根據(jù)中國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年計劃綱要草案（2021-2025年），我國承諾到2060年實現(xiàn)碳中和。作為天然原料和下游終端消費品之間的重要紐帶，化學工程行業(yè)貢獻了中國工業(yè)碳排放總量的16.7%和能源碳排放總量的6%，年排放量接近15億噸/年。因此，“碳中和”概念的提出對化學工程領域提出了巨大的挑戰(zhàn)，也為推動創(chuàng)新技術的發(fā)展、實現(xiàn)碳抵消和減少排放帶來了巨大機遇。微化工（Microchemical Engineering）作為新興的化學工程學科關鍵技術已被公認為化學工程中實現(xiàn)節(jié)能減排的最經(jīng)濟可行的策略之一。微化工技術利用集成和小型化微通道設備作為核心，通過在微通道中微米級的混合和分散，可以強化熱和質量傳輸及反應，實現(xiàn)具有高可控性、提高產(chǎn)率、抑制副產(chǎn)物形成和降低能耗的產(chǎn)品生成，具有高效、安全和節(jié)能的內(nèi)在屬性，是化工過程強化向碳中和方向發(fā)展的一種很有前景的方法。

其中，可在微通道中精準操縱和處理微體積多相流的微流控技術（Microfluidics）作為微化工的核心之一，為實現(xiàn)高效可控的微化工過程提供了可能。微流控的應用已經(jīng)從分析化學和噴墨打印的早期使用擴展到精細化學品和新材料的合成、高通量分析以及細胞和細胞內(nèi)系統(tǒng)的模擬等前沿新興領域。但目前微化工中微流控技術面向碳中和方向的發(fā)展還處于初級階段，任重道遠。值得注意的是，包括微流控裝置和流體系統(tǒng)構建在內(nèi)的現(xiàn)有的相關應用都不足以完全滿足碳中和的要求。因此，面向碳中和方向發(fā)展高效、低成本、環(huán)保的微流控技術迫在眉睫。這種“綠色微流控體系”將大大有助于減少原材料來源的碳排放，促進可控和強化的微化工過程，實現(xiàn)碳抵消和減少碳排放，為化學工程行業(yè)轉型升級提供新的動力。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，青島大學馬慶明特聘教授和清華大學徐建鴻教授結合自身在微化工及微流控領域的研究經(jīng)驗，對面向碳中和的微化工領域的綠色微流控體系的最新研究現(xiàn)狀、挑戰(zhàn)和機遇，以“Green microfluidics in microchemical engineering for carbon neutrality”為題，于近期在中國化工學會會刊Chinese Journal of Chemical Engineering上發(fā)表了面向碳中和的微化工及微流控領域的首篇前瞻性綜述，并當選為當期雜志的封面文章。

面向碳中和的微化工領域中綠色微流控體系的關鍵點概述

文章首先對微化工領域中綠色微流控體系的發(fā)展進行了分類和評述，包括通過使用生物基基底材料和低碳制造方法構建微流控裝置，以及使用更具生物相容性和非破壞性的流體系統(tǒng)，如雙水相系統(tǒng)（ATPS）等構建微流控多相流體系。

使用生物基材料構建低碳微流控裝置

利用雙水相系統(tǒng)（ATPS）構建綠色微流控多相流體系

在此基礎上，該綜述全面總結了面向碳中和的綠色微流控體系的應用，包括生物分子的分離和純化、化學品和藥物的高通量篩選、快速和經(jīng)濟高效的檢測以及精細化學品和新材料的合成等。

利用綠色微流控體系實現(xiàn)生物分子的分離純化

利用綠色微流控體系實現(xiàn)精細化學品和新材料的合成

最后，該綜述提出并討論了在碳中和的大背景下于微化工中進一步發(fā)展綠色微流控體系的挑戰(zhàn)和前景：（1）目前適合綠色微流控體系的襯底材料種類有限，因而需要進一步拓寬襯底材料來源。與合成聚合物相比，蛋白質和天然聚合物等天然來源的材料由于其對石化資源的獨立性、生物相容性和在自然界中的可獲得性而更有前景，因此該文章提出未來的研究應更多地注意驗證天然原材料作為基底材料的潛力。（2）碳中和目標的達成需要具有特殊設計的物理結構和化學成分的新型碳捕獲材料，因而利用綠色微流控技術制備這些新型材料，以更有效的方式捕獲二氧化碳，是非常值得系統(tǒng)研究的方向。（3）建立一個一體化、小型化的實驗室一直是化學工程界的夢想。然而，微流控的產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化還遠遠沒有完成，大多數(shù)實驗還沒有建立一個集成的、小型化的系統(tǒng)，而是將一個小型的微流控裝置與復雜的儀器連接起來，或者與宏觀尺度的控制架構進行接口。因此，未來亟需架構真正集成化和小型化的綠色微流控系統(tǒng)，并最終實現(xiàn)其商業(yè)化。

論文鏈接： https://doi.org/10.1016/j.cjche.2022.01.014

審核編輯 ：李倩