張永發(fā)：銳意進(jìn)取書(shū)寫(xiě)科研人生

楊洋

2020年初，眾多行業(yè)因疫情而放緩腳步，而對(duì)于太原理工大學(xué)煤基能源清潔高效利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授張永發(fā)來(lái)說(shuō)，卻是忙碌而充實(shí)的一年。他是山西省政府聯(lián)系的高級(jí)專(zhuān)家，是國(guó)家科技部國(guó)際合作項(xiàng)目評(píng)審專(zhuān)家，也是國(guó)務(wù)院政府特殊津貼專(zhuān)家。他努力將自己的人生價(jià)值體現(xiàn)在學(xué)生培養(yǎng)和一個(gè)個(gè)科研項(xiàng)目上。5月14日，記者走進(jìn)這個(gè)“國(guó)家隊(duì)”實(shí)驗(yàn)室，聆聽(tīng)了張永發(fā)的教學(xué)的科研故事。

1、與時(shí)俱進(jìn)不落伍

去年春節(jié)期間，太原理工大學(xué)抗疫封校。張永發(fā)開(kāi)始了新式本科生網(wǎng)上授課，及一對(duì)一碩博研究生網(wǎng)絡(luò)指導(dǎo)，“停學(xué)不停課”，7月份本碩博教學(xué)圓滿(mǎn)結(jié)束。這一年是他教學(xué)最辛苦，卻收獲頗豐的一年。6名應(yīng)屆博士生和2名碩士生以?xún)?yōu)異的成績(jī)畢業(yè)。他們中獲“2020太原理工大學(xué)‘晉昌博士創(chuàng)新獎(jiǎng)”1人次、獲2020太原理工大學(xué)博士特等獎(jiǎng)學(xué)金1人次、獲“2020太原理工大學(xué)優(yōu)秀博士論文”2人篇。

張永發(fā)出生于山西清徐成子村，學(xué)生時(shí)代品學(xué)兼優(yōu)。高中畢業(yè)后，曾是村里“農(nóng)業(yè)學(xué)大寨”的帶頭人。高考恢復(fù)后第二年榮幸成為新中國(guó)成立以來(lái)從成子村走出的第一名大學(xué)生。他說(shuō)農(nóng)村艱苦的經(jīng)歷，磨練了堅(jiān)強(qiáng)的意志和拼搏向上的品格，是他一生的寶貴財(cái)富。

近幾年來(lái)，張永發(fā)的科研成果很可觀。他告訴記者，“碳納米管是碳的一種同素異形體，它具有獨(dú)特的一維結(jié)構(gòu)，在力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)及吸附等方面體現(xiàn)出優(yōu)異的特性?！庇捎诰邆滹@著的特性，碳納米管在復(fù)合材料、電子材料和能源材料等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。

張永發(fā)在研究低變質(zhì)程度煙煤熱解時(shí)發(fā)現(xiàn)，在煤中加K催化劑和煤中原生Fe礦物質(zhì)共同作用，能使煤中部分成分轉(zhuǎn)變成碳納米管。根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)，他提出了Fe/K催化煤熱解直接制備碳納米管的新方法，并和他團(tuán)隊(duì)研究者以低變質(zhì)程度煙煤為原料，開(kāi)展了熱解條件對(duì)生成碳納米管影響、Fe/K催化煤熱解制備碳納米管的基本理化特征、碳納米管的生長(zhǎng)機(jī)理等問(wèn)題開(kāi)展了詳細(xì)研究。2020年，在采用煤改性組分為原料及新催化劑的條件下，張永發(fā)團(tuán)隊(duì)使碳納米管的產(chǎn)率和質(zhì)量大幅度提高，在以煤為原料批量制碳納米管研究領(lǐng)域，獲得了碳納米管產(chǎn)品指標(biāo)國(guó)際領(lǐng)先。

