄、余家良、林金土、朱朝贤、郭忠平)获1995年度国家教委科技进步奖一等奖。

XH系列催化剂是一个复杂的多相催化剂体系,它以氧化铁为主要活性组分,氧化钾为主要助催化剂,并含有其他组分,视催化剂的牌号不同而异。在1976~1994期间,先后共有五个商品牌号(XH-11、XH-210、XH-02、XH-03、XH-04)投放市场。

1975年,为给国内首台万吨级绝热炉提供配套催化剂,我校与上海高桥化工厂合作开发了11#催化剂,11#催化剂于1976年在上海高桥化工厂3000吨/年等温炉上试用成功,随后又在我国首台绝热炉上试用成功,成为我国首例可用于绝热炉的乙苯脱氢制苯乙烯催化剂。1977年又与上海高桥化工厂合作研制无铬210催化剂,小试工作在厦大进行, 中试和催化剂的工业批量制备在上海高桥化工厂完成,1979年在江苏常州化工厂进行工业试用并获得成功,是国内首次成功用于工业生产的无铬型催化剂。11#和210催化剂研制成功后均为上海高桥化工厂自产自用, 因虑及销售催化剂的经济效益远低于该厂其他产品,该厂无意将此二催化剂投入市场,因此,厦门大学化工厂于1980年建成催化剂车间,正式以XH的商品牌号向全国推广XH系列催化剂。

1976年产业化的XH-11催化剂含铁-钾-铈-铬-铜等成分,首创使用铈助催花剂并创新了制备工艺,使工业装置上苯乙烯产量提高了20%,优于国外壳牌105催化剂。

1979年产业化的XH-210催化剂含铁-钾-钙等成分,国内首创使用钙代铬为结构助催化剂,性能达到含铬催化剂水平,并可保护环境,消除铬公害。XH-11和XH-210以其良好的催化性能颇受用户的欢迎,例如,江苏常州化工厂原用SG2010-A型催化剂时,其苯乙烯是常州市的头号亏损产品,改用XH-210后,一举扭亏为盈。

但国内各厂的反应炉型差异颇大(生产能力为700~5000吨/年不等),工况条件也各不相同,有些等温炉只能在较低的反应温度下操作(特别是吨位较大者),这就要求催化剂有较好的低温催化性能并对工况条件的变化有良好的适应性。80年代初,在国家科委资助下,研制开发了XH-02催化剂。1981年产业化的XH-02催化剂含铁-钾-铈-镁等成分,国内首创用镁代铬为结构助催化剂,性能超过原有的含铬催化剂。工业应用表明,在相似的使用条件下,XH-02的反应温度明显低于XH-210,可使用较低的水比,乙苯投料量大,苯乙烯收率也较高。1980~1985年间,XH-02一直是国内苯乙烯催化剂市场上最受欢迎的产品。

80年代中期以后,美国G64-I催化剂进入我国,国内亦有类似的GS-01催化剂参于竞争,与XH系列催化剂相比,这类催化剂最显著的优点是选择性较高。在原料乙苯的价格不断上涨的背景下, 这类催化剂的出现曾在1986年对XH系列催化剂的市场占有率造成了较大的冲击。为此,我校在中国石化总公司的资助下于1987年研制开发了XH-03催化剂,1987产业化的XH-03催化剂含铁-钾-铈-钼等成分,使用了钼助催化剂,且采用二步法制备,克服了催化剂因高钾造成的耐用性差的缺点,在绝热炉中替代引进的G64-I催化剂,耐用性明显优于G64-I,在等温炉中,催化性能优于引进的G84-C催化剂。XH-03推出后,很快就扭转了XH系列催化剂在市场上的被动局面。

XH-03和XH-02是不同性能的催化剂,前者活性和选择性都较高,但后者的特点是对恶劣的工况条件有更强的适应性,也可以使用更低的水比。所以,XH-03投放市场后,仍有部分用户偏爱XH-02,但也要求进一步提高其催化活性。面对市场的这一需求,开发出XH-04催化剂,其对各种工况条件有良好的适应性,特别适于在各种反应温度较低、操作条件波动较大的苯乙烯装置上使用,该催化剂在生产装置反复开、停车的情况下仍能正常运行,是国内目前较好的乙苯脱氢制苯乙烯催化剂。1988年试投放市场后,已先后在国内12 家苯乙烯生产厂中推广使用,深受用户好评。1994产业化的XH-04催化剂含铁-钾-铈-镁-添加剂等成分,是国内首例可在工业装置中连续使用两年的乙苯脱氢催化剂,在大型绝热炉中使用,耐用性明显优于引进催化剂G84-C。先后在国内12 家苯乙烯生产厂中推广使用,深受用户好评。虽然 G84-C已作为配套催化剂随引进装置进入我国,但至今未能在我国产装置所用的催化剂市场上占有一席之地。

80年代末,由国外引进的两套苯乙烯装置建成投产,它们以规模大、工艺先进和效益高代表了我国苯乙烯行业的未来,XH系列催化剂必须设法打入这一市场。但引进装置要求催化剂必须能在低水比(1.3~1.4wt/wt )下运行1~1.5年,为在模拟引进装置的苛刻操作条件下考查XH系列催化剂的性能(国产装置使用的水比均在1.5以上,而且,基于每年大修一次的惯例, 催化剂使用期一般为一年),我们在吉化公司支持下,进行了XH-04 催化剂的低水比、长周期运行工业试验。在前后三年,累计17个月的低水比运行期间,XH-04性能稳定,证明它完全可以适应引进装置的工艺要求。随后, 在中国石化总公司的主持下,XH-04催化剂于1994年6月开始在山东齐鲁石化公司塑料厂的6万吨/年引进装置上进行了催化剂的国产化试用。为进行对比,在该装置的两段式绝热反应器的第一段(DC-301)上装填XH-04,在第二段(DC-302)上装填该装置配套引进的G84-C催化剂。至1995年2月为止,试验共进行了约九个月,后因与XH-04催化剂无关的原因而提前中止,未达原定1.5年的试验期,但正如该厂技术处关于试验情况的小结所表明:在9个月的试验期中,XH-04催化剂表现出了优于G84-C的催化活性和抗干扰性能。在试验期间因外部原因引起的装置多次突然停车是造成试验提前中止的主因,这使得两种催化剂均受到伤害。但至1995年2月中止试验前为止,使用XH-04的第一段反应器(DC-301)的生产能力仍可达设计要求,而第二段反应器(DC-302)却因G84-C的活性严重衰退,苯乙烯产量低于设计要求,致使整套装置不得不提前中止运行。基于XH-04在实验期中的良好表现, 齐鲁石化公司如约向我方支付了全部催化剂货款164万元(原协议规定,如试验因XH-04而失败, 齐鲁公司免付全部催化剂款)。而且,双方还签定意向书,于1996年3月左右,再次利用XH-04催化剂进行国产化试验。

1995年以后,主要是在厦门大学化工厂中,又对XH系列催化剂进行了改进,开发了XH-04B型催化剂,主要是解决了XH-04原型催化剂强度较差的问题,并多次在大庆石化总厂,辽化公司乙烯总厂,吉林化学工业公司的大型工业装置上推广。使用结果表明,XH-04B型催化剂可以成功地用于国内二段式绝热反应器之第一段反应器,但用于第二段效果不甚理想,XH-04B型催化剂至今仍在辽化公司乙烯总厂苯乙烯装置的第一段中使用。

为开发可同时用于大型绝热式苯乙烯装置之一、二两段反应器的催化剂,厦门大学化工厂又于2003年开发出XH-08型催化剂,化工厂工业装置以吨级批量生产的催化剂产品,经化工厂小试对比评价,性能完全达到当时从国外引进的最新型催化剂的水平。但此催化剂遇到推广应用的困难。目前国内的绝热式苯乙烯装置全都规模巨大,催化剂装填后至少要连续运转两年,而且,催化剂成本只在苯乙烯生产成本中占据很小的比例,因而,没有厂家愿意冒风险试用只有实验室小型反应器验证,而没有大规模工业数据的新型催化剂。

在XH系列催化剂的开发完善过程中,立足于基础研究先行,同时,也建成了完整的催化剂生产装置,可以独自为国内苯乙烯生产厂家提供催化剂产品及全套的催化剂售后服务。1976~1994期间,XH系列催化剂先后在国内20余家苯乙烯生产厂推广使用。厦门大学化工厂于1980~1994共出售催化剂 538.7 吨,创产值 1335.2 万元,按照总利税为32%计算,创利税410万元。其中,1992~1994 创产值 514.6 万元, 利税 164.7 万元。若以每吨催化剂生产1000吨苯乙烯的最保守估计,在1980~1995期间,使用XH 系列催化剂生产的苯乙烯超过54万吨。其中,在1992~1994期间,苯乙烯产量达15.6万吨,按照当时每吨苯乙烯售价 0.9万元计算, 创产值14.06亿元。经济社会效益显著。

