在化學工業中，一個困擾全球近百年的核心效率瓶頸長期存在：大多數多相反應器內分子傳遞的速度，遠跟不上催化劑表面化學反應的速度；傳統反應器中毫米甚至厘米級的傳質界面，如同狹窄的“供給通道”，嚴重制約了整個系統的效能。這導致許多大型化工裝置長期面臨效率不高、能耗物耗居高不下的困境。
為攻克這一世界性難題，南京大學張志炳教授領銜的研究團隊歷經20余年持續攻關，開發出大型多相反應過程微納強化新技術，成功將反應器的傳質界面尺度從傳統的毫米/厘米級提升至微納米級，傳質速率提高了三個數量級以上。該技術也因此于近日榮獲2025年度中國石油和化學工業聯合會科學技術獎中唯一的技術發明特等獎。
從產業瓶頸到理論突破：發現新規律，構建新模型
煉化、精細化工、能源材料等化學制造業是國民經濟的支柱產業。然而，大型多相反應器效率低下、高端反應器技術長期依賴進口，嚴重制約了我國化學工業的綠色轉型與高端化發展。這一瓶頸直接導致了部分大型裝置“三高”(高能耗、高風險、高排放)問題突出，使得部分高端材料的生產自主化步履維艱。百萬噸級渣油加氫漿態床反應器、十萬噸級以上生物可降解材料L-聚乳酸(L-PLA)單體L-丙交酯生產的寡聚和合成反應器等，便是其中的典型代表。
這一問題在科學上可歸結為一個經典理論局限。自1923年“雙膜理論”創立以來，其關鍵參數“液膜傳質系數”始終無法通過理論直接計算，成為多相反應過程精準設計與調控的長期障礙。“本征反應很快，但分子傳遞太慢。”張志炳團隊發現，傳質過程是扼住系統效率提升的關鍵瓶頸。
面對這一嚴峻挑戰，研究團隊首先在基礎理論層面實現了從0到1的原始創新。他們發現在微納尺度上，“氣液傳質液膜厚度與顆粒直徑成正比”這一全新物理規律，并基于此原創發現，成功構建了微納傳質強化與反應強化的全新理論模型，從而系統性地創立了微納界面傳遞的新理論與新方法。
為了驗證理論，團隊自主建立了OMIS和SPR成像系統，實現了對動態微納顆粒體系的精確測試與表征。這套先進的實證系統，不僅為理論模型的正確性提供了堅實支撐，更直接指導了后續大型工業反應器的科學設計與精密制造，實現了從理論到實踐的閉環。
從科學原理到工業裝備：裝備自主化，尺度全覆蓋
在堅實理論的指引下，張志炳研究團隊成功實現了從科學原理到系列核心裝備的跨越。其核心成果是研發出具有自主知識產權的關鍵裝備——微界面發生器(MIG)，并以此為基礎，開發出覆蓋全應用尺度的系列化微界面強化反應器。
該系列裝備的精髓在于，能夠主動在多相反應體系中構建并精準調控微納尺度的相際傳質界面，從而將傳質面積提升數個數量級，從根本上突破傳統反應器的傳遞瓶頸。裝備譜系完整，可靈活適配于加氫、氧化、羰基化等多種關鍵化工過程，并實現了從實驗室級別(1～100升)到大規模工業化(10～1000立方米)的全尺度可靠覆蓋，兼顧了高效性與安全性。
以此為核心，團隊進一步發明了多項與之深度耦合的微納強化反應新工藝，最終形成了先進工藝與先進裝備一體化融合的完整技術系統。這一系統性的解決方案，為該顛覆性技術走向大規模工業應用鋪平了道路。
從實驗室驗證到工業應用：應用領域廣，實踐成效顯
該項技術已成功應用于多項國家重大工程與產業關鍵領域，并取得了一系列經過實踐驗證的顯著成效。
在清潔油品升級領域，在中國石化百萬噸級柴油加氫精制裝置的改造中，團隊采用微納強化上行床反應器替代原有設備，在催化劑與主工藝路線不變的前提下一次開車成功。第三方標定數據顯示，與傳統國內外先進技術相比，其操作壓力降低32.2%，氫油比下降30%，空速提高24%，創造了以混合柴油生產國Ⅵ標準柴油的行業最優運行紀錄。
在高端化學品制造領域，團隊基于自主研發的微納強化氫甲酰化、縮合及加氫技術，開發了單線年產40萬～50萬噸的超低碳丁辛醇成套工藝包。相比傳統工藝，新工藝能耗下降35%，噸產品成本降低超過400元，結束了跨國公司在該領域對我國長達46年的技術壟斷。目前，該技術已實現年許可產能總計超過300萬噸。
在綠色環保治理領域，團隊針對高鹽高COD工業廢水處理的行業難題，發明了微納強化濕式氧化新工藝，已成功應用于中國石油塔里木60萬噸/年乙烯項目等多套裝置。其關鍵性能指標在運行壓力、能耗及投資成本上均優于國際同類技術，將噸水處理成本控制在50元以下，實現了環境效益與經濟效益的統一。
從技術突破到雙重認可：社會效益好，學界評價高
目前，該技術已在全國23個省市得到推廣應用，建成30多套工業裝置。據初步統計，僅其中11套裝置就累計實現新增銷售額314億元、新增利稅51億元。在綠色效益方面，該技術已累計處理高鹽高COD廢水超1000萬噸，減排二氧化碳110萬噸，資源化回收氯化氫氣體8億立方米，生態效益巨大。
這項歷時二十余年、實現了從0到1的開創性工作贏得了學術界的極高評價。曹湘洪院士指出：“微界面傳質強化技術從微米尺度上探求多相化學反應體系相際傳質影響反應行為的原理和規律，是對介科學理論發展的一大貢獻。”在中國科學院第139次科學與技術前沿論壇上，論壇主席張鎖江院士總結認為，該項目“解決具有共性的科學問題，在技術上對微納界面展開研究，是一種革命性的進步”。
此外，該技術還成功入選由國家發展改革委、科技部、工業和信息化部等八部委聯合印發的《綠色技術推廣目錄(2024版)》。
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