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圆梦吸附分离技术产业化
——访中国催化成就奖获得者谢有畅教授

2022-04-21 11:07:00银河galaxy娱乐

  中国冶金报 中国钢铁新闻网

  本报记者 王庆 通讯员 兰娜

   

  “变压吸附空气分离制氧技术装备,其主要特点是能耗低、设备简单可靠、建设周期短、开停机快、自动化程度高、可实现无人化管理。”这是《中国冶金报》记者2003年夏天采访国内该项技术工艺的主要发明者和发明专利获得者——北京大学谢有畅教授时,他言简意赅地介绍该技术装备的开场白。据时任北京北大先锋科技有限公司总经理张佳平介绍,由该公司研发成功并采用该技术负责承建的西林钢铁集团 阿城钢铁有限公司 3000m3 /hVPSA 制氧工程项目,已于2003年7月17日正式通过验收并交付使用。记者关注到——从那以后,变压吸附空分制氧技术装备在作为耗氧大户的钢铁企业,得到了更多的应用。 

  岁月如歌,初心不变。约20年后的今天,谢有畅教授获得中国催化成就奖的消息,再次引起了记者的关注—— 

  2021年10月16日,第二十届全国催化会议在武汉盛大开幕,北京大学化学院谢有畅教授荣获中国催化成就奖。催化成就奖是中国化学会催化委员会颁发的最高学术奖励,以中国催化科学的先驱者——张大煜冠名,授予在催化科学和技 术研究中取得原始创新性或创造性成果、对我国催化科学的发展或对催化领域重大应用方面做出突出贡献的催化科学工作者,在国内外催化界有较大的影响和较高的认可。

  沉浸催化领域,发现自发单层分散现象 

  谢有畅1957年从北大化学系研究生毕业后留校任教,长期致力于物理化学、结构化学和固体表面化学的教学,以及催化剂、吸附剂和纳米材料等的基础研究和技术开发工作。1973年,他与唐有祺教授在北京化工研究院合作研究聚乙烯 高效催化剂及氧氯化催化剂的过程中,发现活性组分在载体表面存在单层分散现象,且在活性组分达到单层分散阈值时 催化活性达到最大值。1979年7月,相关论文《聚乙烯高效催 化剂的结构和机理研究》在《中国科学》上发表。1990年,他与唐有祺应邀在“Advances in Catalysis”发表自发单层分散总 结性论文,单篇被引用800多次,是该年我国被引用最多的一篇科学论文。该基础研究成果获 1986 年国家教委科技进步 奖一等奖,在中国表面化学和催化领域产生了重要影响。经过三十多年的探索与发展,自发单层分散现在已成为催化材料制备普遍应用的理论,利用自发单层分散原理形成的技术,已经应用到催化和吸附的多个领域。 

  在几十年的工作中,谢有畅对如何平衡好科研、教学和工 业应用研究三个方面的关系,总结出了扎实可行的经验。他认为:“在教学中能打下扎实的理论基础,在基础研究中能快 速抓住问题的本质,而且在基础研究中发现有重大应用机会 时,可进一步做出工业应用成果。”对谢有畅来说,教学、科研和工业应用三者非但不矛盾,反而是相辅相成、相得益彰的,这也促成了他在科技创新之路上的诸多发现和成就。

  研制高效吸附剂,致力于实现产业化梦想 

  自发单层分散原理除了用于催化剂研究,在材料科学有关领域也可应用。在该原理发现后不久,谢有畅便想到将其用于一氧化碳吸附剂研制。 

银河galaxy娱乐  根据一氧化碳可与一价铜生成络合物这一原理,谢有畅推测,如果将一价铜的化合物单层分散到有大比表面的载体上,就有可能制得对一氧化碳有高吸附量和高选择性的吸附 剂。经过大量实验,谢有畅团队用 CuCl分散在分子筛内表 面,制得了一氧化碳高效吸附剂,其性能居国际领先水平,曾获中国、美国和加拿大专利。采用该吸附剂的吸附分离一氧 化碳技术于2005年获得教育部科学技术奖发明奖一等奖,入选2005年度高等学校十大科技进展,2006年获国家技术发明 奖二等奖。

银河galaxy娱乐  一氧化碳高效吸附剂的开发成功,曾经吸引了国外公司的目光,但与国外公司的合作并不顺利。由于供货条件谈判 拖延了近 10 个月,外方研制出了自己的吸附剂,中断了与谢有畅团队的合作,谢有畅科研组为此背上了上百万元债务。巨额的债务,并没有止住谢有畅推动吸附剂产业化的脚步,而是集中力量将一氧化碳吸附剂推向国内应用,以设计建造成套一氧化碳分离设备的思路切入国内市场。 

银河galaxy娱乐  1999年底,北大资源集团和北京大学科技开发部合作成立北京北大先锋科技有限公司,给谢有畅团队投资1000万元,进行吸附剂及成套分离设备的研制和工业开发。谢有畅团 队开始建设吸附剂生产厂,通过不断摸索,他们确定了合理 的生产流程和设备选型,发明了高效离子交换工艺,设计出有特色的焙烧炉,实现了大规模生产,吸附剂质量达国际先 进水平。

  与此同时,谢有畅还带领团队研制出高效空气分离制氧吸附剂,开发成功高效变压吸附制氧技术,已在国内外建设了将近300套大中型制氧装置,其中单一用户的制氧设备最大规模已达到87500m3/h,这也是我国正在运行的最大规模 变压吸附制氧装置群。据最新数据统计,该项技术经北大先锋推广应用,2021年订单金额已超过13亿元。这一成果在我国乃至世界范围的变压吸附制氧领域也属前所未有,为钢 铁、有色等富氧熔炼和助燃提供了经济可靠的氧气来源,创造间接经济效益数百亿元。

  中国化学会催化委员会主任、中国科学院院士李灿在谈及谢有畅教授的科研成果时,给予了极高赞誉:“变压吸附分离一氧化碳技术、空分制氧技术是北大化学院科研成果产业 化应用最成功的项目之一,也是二十世纪八九十年代中国催化界从基础研究走向规模化工业应用不多见的例子之一,这是一个把论文写在大地上的典型例子。” 

  如今已近九十高龄的谢有畅教授仍然精神矍铄,多次应 邀参加各种交流活动,激励青年学子潜心学术,勇于创新,为我国的科技发展积极贡献力量。 

  

  

银河galaxy娱乐来源:中国冶金报-中国钢铁新闻网

编辑:温晓霞

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