杨意泉研究员等研发的NC208型甲醇合成催化剂,以原工业联醇催化剂C207的组成为基础,适当添加两种高价金属氧化物,研制出Cu-Zn-Al-M1-M2五组份多促进NC208型催化剂,从而增加并稳定催化剂表面Cu+活性物种的浓度,提高了催化剂的活性和热稳定性。经国家化工催化剂质量监督检验中心抽样检验,符合企业标准。与工业催化剂C207相比,NC208催化剂具有低温活性好,热稳定性较高,甲醇选择性较高,甲醇时空产率增幅可达10~30%,使用寿命可延长15~45%等特点。该催化剂在南京化学工业(集团)公司催化剂厂扩试生产,并已在江苏泰州化肥厂、安徽滁州化肥厂、南化氮肥厂等23家联醇厂推广应用。

2002年起,杨意泉研究员等与厦门大学化工厂在化工厂联合建立了100 m2的中间放大实验室和500 m2的中间放大试验平台,该平台由去离子水系统、1 m3中和搪瓷罐的中和系统、烘干与煅烧系统和压片成型系统等4个系统组成,具备了对甲醇、甲硫醇和变换等催化剂的中试条件。他们利用这个平台研发了下列四种催化剂。

XH系组合式耐硫一氧化碳变换催化剂包括XH-1型、XH-1K型、XH-2型和XH-3型四种耐硫变换催化剂。采用浸渍无煅烧技制备,主要用于合成氨、合成甲醇和其它制氢行业中的变换反应。在同一变换炉中,上层装XH-2型,下层装XH-3型,可以作为变换炉组合式催化剂。XH-1K型催化剂可替代中低压变换系统的Fe-Cr系高(中)温变换催化剂,与XH-2/XH-3型催化剂组合,可作为中低压变换系统的全低变换催化剂,反应温度可降低100°C以上,降低蒸汽消耗。从而解决中低压变换系统难以实现的全低变换流程问题。2005年在三明化工总厂完成产品侧线试验,2006年和2008年在放大平台上生产了40吨催化剂在两个厂试用,2006年通过厦门市科技成果鉴定,2007年荣获厦门市科技成果三等奖。

2007年和2008年在厦门市和福建省科技计划项目的资助下,进行了铜基联醇催化剂的研发,2010年利用放大平台生产了9吨催化剂供三明化工总厂进行试用,2010年10月29日通过省科技厅的项目检收。

2008年10月,与大唐国际化工技术有限公司签署了新型低温高性能合成催化剂的研究开发合同(包括小试、中试和生产试用,总金额390万元),进行了铜基单醇催化剂的开发,现已在厦门大学化工厂建立了中试平台,产品正进入中试阶段。

2009年4月,与重庆紫光化工股份有限公司签署了甲硫醇合成催化剂和甲硫醚转化催化剂的研究开发合同(催化剂小试、中试和生产试用,总金额300万元),进行甲硫醇催化剂的开发。2010年已生产5吨X327型甲硫醇催化剂和1.3吨X329型甲硫醚转化催化剂供厂家使用,5月25日产品已入炉,6月11日开车,生产正常,催化剂技术水平达到国际先进水平,填补了国内空白。

为了整合力量,更有效地开展物理化学领域的基础研究,并面向国民经济发展和社会的需要,积极开展科技创新的应用研究,1978年建立了厦门大学物理化学研究所,1983年5月经国家教育部正式批准,物理化学研究所(厦门大学)成为首批隶属国家教育部的中国高等学校重要研究与开发机构之一,额定编制108人,分属催化研究室、电化学研究室和结构与量子化学研究室。蔡启瑞教授为首任所长,后周绍民教授、张乾二教授、吴辉煌教授、廖代伟教授先后续任所长。物理化学研究所基础研究实力雄厚,主要在原子与分子水平上进行物理化学领域的基础研究,同时也十分重视应用研究,面向国民经济发展和社会的需要。厦门市一直对厦大相当重视与关照,物理化学研究所也以回报社会、为厦门市做贡献为己任。其中,一个实例是:1996~1997年,物理化学研究所组织了包括物理化学、高分子物理与化学、材料等多学科研究团队与厦门市煤气总公司(现为厦门市燃气总公司)齐心合作完成了厦门市民用燃气管网改造工程可行性研究,节省了改造投资2.2亿元以上,直接和间接的经济效益超亿元,燃气公司的操作人员可减少270人以上,并让厦门市民提前7年用上了空混气(液化石油气掺混空气气)。我国原已长期使用的民用燃气管网几乎都是机械接口煤气铸铁管网,管接口使用的是丁腈橡胶密封圈。民用气源转换工程启动前必须首先解决橡胶密封圈是否可以安全使用空混气以及使用寿命的问题,也就是耗费巨大人财物力埋在地底下的老管网是否仍然可用的重大决策问题,因为如果把全市的燃气管道全部重新铺设一遍,在1997年的直接成本是两亿多元,全市的许多道路将因此而底朝天全挖过来,且需耗时七年,厦门市民将推迟7年才能用上干净、经济的空混气。当时,国内外还没有这方面的研究和数据,无法提供科学依据。因此,燃气总公司急等厦大的论证结果。这是项关系到人民生命财产安全的重大科研项目。廖代伟所长领导的这一团队进行了丁腈橡胶密封圈在液化石油气掺混空气气中的强化老化研究,通过现场试验,最终仅用十几万元科研经费,在8个月时间内就拿出了可靠的科学结论:“厦门市原有水煤气管网在燃气气源转换为液化石油气掺混空气气后可以继续使用,两种气源下的管网使用寿命相近”,为厦门市重要市政规划决策提供了科学依据,而且空混气站的建设彻底改善了造气环境,达到无噪音无污染的绿色环保生产要求,对全国燃气管网气源转换工程的改造也提供了可靠的科学依据。厦门市燃气管道改造可行性研究项目组(廖代伟、邹友思、傅锦坤、冯祖德、戴李宗、陈鸿博、傅金印、林昌健、林剑清、严兴国、谢翠兰古萍英)获1999年厦门大学南强一等奖(集体类),厦门市燃气总公司和厦门大学联合申报的厦门市煤气管道气源转换的可行性科学研究及其实施工程(刘天伟、廖代伟、陈立平、邹友思、谢坚敏)获1998年厦门市科技进步二等奖和1999年福建省科技进步三等奖。

同时,为了更好地开展科技成果转化和产业化工作,又于1988年成立了厦门东南高技术化学公司,杨华惠为首任董事长,1990年张乾二教授接任董事长,王火为第三任董事长,后又由张乾二教授接任董事长至今;首任总经理为杨森根,后赖伍江教授续任总经理至今;杨森根一直担任法人代表。

1973年开始出现的第一次石油危机推动了C1化学新能源和复合催化剂的研发,并促进了节能减排和低碳环保意识的提高。蔡启瑞教授参与领导C1化学研究工作,阐明复合催化剂(金属催化剂-B族过渡金属氧化物助催剂-载体)中强相互作用的本质及合成气制乙醇催化作用机理,致力于能源催化化工技术,指导化石资源综合优化利用。蔡启瑞教授围绕国家可持续发展战略目标,从我国煤炭资源丰富、而石油和天然气资源相对较少的国情出发,认为我国应尽可能绕过工业化国家燃化工业数十年来过分依靠石油为原料的老路,要及时走油(气)、煤并举,燃、化结合,优化和洁净利用我国化石燃料资源的途径,提出了优化利用化石燃料资源, 创建能源化工先进体系的主张,建议发展煤集成气化联合循环发电、高效联产甲醇/二甲醚等,发展适合国情的甲醇汽车和甲醇燃料电池,分两步实现绿色能源和绿色汽车。经多方努力,2009年,经国家发改委批准,醇醚酯化工清洁生产国家工程实验室在化学化工学院正式成立,这标志着我院在该领域的应用与基础研究已进入国家级先进水平。

五十年代初,化学系电化学教研室就已是我国电化学研究的主要基地之一,中国化学会电化学专业委员会从成立起至今,其主任委员就一直由厦大担任(田昭武、林祖赓、田中群)。

田昭武教授在电化学基础与应用领域(包括电化学动力学基础理论、电化学研究方法和仪器、化学电源、金属腐蚀与防护、导电聚合物、谱学电化学、电化学扫描隧道显微镜、微纳米复杂三维加工的约束刻蚀剂层技术、生物芯片等方面)均作出开创性工作,特别是,他提出了多孔电极极化理论、半导体电极光电理论和自催化电极过程理论,自主创新发展了新的电化学研究方法和仪器,展现了理论-研究方法-应用-“三驾马车”的研究特色和学科交叉拓宽视野的思维方法,为我国电化学科学的整体进步作出了重要贡献。

