工业气体作为工业的“血液”，在化工行业发挥着不可替代的作用。电子特气作为其细分领域，更是被誉为工业气体领域的“皇冠上的明珠”。近年来，我国工业气体产业驶入了发展“快车道”，在资源、技术、装备、产品等各个方面取得了显著进步，自给率不断提升。在取得成就的同时，该产业也出现了一些发展瓶颈。正如近日中国工程院院士、浙江大学衢州研究院院长任其龙指出的，工业气体制造在能耗和品质等方面的局限性日益突出，开发清洁高效的气体合成与分离新技术迫在眉睫。
构建零排放乙炔产业链
乙炔是我国重要的化工原料，年需求量达900万吨，不仅是“有机化工之母”，还可应用于芯片制造等前沿领域。但“传统乙炔生产采用电石工艺，不仅消耗大量优质石灰石和兰炭资源，生产1吨乙炔还会产生16.7吨二氧化碳，资源消耗大且产生废渣。”
为此，任其龙研究团队于今年4月研发出利用等离子体制乙炔技术。该技术以风电、光伏等绿电为引领，以等离子体非常规反应介质为核心，将整个乙炔生产流程绿色再造，实现煤、天然气一步转化制乙炔气体，且副产物都可二次利用。该技术成功解决了传统电石工艺高资源消耗、高碳排放等问题，为乙炔、半导体等产业链的迭代升级提供了革命性的技术路线，也为构建零排放绿色乙炔产业链奠定了基础。
据悉，该技术已通过兆瓦级中试和十兆瓦级工业示范装置的运行验证，单套装置可年产5000吨乙炔。任其龙算了一笔绿色生态账，未来如果将电石工艺全部替换为等离子体制乙炔技术，全国每年至少可减排1.4亿吨二氧化碳，相当于我国二氧化碳年排放量的1%。
研发含氟特气制造新技术
含氟特种气体在集成电路晶圆制造各环节扮演关键角色，但目前国内企业沿袭国外既有的技术路线，无法形成后发竞争优势，研发自主可控且绿色高效的含氟特气制造新技术迫在眉睫。
基于分子辨识分离原理，任其龙研究团队开发了含氟特气净化专用吸附剂，构筑了有序的亚纳米超微孔道结构，能够专一性地捕获含氟特气中的微量杂质，产品纯度可达6N，处理能力较现有吸附剂提升2倍，能耗比传统精馏技术下降80%。
面对含氟废弃物处理问题，任其龙团队采用等离子体技术裂解工业副产三氟甲烷，成功地将含氟废弃物转化为高转化、高收率、高附加值的以四氟甲烷、六氟乙烷为主要产物的产品。
“该反应能耗降低90%，气相产物收率可达90%，产物转化率达90%～99.5%，并且无需使用氟气，绿色、安全、高效。”任其龙说。
吸附分离技术让气体更高纯
高纯气体在现代工业中需求量巨大，无论是电子工业中的高纯氮气、航天中的高纯惰性气体，还是医疗领域的高纯氧气、新能源的高纯氢气，“高纯”字眼的出现都意味着对分离技术提出了更高的要求。
“随着芯片集成密度的增加，先进制程对气体纯度和杂质的要求更高，工艺的复杂和难度也随之提升。”任其龙指出。
对于形状相似、尺寸相当、性质相近的气体，吸附是有效的分离手段。以超高纯含氟电子特气纯化为例，任其龙团队设计制备了具有临界孔径和静电势互补特征的辨识材料，强化对痕量杂质辨识能力，实现极性相近含氟气体的筛分分离，解决了含氟电子特气痕量杂质超深度脱除难题。
此外，任其龙团队还开发了变温吸附分离工艺及装备，产品纯度从4N提升至6N，每立方米吸附剂可获得8吨以上高纯产品，单程回收率高达95%，处理能力远高于传统吸附剂，目前在巨化集团已应用，与原精馏工艺相比，生产能力提升4倍，能耗降低80%以上。
在任其龙看来，电子特气行业前景广阔，但国内电子气体行业还需在技术层面加以突破。在材料方面，气体终端净化器的核心材料，如净化用的催化剂、吸附剂等仍有改进空间；在设备方面，与高纯气体接触的各种器材必须满足洁净的标准，否则释放出来的微量杂质将污染电子气体；在检测技术上，我国需在超痕微量杂质、高精度分析检测技术以及专用仪器方面继续攻关；此外，电子特气生产用的容器、管道、阀门等也亟待自主研究开发。