五、六十年代时,国际电化学学科研究前沿从稳态(电流+电压)向暂态(电流+电压+时间)发展,为了适应国内开展暂态研究的需要,田昭武教授带领团队(田昭武、陈体衔、林仲华、穆纪千、杨鸿枢)研制出DHZ-1型电化学综合测试仪,实现了测定瞬间交流阻抗的选相调辉测定法和选相检波测定法,可以追踪测量快速变化的阻抗并分离容抗成分和电阻成分,是阻抗测量的重要创新,该仪器1978年在三明无线电二厂投产,结束了我国不能制造电化学综合性仪器的历史,带动了我国暂态的研究,1978年获全国科学大会奖。田昭武教授在国际上首创新型离子色谱抑制柱技术,并在八十年代末带领团队(田昭武、胡荣宗、林华水、胡维玲、吴金添)研制出离子色谱抑制柱和XYZ离子色谱抑制器,这种新一代的离子色谱抑制器根据电渗析原理除去洗脱液中的高电导的离子,使洗脱液电导率大幅度降低,可长期连续使用,无须再生,1990年获国家发明奖三等奖,该仪器已批量生产。七十年代末带领团队(田昭武、蔡加勒、邱贞花、朱海坤、林福龄、颜恩柔,1979)研制的DD-1型电镀参数测试仪也已批量生产。此外,田昭武教授带领团队还研发了电极充电曲线繁用仪(田昭武、林祖赓、陈衍珍,1962)、FS-1型超低腐蚀速率仪(田昭武、胡荣宗,1979)、流动体系电流检测器(田昭武、包立源、吴国平、胡荣宗、林华水,1991)、流动体系低噪音库仑检测器(田昭武、包立源、林华水、胡荣宗,1991)、新型无泵阀毛细等速电泳仪(田昭武、杨书农、李元山、胡荣宗,1992),以及快速消除双电层充电电流误差的脉冲极谱和电化学谱方法(田昭武、朱海坤、林竹光、吴剑鸣、林华水、胡维玲、胡荣宗,2006)等。

扫描隧道显微镜的发明者获得诺贝尔奖,初期该仪器只应用于固体/气体系统。能否应用于含水溶液的电化学系统是一个备受关注且有争议的问题。以前具有分子水平分辨能力的实验技术都不适宜用于电化学系统现场,且电极反应的电流会严重干扰扫描隧道显微镜的微弱隧道电流。为了弥补电化学现场分子水平空间分辨表征手段的缺陷,在国家自然科学基金委的支持下,田昭武教授带领团队(田昭武、卓向东、穆纪千、叶建华、冯祖德、毛秉伟等,1990~1992)以不入虎穴焉得虎子之精神,大胆攻关,研制出电化学现场的扫描隧道显微镜及其特殊针尖。

微加工技术是制作微系统的关键技术,但传统技术难以进行微纳米复杂三维工件的批量加工复制。田昭武教授带领团队(田昭武、林仲华、罗谨、毛秉伟田中群等)研发的约束刻蚀剂层技术现已可用于硅、砷化镓等半导体材和铜、镍、钛等金属及合金材料的微纳米复杂三维加工,为微系统部件的设计与制造提供了新的可能性和机动性。

生物芯片是医学化验和生物实验的微型化技术,具有高速度、高通量、低成本、少污染的优点。田昭武教授带领团队(田昭武、林华水、周勇亮等)研发了微阵列芯片的集成点样头、阵列微型多通道移液器、电泳分离装置、微型电渗泵等,为生物芯片提供了专门实用的新技术支撑。

超级电容器是一种新型的高比功率、长寿命低成本的储能装置,田昭武教授带领团队(田昭武董全峰郑明森、林祖赓等)研发了基于液相中的电化学活性物质的新型超级电容器,从根本上解决了高比功率与长寿命低成本的内在矛盾。

周绍民教授于上世纪五、六十年代创立了电化学沉积团队,共事的人员先后有:朱则善、许川璧、苏方腾、温国谋、高名富、陈祖秋、施纯华、高景星、洪居端、吴辉煌、苏文煅、许书楷、张瀛洲、姚士冰、蔡加勒、许家园、陈秉彝、徐远航、方家福、蔡小龙、戴鸿平、牛振江、杨防祖黄令时康、郑雪清、钟晓慧等。当时,周绍民教授敏锐地看出有机物的电合成与电分析研究领域的广阔前景,在他的带领下,电化学沉积团队潜心致力于此方面研究,在醇类于铂阳极上的氧化动力学和机理,铂表面氧层形成过程与特性以及糠醛在二氧化铅电极上氧化动力学和机理等方面取得一系列重要成果。顺丁烯二酸的强化生产方法终于问世,创新性地采用离子交换膜(阴阳复合膜)分隔阴阳极产物,所提出的糠醛电解工艺通过了由福建省化工局和福建省科委组织的鉴定,并在厦门、三明和江苏南通等地有关工厂进行中试,证实有良好的经济效益,提出的顺丁烯二酸极谱分析法,被许多化验部门(如山东胜利油田、浙江化工研究院等)所采用,效果良好。此外,在肼体系的有机燃料电池的研发与应用中,先后开发出功率为40W、适合于农用灯,以及功率达到120W、适用于电影放映机,寿命一年多的燃料电池,影响广泛。

从七十年代开始,周绍民教授及其团队主要从事电镀、化学镀、复合镀、电铸、镀层钝化、金属着色、电抛光、化学抛光等方面的研究,承担国家和省的研究项目以及国内外一些厂商的委托研究和技术咨询任务,并努力开展科研成果的生产转化,经常为生产厂家解决实际问题。几十年的努力,研究内容几乎涉及了所有的电镀、化学镀等工艺与技术,如钯、金、铜、镍、锌、银、铬和钯镍、钯铁、钯钴、金镍、金钴、镍铁、锌镍、锌铁、锡镍、锡钴、镍钼、镍钨等电镀体系,化学镀金、化学镀镍、化学镀铜、化学镀银、化学镀锡和化学镀钯体系,以及彩色镀铬、铝电解着色、食盐电解用的高活性和长寿命金属阳极、镀锌蓝白色和彩色钝化等工艺。迄今,已成功地研发出20多项可实际应用的成果,其中,多项成果达到或超过国内领先水平,部分接近国际先进水平。长期以来,他们还开展了相关的基础科学研究。系统地研究了金属和合金的沉积动力学,探索了系列金属和合金的电镀新工艺和研究方法,揭示了络合剂和添加剂在沉积过程中的作用、金属电结晶机理、镀层微观结构和性能的关系等。周绍民教授的团队目前是中国表面工程协会电镀分会常务理事单位、中国电子学会生产技术学分会理事单位及电镀专家委员会副主任委员单位、福建省表面工程行业协会副理事长单位。

从1973年开始,在周绍民教授的主持下,得到了当时四机部和电镀界的支持。在只有一名助手的艰难条件下,开始系统的电化学沉积工艺、技术及理论的研究,在八十年代形成了人才齐备的科研团队,取得了丰硕的成果。其中,无氰电镀机理和测试方法获1980年福建省科学大会成果二等奖,金属电沉积机理及研究方法获1984年福建省高教科研成果二等奖,电镀添加剂作用机理获1986年福建省科技进步二等奖,金属镀层及其转化膜的结果与性能关系研究获1986年国家教委科技进步优秀奖,金属电沉积机理研究获1988年国家教委科技进步二等奖等。著作《金属电沉积—原理与研究方法》已成为高校和研究所有关专业研究生教学的主要参考书。这些研究成果不仅具有理论意义,而且与生产实际紧密结合,得到国内电镀界的普遍重视,并引起国外同行专家的关注和认可,产生了较大的影响,其中研发的新型的低脆性镀锌添加剂,高平整光亮的镀镍和镀镍铁合金的新工艺,在工厂中进行了中试。

1980年代初,国内从事生物电化学、半导体电化学等方向研究工作的人员极少。在吴辉煌教授和周绍民教授等的指导下,先后对紫色非硫光合细菌、铁氧—还原蛋白和尼克酰胺的电化学性质以及叶绿素的光伏效应进行了探讨,研究了氧化还原酶的电子传递以及酶电极等一类生物电化学传感器的响应特性和机理,其研究成果为国内外所瞩目。在张瀛洲教授和周绍民教授的领导下,开展了半导体电沉积和半导体光电化学的工艺技术和理论研究;在苏文煅教授和吴辉煌教授的领导下,针对金属表面氢吸附和氢电化学渗透现象,开展深入和细致的研究;不仅研发了相关的工艺、开展了相关的理论研究,而且拓宽了研究的方向。

1986年以来,周绍民教授积极贯彻中共中央关于科技体制改革的决定,努力使科研成果迅速转化为生产力。为此,他部署了科研力量,在保证完成国家科研项目的前提下,尽可能更多、更好地为生产部门解决实际问题,开发新的电镀工艺。其中,周绍民教授主持的食盐电解用的高活性、长寿命金属阳极成果在重庆天原化工厂实现工业化应用。许书楷教授等发明了彩色镀铬技术,在福建泉州电镀厂家实现工业化应用,申请了国家发明专利,并荣获当代专利、科研成果转让博览会金奖和中国科技成果大选的中国爱迪生杯金奖。许家园教授等根据电镀添加剂作用机理,开发了DZ-IB电镀添加剂浓度测定仪,获得了中国发明专利和福建省发明协会金奖,并批量生产。蔡加勒教授等改进了新型电镀参数测定仪,获得了中国发明专利并批量生产,成为当时一些高校、研究所和产业部门开展电镀研究的主要手段。蔡加勒教授等研发的环保型电镀锌镍合金工艺,总体上达到国际先进水平,获国家发明专利(ZL94 100815 .0),多次代表厦门大学和厦门市发明协会参加全国和国际发明博览会并荣获金奖(1995年第九届全国发明展览金牌,1996年第24届日内瓦国际发明展览金牌,1997年第88届巴黎国际发明博览会大奖—法国国防部长金奖),1997年10月荣获联合国(TIPS)中国国家分部授予的发明创新科技之星奖。他们进一步发展的碱性电镀锌镍合金新技术于1999年12月荣获厦门市第二届优秀发明革新评奖活动的优秀发明创造一等奖。该技术已先后在福建龙岩、河北邯郸和广西南宁推广应用,并取得了较好的经济效益。姚士冰、许书楷、陈秉彝等教授开发了多个电镀、化学镀及表面处理方面的新工艺技术。1996年,接受安格凯隆(Engel-hard)国际公司委托,研发纯钯电镀工艺。不仅研发了适合于不同要求的薄钯、厚钯电镀新工艺,而且在此基础上,研发了钯镍和钯钴合金电镀新工艺。其中,钯镍合金电镀工艺应用于工业化生产,并申请了专利。2001年,接受新加坡、香港Compass公司的委托,研发适合于柔性线路板上的化学镀金、电镀金技术。不仅研发了化学置换镀金、自催化化学镀金、电镀薄金、电镀厚金等工艺,而且在此基础上,研发了电镀硬金新工艺。其中,化学镀金和电镀硬金工艺已实现工业应用。与广东光华化学厂有限公司合作,研发非甲醛化学镀铜新工艺,该工艺成功地进行了中试。与厦门凯立五金企业有限公司、厦门宇光表面处理技术有限公司和广东光华化学厂有限公司合作,开发无氰镀铜新工艺。该工艺已申请国家发明专利并进行了工业化试生产。开发出硫酸盐三价铬电镀新工艺,该工艺已申请国家发明专利。中试结果表明,该工艺是目前国内外最好的工艺之一,具有广阔的市场前景。此外,还开发了无氰镀银新工艺,高整平XC酸性光亮镀铜工艺,易调整全光亮镀镍工艺,全光亮镍铁合金电镀工艺,XSN99枪黑色锡镍、锡钴合金电镀工艺,碱性无氰光亮镀锌新工艺,三价铬镀锌蓝白色钝化技术、三价铬镀锌彩色钝化技术(浓彩、淡彩),无氰自催化化学镀银工艺,无铅镉长寿命、超光亮化学镀镍工艺,电铸镍、铜技术,铜及其合金黑色钝化等工艺。这些工艺均能达到工业化应用水平。其中,部分工艺实现工业化应用。

二十世纪五十年代后期,化学系在化学电源方面的研究已从基础向应用发展,成为我国主要的化学电源研发基地,一直是中国电子学会化学与物理电源专业委员会的副主任单位。林祖赓教授等研发的银锌电池技术在遵义的军工厂获得应用,60年代,田昭武教授带领团队(田昭武、林祖赓、郭祥康、叶世源、陈体衔、尤金跨、林华水)开展了新型化学电源的研究(如锌-空气一次电池和二次电池的研究、无线电引信电池低温性能的研究、密封式镉镍电池失效原因的研究等)。林祖赓教授等研发的锌空电池在我系化工厂投产,并在安徽的煤矿获得了实际应用,1992年开展锂离子电池研究,是最早进行这方面研发的单位之一,林祖赓教授、董全峰教授等与厦门宝龙集团合作,在我院成立了厦门大学宝龙电池研究所,以同安二楼左半側的一楼和二楼作为研发基地,可自行生产锂离子电池芯片,为全国锂离子电池行业培养了20多位技术负责人,他们坚持高质量标准,现宝龙生产的锂离子电池专供国防使用并出口到韩国。

2001年7月,时任分管副校长的朱崇实教授带领时任化学化工学院副院长的廖代伟教授和时任校科研处处长的林昌键教授等亲赴南孚电池有限公司,由朱校长代表厦门大学与南孚电池有限公司签署了在我校成立南孚电池有限公司博士后科研工作站厦大研究中心的协议,由廖代伟教授任主任。南孚电池有限公司出资装修了同安二二楼右半側作为中心的实验室,原先规划开展燃料电池方面的研发工作。2002年日本东芝公司在市场上推出了锌镍一次电池(商品名为镍干电池),就它是将目前常用的碱锰电池的正极材料二氧化锰全部或部分替换成羟基氧化镍而制成的新一代干电池,具有功率大、寿命长等优点及利润和市场空间。但当时生产镍干电池的关键原料—羟基氧化镍国内没有,日本的公司为了保证其电池的垄断地位获得高额利润,技术保密且生产的羟基氧化镍原料也不对外出售。国内碱锰电池售量第一的南孚电池公司在获知有关情报后,2002年初带来两粒电池,要求厦大研究中心解剖研发。廖代伟教授的团队(廖代伟、符显珠、李俊、林敬东等)当年即完成了数码镍干电池材料的技术研发,南孚电池公司在我们前期研发合成羟基氧化镍的技术基础上,于2003年底率先在国内出售数码聚能镍干电池。廖代伟教授的团队(廖代伟、符显珠、李俊、林敬东、卢成慧、梁营、王新等)已获有关羟基氧化镍和镍干电池正极制备方法的6项中国发明专利授权,具有生产镍干电池的技术。他们自己合成的掺杂羟基氧化镍材料制成的样品电池(利用南孚的电池生产线)的性能已超过国内同类成品、达到或超过国外同类成品。2006~2007年,与世纪博创科技(厦门)有限公司合作,作为国家中小企业创新项目,在该公司建设了新型高功率电池正极材料羟基氧化镍的生产车间。同时,廖代伟教授的团队还开展了直接甲醇燃料电池(实验室样品电池可给手机充电、带动微型风扇)、以及高铁电池与高铁酸盐净水剂、镍氢电池和锂离子电池材料的研发等。在同安二楼于2006年改为院办公楼之前,整栋楼可称之为电池楼,挂有厦门大学宝龙电池研究所和南孚电池有限公司博士后科研工作站厦大研究中心两块牌子,热火朝天地开展着锂离子电池(林祖赓教授和董全峰教授的团队)、直接甲醇燃料电池、锌镍一次/二次电池和高铁电池(廖代伟教授的团队)、固体氧化物燃料电池(王世忠副教授的团队)等化学电源的研发工作。

分析化学团队研制出多种实用型的化学分析仪器,1960~1965年,张荣坤教授指导海洋所海化室郭一飞完成了船用化学仪器的系列研究,开创国内船用化学仪器要素测定先河,该仪器系列为船用海水测氧仪和船用光电比色计,列入全国第一次海洋仪器会战内容,研制成功后由第二分析仪器厂生产。1978年获全国科学大会奖的75-3A型快速极谱议、1980年获国家科技发明奖的Sy-1型溶解氧测定仪等。黄本立教授的团队研究发展了许多重要的分析仪器,杨孙揩教授指导了多家矿泉水公司的生产,黄贤智教授为许多企业解决了分析问题。

高分子专业是在应用性科研起步和发展起来的,1958年我校接受福建省下达的任务在厦门办一个化学纤维厂。我系即派人进行国内调查,最后选择派人到天津工业试验所学习由糠醛试制尼龙66,并在校内招收高考落榜生数十人培训化学实验的基本技能,然后派往苏州一科研所学习由蓖麻油试剂尼龙11,年底回来后即一方面在校开展试指工作,一方面在杏林建厂,翌年进厂准备试产,由此在系里确定成立高分子专业,准备专业课程和建立实验室,至1961年有首届高分子专业毕业学生。在培养了两届高分子化学毕业生之后,因调整而下马。1970年,仍由蔡启瑞教授倡导重新组建了高分子专业。潘容华教授为高分子专业培养了大批人才。在“文革”期间70年代初招收工农兵学员试点班时,就有高分子学员。为配合专业,决定将原来的试剂厂改办为化工厂,与厦门鱼肝油厂合作办有机硅车间,由高分子组进行实验室研制乙基和苯基有机硅单体,后制出乙基有机硅油和苯基有机硅树脂耐高温涂料,转入化工厂试产成功后由鱼肝油厂接办另建厂生产。潘容华教授领导的高分子组则转入威克树脂的研制,制成后供我校印刷厂和厦门第二印刷厂应用。他们制出的威克树脂印刷版,做我校学报封面和插图,能制出细线条和独立小点的插图,解决了以往用锌版无法制出的精细版,且版质坚韧耐用。随后推出至龙海和漳州印刷厂应用。1975年与厦门第六塑料厂共同研制了国内首创的发泡型轻质钙塑板,具有隔热保温吸音的性能。可以作轻质墙体和隔板。当时我国第一台大型仪器激光拉曼光谱仪的实验室即用次钙塑板装饰。北京光华木材厂派人来厦参加技术鉴定并学习此技术回京进行生产以替代木材。此科研到生产的技术获得厦门市科委和福建省科委的科技成果奖。1978年又开展了JL-1型接枝氯丁胶粘剂的研制,以解决当时用氯丁胶粘剂粘鞋容易脱胶的问题,首先在我校化工厂试产,提供给厦门几个制鞋厂应用,通过技术鉴定后继续研制成含有第二单体的JL-2型接枝氯丁胶粘剂,且申请了专利,专利号JL-8710725.2, 此成果获福建省政府的科研成果奖并发给奖励证书,因此也获得我校第二届南强奖。90年代,戴李宗教授等在此基础上进一步研制成无三苯的接枝氯丁胶粘剂和聚氨酯鞋用胶零低毒球柱型鞋用胶,得到省环保局的嘉奖,且通过技术鉴定,列为省重点新产品。供泉州华亿鞋材有限公司生产,给省内外鞋厂使用。后又经教育部技术鉴定,此接枝型氯丁胶粘剂达到国际先进水平,列为国家级重点新产品,也申请了专利。他还进行了建筑墙体涂料的研制,先后将此技术成果转让给近十家乡镇企业生产,取得了很好的效益,另外还进行了加丙烯酸脂共聚的白乳胶的研究,到厦门胶合塑料厂进行中试生产为卷烟胶,供厦门卷烟厂试用,此胶的特点是能不断通过针孔流出又能快干粘牢,在高速卷烟机的生产过程中能适应,可以替代进口的卷烟胶。邹友思教授等的硬质聚氯乙烯建筑管材阻火圈、紫外光固化聚氨酯涂料、塑料热熔转印胶、废橡胶粉脱硫再生、塑料色母料、汽车发动机清洗剂等多项科研成果已实现产业化。

进入新世纪以来,校、院两级对应用研究和科技成果转化的重视和力度不断加强,在学校资产经营公司和学院领导的大力支持下,众多的科技成果已经或正在实现产业化应用。

谷氨酰胺是一种条件必需氨基酸,是生物体合成核酸的必需物质,也是蛋白质合成与分解的调节物。谷氨酰胺在维持肠道机能,促进免疫功能,维持体内酸碱平衡及提高机体对应激的适应性等方面都发挥着极其重要的作用。由于谷氨酰胺水溶性差且不稳定,加热灭菌时生成对人体有毒的副产物,因而本身不能作为药物直接使用,只有将其转化为稳定的衍生物才能既起到谷氨酰胺对人体的作用,又符合作为药物的要求。Peter Furst等发现L-丙氨酰-L-谷氨酰胺(简称丙谷二肽)是谷氨酰胺理想的替代品,并于1995年被开发为肠外营养药物在欧美等发达国家广泛使用,目前已应用于严重感染、创伤、大手术、大面积烧伤及恶性肿瘤等疾病的治疗。1995年丙谷二肽作为药物在德国批准上市,同年在欧洲各国上市。目前只有德国费森尤斯卡比公司(Fresenius-kabi)能够生产丙谷二肽原料药。其合成方法采用二肽的传统合成工艺,原料成本高,反应步骤多,副产物毒性大且难以去除,分离繁琐,因而产品价格昂贵。1999年该药品以力肽为商品名进入中国市场,并由费森尤斯公司控股51%的国内合资企业华瑞制药进口原料药在国内制剂化。目前,国外又发展出包括口服胶囊、口服液、粉针等多种剂型上市。在我国,由于丙谷二肽还未实现工业化生产,只能依靠进口,价格昂贵,所以未能在临床上得到广泛的应用。基于国家安全、人民健康和经济发展的需求,急需实现丙谷二肽产品的国产化产业化。

赵玉芬教授领导的化学生物学团队在总结和利用二十多年的基础研究成果基础上,通过近三年的攻关,采用全新的合成路线合成出二肽药物—L-丙氨酰-L-谷氨酰胺。该合成方法具有工艺稳定、原料易得、成本低、合成步骤短、副产物毒性小、产物纯度高和易于产业化等优点。据推算,该方法生产丙谷二肽的原料成本约为德国工艺原料成本的四分之一左右,且随着工艺的精细化和生产规模的扩大,成本还可进一步降低。该产品已通过中试。2003年3~5月,与福建三农集团股份有限公司(简称“三农”)合作在三明进行关键中间体磷酰化氨基酸的中试生产,已生产出120 kg磷酰化氨基酸(该中间体需在-10℃条件下储存运输)。2003年2~6月,与厦门中坤化学有限公司(简称“中坤”)合作在海沧进行了三批次中试生产,制备约7公斤的丙谷二肽产品。该中试过程质量控制稳定,纯度达99.5%。两阶段中试结果显示,该工艺路线稳定可行,工艺条件成熟可靠,已具备了产业化的技术条件。2002年12月,经教育部批准成立的国有独资企业厦门大学资产经营有限公司又为丙谷二肽的产业化创造了有利的条件,奠定了坚实的基础。目前,在厦门大学资产经营有限公司的支持下,正在与厦门市政府及有关企业(三农、中坤、建发等)协商实现大规模产业化的事项。

多壁碳纳米管是一类新结构形态的纳米碳材料。这类纳米碳材料具有一些独特的物理化学性质,在复合材料、电子器件、吸波、催化与吸附分离等诸多领域,具有现实或潜在的重要用途。张鸿斌教授和林国栋教授带领的团队致力于新型纳米碳材料-多壁碳纳米管的研制、规模化生产和催化应用开发。他们在国内外较早(1995)发明了一种过渡金属纳米催化剂及用于催化裂解甲烷、CO合成管径较小而均匀多壁碳纳米管的方法,获中国发明专利(ZL 96 1 10252.7),后于2005年发展成单反应管(f150 mm)单程产率达公斤级制高纯度多壁碳纳米管的实用技术;2010年在新疆库车新成与相关企业合作建成5吨/年级多壁碳纳米管生产装置。该项技术生产的多壁碳纳米管的外管径在10~50 nm范围,内管径 3~7 nm,总碳含量 ≥ 99.5%,石墨状碳含量 ≥ 90%;从原料、催化剂、合成条件及产物的结构和性能形成特色。该方法/技术具原创性,通过省级科技成果鉴定,达到国际先进(部分领先)水平。与此同时,取得若干有关多壁碳纳米管生长影响因素及其结构与性能表征的理论创新成果,为多壁碳纳米管的应用开发积累了充分的科学基础,在多壁碳纳米管的催化应用开发方面取得了许多成果。特别是,以自行研制的多壁碳纳米管作为载体或促进剂,先后研制出若干高效新型催化剂,包括:丙烯氢甲酰化制丁醛用多壁碳纳米管负载Rh-膦配合物催化剂(1999),合成气制甲醇用多壁碳纳米管促进的Cu-Zn-Al催化剂(2002),合成气制低碳醇用多壁碳纳米管促进的Co-Cu(2005)、Co-Mo-K(2007)和Ni-Mo-K(2009)催化剂,CO2加氢制甲醇用多壁碳纳米管促进的Pd-Zn(2008)和Cu-Zn-Zr(2009)催化剂,芳烃加氢饱和脱芳用多壁碳纳米管负载Pt催化剂(2007)等,申报5项国家发明专利。其中,多壁碳纳米管促进的Ni-Mo-K催化剂在5.0 MPa, 568 K的反应条件下,催化CO加氢制低碳醇醚的总选择性达 78%,产物以C2~4醇为主,其选择性达 51%;CO2加氢制甲醇用多壁碳纳米管促进的Cu-Zn-Zr催化剂在5.0 MPa, 523 K的反应条件下,加氢产物甲醇的选择性达98%,时空产率可达0.7 g/(h·g)。这两种催化剂已与合作单位签约进行工业放大,正着手进行工厂侧流试验,进而拟建设工业示范装置。

廖代伟教授的团队(廖代伟、林敬东、许宗祥、欧延、符显珠、李俊、许清池、梁营、卢成慧、陈程雯、朱文霞、邹红梅、方舒玫、王新、林璋、林贻基、蔡云、黄桂玉、杨振威、郭伟明、杨冬丽、易军、魏光、林银钟、谢翠兰等)在国内较早开展了纳米材料尺寸与形貌可控制备及其实际应用的研究,他们开发了简易、低成本的均匀沉淀等方法,成功制备了不同细度与形貌的纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米氧化铁、纳米二氧化铈、纳米四氧化三钴、纳米二氧化硅和纳米银等纳米粉体材料,确定了小试和放大生产的工艺条件;还制备了螺旋形碳纳米管及不同形貌的纳米硅晶和硅管。他们与福建省新闽科生物科技开发有限公司合作,承担福建省科技攻关计划重点项目,进行了纳米矿物元素饲料添加剂的研制与营养生理效应研究,研发了各种细度可控的矿物元素纳米粉体材料的有效制备和改性方法,确定了小试和放大生产的最佳工艺反应条件。完成了纳米氧化锌饲料添加剂的动物营养生理效应、抑菌防霉效应和环保效应的研究,研制了符合国标的纳米饲料添加剂新产品。这是纳米功能材料化学与动物营养学的学科交叉技术,将纳米技术首创应用到饲料添加剂的产业化中,发展了具有细度可控、质量保证、成本低廉、适合规模生产等优点的的矿物元素纳米粉体材料的制备方法。首次证实了动物营养生理效应与纳米尺寸效应的定量关系,为纳米粉体材料作为饲料添加剂的生物可应用性提供了评判参考和实验依据。试验证明纳米材料在饲料添加剂中起双重功效,微量元素更易被生物体所吸收(如,纳米态锌的生物利用效率为传统锌产品的200%),其抗菌防霉和抗氧化的作用减少了排泄物中粪臭素的含量(如,氮的排放减少10~15%),替代昂贵的有机化合物,消除了有机物在动物体内的残留积累,提高了食用畜禽品对人体的安全性,降低了生产成本。制订了纳米饲料添加剂的企业标准(Q/FJMK 017-2006),新增纳米微量元素产品两种,在三个养猪场和一个饲料厂进行了推广试验,2007年,含该项目成果的纳米微量元素的全价配合饲料推广量已超过2万吨,预混料超过5000吨,产品已销售到广东、广西、浙江、江西、湖南、湖北、河南等地区,新建了年产12万吨预混料和10万吨高档乳猪料生产能力的新闽科福湾生产基地(占地60余亩,总投资5000万元)。使用该成果的纳米饲料添加剂,每头肉猪饲养时间缩短7~10天,每头肉猪节省饲料20千克,每千克饲料平均价格2.0元,每头猪相当于节省成本(或增加效益)40元。1000万头猪年节省饲料20万吨,相当于增加经济效益人民币达4亿元。福建省年生猪出栏1400万头左右,全国年生猪出栏达5.5亿头,按市场推广面10%计算,年可增加经济效益人民币20亿元以上。该成果获福建省2007年度科学技术奖二等奖(廖代伟、周安国、况应谷、陈炳钿、林敬东、王之盛、肖学奎),并被列入我省与欧盟科研机构的生物纳米技术应用国际合作项目,已与荷兰瓦格宁根大学签订合作协议。此外,廖代伟教授的团队还将纳米材料与技术应用到合成氨催化剂、燃料电池催化剂、光催化剂、甲醇脱水制二甲醚催化剂及化学电源材料等功能材料中。

高景星研究员的团队(高景星,李岩云董振荣等)长期以来一直从事有机金属化学和均相催化的研究。1990年起,他们设计合成了一类多齿胺膦配体,成功地制备了一系列含有双膦、四齿胺膦配体的过渡金属配合物,比较系统、深入地研究了它们的合成技术、结构特征和催化性能,开拓了四齿胺膦金属配合物化学的新领域。1995年开始,他们致力于手性金属配合物的化学与在不对称催化反应中的应用基础研究。手性是自然界的普遍特征。手性药物分子中两种对映异构体(R)-和(S)-异构体的物理化学性质相似,但在人体内的药理活性、代谢过程及毒性存在显著差异,甚至相反。因而合成单一对映体手性分子、手性药物是当代化学家面临的一项挑战。而不对称催化合成是获得单一对映体最有效的途径。不对称催化是“四维”的化学,为达到最大的手性增量和高的光学选择性,化学工作者必须精密设计能在对映性原子、基团或对映面之间准确进行分子识别的手性催化剂。手性催化剂中的不对称因素——手性配体成为实现高效不对称催化合成的关键。十多年来,他们开发了一类新型手性四齿胺膦配体,含有“软”的磷原子和“硬”的氮原子,可增加中心金属原子的碱性和调节其电子性能,也可较方便地控制配合物的配位数和立体构型,还可降低分子内或分子间的交换过程,提高配合物的刚性和发挥特异的光学选择性。他们进而利用这类自行设计合成的手性多功能团配体,从分子水平率先制备了三十多个含有Ru、Rh、Ir、Pd、Fe、Cr、Mo、Cu或Ag等金属中心的手性或非手性胺膦金属配合物,利用这些配合物为催化剂,发现了它们在β-酮酯的不对称催化氢化,芳香酮的对映选择性还原和消旋二级醇的动力学拆分等的不对称催化反应中有重要的应用,获得了对映选择性高达99% ee的优秀结果。他们开发的手性胺膦配体、手性胺膦金属配合物催化剂还被国内外专家推广应用于不对称环丙烷化反应,不对称环氧化反应和潜手性亚胺化合物的不对称还原反应,取得了很好的效果。最近,他们已应邀撰写文章,介绍他们自行开发的手性双胺双膦配体C6P2N2和C6P2(NH)2,作为两个重要和具有广泛应用价值的有机合成试剂,编入2011年度即将出版的《威利斯有机合成试剂全书》(Wiley’s Encyclopedia of Reagents for Organic Synthesis)。

手性芳香醇可作为多种手性醇胺类药物的重要中间体。几年来,高景星研究员的团队开展了芳香酮的不对称催化还原,制备高光学纯度手性醇的应用研究。通常,芳香酮的氢化需在50~100大气压的氢气中进行。长期以来,芳香酮的高效不对称氢化一直难于实现。他们应用自行创制的手性催化剂,开发了一条高效合成手性醇的新路线。在室温至83 ℃的温和条件下,不用氢气,仅用异丙醇作为溶剂和氢源,高手性效率地实现了二十多种芳香酮的不对称氢转移催化氢化,底物与催化剂的摩尔比高达10000﹕1,反应产物手性醇的光学纯度高达99% ee,达到了生物酶催化的水平,取得了突破性的进展。手性胺膦金属配合物及其制备方法和在不对称催化氢化的应用(ZL 97 1 12606.2,)和手性铱催化剂及其制备方法和在工业合成手性醇中的应用(ZL 02 1 43040.3)已获国家发明专利授权,并获中国高校科学技术成果二等奖(2001)和第十四届全国发明展览会银奖(2003)。

2008年,高景星研究员的团队与浙江司太立制药有限公司签订了不对称加氢合成药物中间体EBH的技术开发合同(开发经费100万元)。他们设计的手性催化剂、手性催化体系,可以高手性效率地合成手性药物中间体EBH。EBH是合成新型高效抗菌素药物碳青霉烯和青霉烯类的关键中间体。该项目已在2008年11月完成小试验收。目前司太立制药公司正在进行中试车间的设计和筹建。2006年,他们开始与广西化工研究院建立科研合作关系,首先在实验室制备手性醇的扩大试验,取得成功之后,于2009年,双方签署了新手性催化体系的开发和在中试合成手性醇中的应用的合作协议(开发经费150万元)。手性醇是一种高附加值的高科技产品,它们可作为二十多种手性醇胺类药物的重要中间体。他们利用自行开发,具有自主知识产权的新手性配体、新手性催化剂,在常压和接近室温的温和条件下,高手性效率地合成手性苯丙醇等八种手性芳香醇。该项目通过实验室扩试验收后,已由广西化工研究院建成了中试车间,成功地通过了三批试产。目前该车间生产的高光学纯度的手性醇已开始销往国际市场。这是目前我国唯一一家利用自行开发的手性催化剂和不对称催化氢化技术,可高手性效率生产手性苯丙醇等八项手性醇,且其光学純度高达97~99% ee值的生产工厂。2009年,他们与广西化工研究院合作开发的另一个项目是左旋肉碱的合成(开发经费60万元)。1997年我国卫生部就认定左旋肉碱是一种安全的营养强化剂,它也是一种安全无副作用,能减肥的维生素。合成左旋肉碱可通过化学拆分法,从手性化合物出发的合成法和不对称催化合成法等多种途径。他们采用最有效的不对称催化氢化的方法,先将4-氯乙酰乙酸乙酯氢化还原成手性中间体(R)-4-氯-3-羟基丁酸乙酯,然后经胺化、酸化等步骤制得了高纯度的左旋肉碱。该项目在实验室已完成了小试试验,于2010年10月份,又与广西化工研究院开展合作研究,在该院成功完成了实验室扩大试验,为中试车间的设计和筹建提供了重要的实验依据。最近,他们又创制了一类新型的手性大环胺膦配体,并发現了它们在不对称催化合成中有重要的应用,其催化效率超过了早先开发的手性开链胺膦配体。

二十二碳六烯酸(DHA)属于人体必需脂肪酸之一,有重要的生理调节功能和保健作用,其增强记忆与思维、提高智力等作用十分显著。DHA还能保护视网膜,可预防近视和改善视力,对婴幼儿的视觉发育、视觉功能的正常发挥有非常重要的作用;DHA能调节血脂有效成分,具有清理血清胆固醇和甘油三醇、扩张和软化血管、健脑益智的功效,能从许多环节上有效地防止动脉粥样硬化性疾病和血栓性疾病;DHA还具有预防老年痴呆症、神经性疾病的功效;在食品、保健品和养殖行业有重要用途,目前全世界超过70个国家(包括中国)强制规定在婴儿奶粉中添加DHA。但其传统来源是从深海鱼油中提取,资源有限,纯化复杂,得率低。2003~2010年,卢英华教授的团队(卢英华敬科举、周林、陈丽珠、倪洁)利用富含不饱和脂肪酸的海洋裂殖壶藻生产精制DHA藻油,完成了从菌种筛选进化、小试、中试到工业化生产的高密度培养裂殖壶藻生产DHA的成套技术,先后在厦门汇盛生物有限公司等企业进行工业生产,转让经费超过3000万元。75吨发酵罐的主要指标达到:生物量 200 g/L,总脂肪酸120 g/L,DHA 41g/L,提取总收率>85%,创年销售收入至少1亿元。

花生四烯酸(Arachidonic acid,简称AA 或ARA),是属于ω-6系列的一种多不饱和脂肪酸,具有广泛的生物活性和重要的营养作用。ARA 不仅是机体组织细胞膜的结构成分;同时也是前列腺素、环前列腺素和白三烯类等二十碳衍生物的直接前体。其具有多种生理活性,已在婴幼儿保健食品、医药、化妆品等领域得到广泛应用。ARA的传统来源是动物肝脏、猪肾上腺、血液、鱼油和蛋黄等,但动物组织中的ARA含量很低,约为0.2%,并且受来源和季节的限制,这种方法制备的ARA价格昂贵,不能满足市场的需要。低等真菌,特别是被孢霉属真菌含有大量的ARA,因此利用微生物发酵法生产ARA是制备ARA的新途径。2007~2010年,卢英华教授的团队(卢英华敬科举吴意珣,曾思钰)研发了以筛选的高产ARA高山被孢霉发酵生产功能性食品ARA的技术,完成了小试、中试的发酵和提取技术,高山被孢霉细胞生物量达80 g/L以上,ARA的发酵水平达15 g/ L以上。

2007~2010年,卢英华教授的团队(卢英华敬科举凌雪萍姚传义,王宝贝)研发了以自主筛选的高产红法夫酵母、利用葡萄糖为原料直接发酵生产虾青素的技术。虾青素(astaxanthin, ASTA)化学名称:3,3′-二羟基-4,4′-二酮基-β,β′-胡萝卜素,分子式C40H52O4,是一种红色素,可以赋予观赏鱼、三文鱼、虾和火烈鸟粉红的颜色。虾青素的抗氧化和抗衰老功能大大超过现有维生素E、天然—胡萝卜素、玉米黄素、叶黄素、角黄素等,在自然界,虾青素具有最强的抗氧化性。虾青素已经广泛应用的领域—水产养殖、家禽养殖、人类食品及保健营养品、化妆品和人类药品和兽类药品等领域广泛应用。只有藻类和酵母菌和细菌等可以产生虾青素,更高等的动物不能转化出这种化学结构。该技术ASTA的发酵单位可达700 mg/L以上,发酵周期为120-130 h之间,发酵工艺简单。已在合作企业进行70吨发酵罐的工业生产,长期连续运行平稳,操作稳定,各项指标达到要求。

同时,卢英华教授的团队(敬科举卢英华吴意珣、史莹飞)还研发了重组毕赤酵母表达新一代地特胰岛素(Dete Insulin)的生产技术。在胰岛素的临床应用中,即使是人胰岛素,也存在不良反应和耐受性方面的缺陷,尤其是低血糖风险和体重增加,成为了胰岛素治疗中人们关注的重要问题。新一代可溶性长效胰岛素类似物-地特胰岛素降糖作用变异性小,可降低低血糖发生危险。他们开发的地特胰岛素通过将天然人胰岛素B链上排列在第30位的苏氨酸(Thr)去掉,在第29位赖氨酸(Lys)上结合一个14C 游离脂肪,目的是通过其分子间强大的自身聚合以及脂肪酸侧链与血清白蛋白结合,形成蛋白结合体,实现长效作用,用于治疗Ⅱ型糖尿病,目前已批准在我国上市。他们由自主构建的毕赤酵母基因工程高效分泌表达地特胰岛素原,目前的发酵水平达500-700 mg/L,表达蛋白经过柱纯化,酶切和蛋白自我折叠,获得高纯度和高活性的地特胰岛素。生产技术已经在合作公司100 L的发酵装置开展,各项指标达到要求。

2008~2010年,敬科举卢英华、谢友坪等研发重组大肠杆菌发酵生产L-色氨酸的技术L-色氨酸(Tryptophan, Trp)作为人体的必需氨基酸,参与人体蛋白质合成和代谢网络调节,具有调节蛋白质合成、增强免疫及促进人体消化等功能,在食品工业中被广泛地用作食品添加剂、调味剂和抗氧化防腐剂。由于L - 色氨酸及其代谢产物对机体的广泛作用,在医学上被用作氨基酸注射液和复合氨基酸制剂。L-色氨酸也是动物维持生长的必需氨基酸。缺乏L-色氨酸导致动物采食量下降、生长迟缓、被毛粗糙。动物体内不能合成L-色氨酸,而植物性饲料中的L-色氨酸通常不能满足猪禽的需要。L-色氨酸可参与动物体内血浆蛋白质的更新,并可促进核黄素发挥作用,还有助于烟酸与血红素的合成。因此,色氨酸作为动物体内不能合成而又具有多项生理功能的必需氨基酸,已经被我国农业部确认为6种饲料级氨基酸之一,成为继赖氨酸、蛋氨酸之后的第三大饲料添加氨基酸。因此潜在需要量很大。加上中国庞大和不断增长的饲养业将使色氨酸的市场需求进一步扩大。他们通过基因工程技术构建高效表达L-色氨酸的重组大肠杆菌,利用葡萄糖为原料直接发酵生产L-色氨酸,糖酸转化率可达20%以上,对底物的利用效率很高,发酵周期短 (38~40 h),发酵工艺简单,适合大规模生产。发酵单位稳定在42 g/L以上。已在合作企业完成150吨规模发酵罐工业生产,收率:饲料级80 % ,药品级:70%;各项指标达到要求。

万古霉素是由东方拟无枝酸菌(Amycolatopsis、oriertalis)的发酵液中分离得到的具有抗革兰氏阳性菌的一种糖肽类抗生素,在临床上常被用作治疗由耐甲氧西林金黄色葡萄(MRSA)和耐甲氧西林表皮葡萄球菌(MRSE)引起的严重感染病首选药物和被用作在β-内酯酰胺类抗生素或其他抗菌药物治疗失败后可以使用最后手段,同时万古霉素被国际抗生素专家誉为 “王牌抗生素”。由于万古霉素独特的作用机制,且多肽类抗生素在体内易分解,使其不仅在临床上而且在畜牧业上也得到了广泛的应用。世界每年万古霉素的需求量总计大概40~50吨,其中25吨左右在美国市场销售,其次是日本和欧洲主要国家市场。估计世界年销售额约在5亿~6亿美元之间。万古霉素作为窄谱抗生素的二线用药,国际市场需求量增幅始终保持在3%~4%之间。敬科举卢英华,曾宪海等在2006~2010年研发了由自主筛选的高产东方拟无枝杆菌素发酵生产万古霉素的技术,发酵水平8-9 g/L,发酵时间120 h。经过膜过滤、上柱吸附层析、冷冻干燥等分析纯化工艺,最后获得高纯度的万古霉素原料药,提取收率55~60%,产品质量达到USP28和EP5.0标准。已经在国内知名抗生素生产企业进行20吨发酵罐工业试生产。

达托霉素(Daptomycin)是由玫瑰孢链霉菌发酵产生的酸性脂肽类抗生素。由于其独特的结构和作用机制,在临床上与万古霉素相比表现出广谱、药效快、给药小、副反应小的优点,是目前世界上公认的万古霉素等现用抗生素的最佳替代品,主要用于耐药菌,如耐万古霉素的肠球菌(VRE),耐甲氧西林的金葡菌(MRSA),糖肽类敏感的金葡菌( GISA), 凝固酶阴性的葡萄球菌(CNS) 和耐青霉素的肺炎链球菌( PRSP)的感染。达托霉素的作用机制与其他抗生素不同,它通过扰乱细胞膜对氨基酸的转运,从而阻碍细菌细胞壁肽聚糖的生物合成,改变细胞质膜的性质;另外,它还能通过破坏细菌的细胞膜,使其内容物外泄而达到杀菌的目的,因此细菌对达托霉素产生耐药性可能会比较困难。随着超级耐药菌出现,其他抗生素对其无效情况下,达托霉素成为最后一道屏障。国内国际市场对达托霉素需求逐年增加,2009年市场需求超过5亿美元。目前,达托霉素的发酵生产技术在国内还是空白,是国内医药企业大力开发的下一代治疗多药耐药性革兰氏阳性病原菌所致危及生命的严重感染的新一代抗生素药物。2007~2010年,敬科举卢英华吴意珣、张智翔等研发了以诱变选育的高产玫瑰孢链霉素发酵生产达托霉素的技术,开发的发酵生产技术已经在国内知名抗生素生产企业进行1吨发酵罐中试,发酵水平1.7 g/L,发酵时间192 h。经过膜过滤、离子交换、吸附层析、冷冻干燥等分离纯化步骤,可获得高纯度的达托霉素原料药,产品质量达到USP28和EP5.0标准。

纳他霉素(Natamycin),是由一种纳塔尔链霉菌(Streptomyces Natalensis)经发酵产生的一种多烯大环内酯类物质,能有效地抑制和杀死霉菌及酵母菌。纳他霉素是一种安全、低毒、高效的新型生物防腐剂,已经在很多国家得到广泛使用,包括欧盟,大部分北美和东欧国家,以及一些中东国家。乳酸链球菌素(ninhibifory substance,缩写为Nisin)也叫乳酸链球菌肽或尼生素,是从链球菌属(Streptococcus)的乳酸链球菌发酵产物中提取的一类多肽化合物。由于Nisin是一种多肽,进入人体后易被蛋白酶分解,因此是一种高效、无毒、安全的天然食品防腐剂。它能有效地抑制引起食品腐败的革兰氏阳性菌的生长和繁殖,尤其对产生芽孢的革兰氏阳性菌有特效。两者联合使用可有效抑制和杀死食品中的所有细菌、霉菌和酵母,起到防腐保鲜的作用。随着对化学防腐剂对人体健康的危害和天然食品保鲜防腐剂性质及作用机理的逐步阐明, 以天然食品防腐剂取代化学合成防腐剂已是一种必然的趋势。生物防腐剂纳他霉素和乳酸链球菌素广泛应用于肉制品、乳制品、果汁、葡萄酒、植物蛋白食品、罐装食品,以及饲料、鲜花、水果的防腐保鲜。敬科举卢英华、郝小兵、白羊等从2006年起研发了新型生物防腐剂纳他霉素和乳酸链球菌素生产技术。纳他霉素(Natamycin)生产采用诱变筛选的高产褐黄孢链霉素发酵生产,发酵单位可达10-12 g/L。Nisin通过乳酸链球菌发酵生产,经过滤、柱吸附和结晶获得Nisin产品,发酵单位达12000~15000 IU/mL。开发的发酵生产技术已经在合作企业20吨规模发酵罐进行试生产。

β-葡聚糖酶是专一性水解β-葡聚糖的水解酶。β-葡聚糖是一类非淀粉类多糖,它是由30%的β-1, 3-葡萄糖苷键和70%的β-1, 4-葡萄糖苷键组成的链状多糖。大麦中含有2-10%的β-葡聚糖,在用大麦酿造啤酒时,由于麦芽汁中含有这种多糖导致粘度很高,无法过滤;在成品中如果含β-葡聚糖,将会在啤酒冰冻后形成雪花状浑浊物。因此国外在啤酒生产中要添加β-葡聚糖酶。在饲料工业中,由于饲料大麦、燕麦胚乳中含β-葡聚糖,而动物肠道不分泌降解该糖的酶类,导致饲料营养价值降低。在饲料中添加少量的β-葡聚糖酶,可增加家畜对谷物的消化与吸收,并可消除饲料中的抗营养因子,提高饲料的利用率,从而提高畜禽生长速度和饲料转化率,是大麦等禾谷类作物作为优质的能量饲料而应用于饲料生产。因此,β-葡聚糖酶的应用价值,已日益引起关注。目前,国内β-葡聚糖酶的需求多通过进口满足。国内β-葡聚糖酶的生产均通过分离、筛选木霉、黑曲霉、枯草芽孢杆菌、丝状真菌等进行生产,菌体生长慢,产量低,基本不能满足生产要求。2003~2009年,卢英华教授的团队(卢英华何宁凌雪萍、程志敬、刘征)研发了基因工程菌高效表达胞外β-葡聚糖酶技术,他们将β-葡聚糖酶从枯草芽孢杆菌中获得的β-葡聚糖酶基因(杂交基因)和BRP分泌系统克隆到质粒pLF3和pET中,再转入大肠杆菌BL21(DE3)中,或将β-葡聚糖酶基因经密码子优化后导入重组毕赤酵母,极大地提高了β-葡聚糖酶的耐热度和表达量,并使β-葡聚糖酶分泌到培养集中。在合作企业1吨发酵罐中利用优化培养基培养,大肠杆菌胞外产酶量达到3000 IU/mL,重组毕赤酵母更达到12000 IU/mL以上。

基因治疗是指将正常基因植入靶细胞代替病人细胞中的遗传缺陷基因,或关闭、抑制异常表达的基因,以达到预防和医疗疾病目的的一种临床医疗技术。基因治疗中最重要的环节是选择适当的基因载体,将治疗基因准确运送到靶细胞。用于基因治疗的载体主要有病毒和非病毒两大类。病毒载体的优点是基因表达的时间长,转染效率较高,缺点是对外源基因的容纳量少(约为4.5 – 30 kbp)、稳定性差、会引起免疫系统反应,此外在确保安全性上仍有些问题。因此非病毒载体正在成为最有吸引力的基因传递载体。质粒DNA作为一种新的非病毒转基因载体,优点是安全可靠、稳定、对外源基因的容纳量不限、不会引起免疫系统反应及易于生产等。此外,质粒DNA已用于细胞膜上和动物体内表达特异性抗原以激发和增强免疫应答和记忆,由此提供了产生新一代安全疫苗-核酸疫苗的潜力。目前,裸质粒DNA疫苗已经在许多难治性感染性疾病、自身免疫性疾病、过敏性疾病和肿瘤性疾病的预防及治疗领域显示出广泛的应用前景。2003~2007年,卢英华教授的团队(卢英华何宁、黄翠云、郑淑真)研发了高密度培养重组大肠杆菌生产基因治疗和基因疫苗的非病毒载体-质粒DNA的技术。现已完成了多种基因治疗载体在大肠杆菌中的克隆,完成了通过高密度培养大肠杆菌大规模生产基因治疗质粒的工艺(质粒浓度达到 52 mg/L, 或23.5 mg/g干细胞),以及利用反胶团萃取、色谱分离、提纯质粒和利用毛细管电泳分析质粒质量的方法。本工艺可低成本生产出达到欧美临床应用标准的裸质粒DNA。

聚乙烯吡咯烷酮(PVP)是一系列性能优异的高分子精细化工产品,用途广泛。黎四芳教授的团队开发了加压乙炔法生产乙烯基吡咯烷酮和聚乙烯吡咯烷酮的技术工艺,2003年在安徽省实施产业化,建立了乙烯基吡咯烷酮和聚乙烯吡咯烷酮的工业生产装置并成功投产,产品出口多个国家。2007年,该项目生产技术成功地进行了国际技术转让(为厦门大学首例国际技术转让),在印度修勒浦尔建立了年产1200吨PVP生产装置并成功投产,新增年产值1200万美元。三氯蔗糖(蔗糖素)是唯一以蔗糖为原料生产的功能性强力甜味剂,其甜度是蔗糖的600倍,可供肥胖、心血管病和糖尿病等患者食用。黎四芳教授的团队开发了以蔗糖为原料、经单基团保护反应生成蔗糖-6-酯、再进行选择性氯化、脱酯得到三氯蔗糖的技术。他们从1998年开始研究,2004年与企业合作进行了中试,2005年实现了工业化,年产量20吨,年产值2000万元。烷基糖苷(APG)是新一代环境友好绿色表面活性剂,其生产所需原料是可再生的自然资源衍生而来的葡萄糖和脂肪醇。黎四芳教授的团队开发了葡萄糖直接和十二醇反应而制得APG的技术工艺。2003年在广东与企业合作建立了年产300吨的装置,年产值450万元。纽甜是一种新型的非营养型强力甜味剂,甜度是蔗糖的8000倍,它是以阿斯巴甜为原料通过加氢烷化而制得的,是中国《食品添加剂卫生标准》唯一无使用范围限制,无使用量限制的高倍甜味剂。黎四芳教授的团队开发了以阿斯巴甜,3,3-二甲基丁酸,氯化亚砜和氢气为原料、合成3,3-二甲基丁醛和纽甜的技术工艺,正在中试阶段,并于2010年8月技术转让给深圳一家公司。

我院的许多应用研究成果已汇编入厦门大学或化学化工学院的科技合作项目汇编之中,如:李清彪教授团队(李清彪何宁黄加乐王海涛王远鹏郑艳梅等)的龙眼的综合利用技术开发、剩余污泥的资源化处理技术、贵金属纳米颗粒及其催化剂的生物还原制备技术、高浓度有机废水的水解-好氧循环生物处理技术、水质快速检测试剂盒、含氨废水综合治理技术、生物絮凝剂的工业生产与应用、蕉芋的综合利用技术开发等;罗正鸿教授的氟硅特种防污高分子涂料(聚合)工程和烯烃(丙烯)聚合工程等;廖代伟教授团队(廖代伟、欧延、方舒玫、卢成慧、林璋、林敬东等)的水洗式光催化空气净化器、高铁酸盐净水剂、纳米复合材料等。化学系及后来的化学化工学院已获国家发明专利授权数百项。

值得一提的是,化学系及后来的化学化工学院也在应用型人才的培养上作出了极其重要的贡献,派生出了许多与应用研究密切相关的系、所、院。如:催电室后发展成中科院福建物质结构研究所的主要组成部分,海洋化学专业是七十年代厦门大学组建海洋系的三个支柱之一,八十年代初,由分析化学专业老师为主组建了厦门大学科仪系和环保所,1985年由有机高分子专业老师为主建立的材料化学专业后发展成材料系、材料学院,1991年由催化专业老师为主复办了化工系。化学系还抽调了不少骨干力量支持新成立的福州大学、海洋三所海化室和三明化工厂(如,三明化工厂分管工艺的总工程师江培萱先生就是从化学系调去的)等。

最后,借此机会,向为这篇初稿提供电子版材料的各位老师表示衷心的感谢,没有他们的大力支持,本初稿无法完成。需要说明的是,因时间有限,资料收集不全,资料核对尚需时日,还有许许多多我院的科技应用研究和产业化成果没有出现在这篇初稿中,且可能有相当多错漏之处,本篇初稿仅供参考,算是搭个架子,略现化学化工学院在应用研究和科技开发方面的朦胧影子。恳切希望我院师生员工尽可能及时提供详尽的这方面电子版材料,并认真仔细核对这篇初稿的有关内容,帮助修改完善这篇初稿,以便为我院留下真实的史料。


[本文稿撰写人:廖代伟,2010年12月25日]