2、科技創(chuàng)新攀高峰

中國(guó)煤炭資源豐富，但粘結(jié)性煉焦煤資源較為稀缺，其探明儲(chǔ)量?jī)H占全國(guó)煤炭總量的25.4%?！罢辰Y(jié)性是煤最重要的性質(zhì)之一，它決定著煤是否能夠粘結(jié)成焦及焦炭質(zhì)量的高低?！睆堄腊l(fā)說(shuō)。

據(jù)了解，山西省煉焦煤資源是世界最優(yōu)質(zhì)的煉焦煤，被譽(yù)為“東方黑明珠”，是中國(guó)的稀缺資源。而中國(guó)低變質(zhì)非粘結(jié)性煤儲(chǔ)量較為豐富，占國(guó)內(nèi)煤炭?jī)?chǔ)量的50%以上。長(zhǎng)期以來(lái)，由于其水分高，氧含量高，揮發(fā)份高，發(fā)熱量低，粘結(jié)性差，未能得到充分的開(kāi)發(fā)和利用。因此，如何通過(guò)對(duì)低變質(zhì)非粘結(jié)性煤進(jìn)行改性處理，把它們改制成煉焦煤是現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)的重要研究方向之一。

截至目前，國(guó)內(nèi)外沒(méi)有一項(xiàng)低階煤制煉焦煤的工業(yè)化改性技術(shù)。

張永發(fā)在多年研究的基礎(chǔ)上提出了在催化亞臨界H2O-CO體系中對(duì)低階煤進(jìn)行加氫改性的技術(shù)，這種技術(shù)科學(xué)地利用H2O-CO反應(yīng)生成的活性H離子，給不粘結(jié)性煤加H，提高其粘結(jié)指數(shù)G值到90以上，改性煤的粘結(jié)性與肥煤的粘結(jié)性相當(dāng)。張永發(fā)和他團(tuán)隊(duì)研究者進(jìn)一步對(duì)亞/超臨界H2O-CO體系中煤改性的操作進(jìn)行了優(yōu)化，特別是2020年在對(duì)催化劑調(diào)整后，使粘結(jié)指數(shù)G值穩(wěn)定在85以上。這種改性煤是優(yōu)質(zhì)的煉焦煤，其質(zhì)量指標(biāo)國(guó)際領(lǐng)先。初步估算，采用這種技術(shù)將使煉焦配煤每噸成本降低40～60元。對(duì)于300萬(wàn)噸產(chǎn)量的焦化企業(yè)而言，年增加利潤(rùn)2億元，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

3、破解難題迎高光

2016年，焦化脫硫廢液已經(jīng)被列入《國(guó)家危險(xiǎn)廢物名錄》。焦化脫硫廢液的高效、潔凈處理已是行業(yè)亟待解決的技術(shù)難題。

張永發(fā)在研究脫硫廢液中硫氰酸銨等主要鹽在H2等還原性氣氛中熱解時(shí)發(fā)現(xiàn)，這些鹽在470C°時(shí)全部熱解。因此，他創(chuàng)新地開(kāi)發(fā)出利用焦?fàn)t上升管高溫荒煤氣余熱，熱解處理脫硫廢液的新技術(shù)。焦?fàn)t上升管荒煤氣帶出熱量（850℃左右）約占煉焦過(guò)程中總余熱的33.76%。利用這部分余熱熱解法處理脫硫廢液的新技術(shù)，回收利用了余熱，處理了危險(xiǎn)性廢液，是一種創(chuàng)新性科學(xué)處理廢液的方法。

2020年他和他的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了熱解脫硫廢液混鹽制備可見(jiàn)光催化劑g-C3N4的新技術(shù)。用新技術(shù)制備的光催化劑g-C3N4在可見(jiàn)光下，對(duì)含60mg/L的羅丹明B污水照射4個(gè)小時(shí)處理后，羅丹明B的降解率高達(dá)96.49%。顯著高于同等條件下由純硫氰酸銨所得g-C3N4的催化效率。該技術(shù)是脫硫廢液高質(zhì)化利用的新的技術(shù)。同年還完成了創(chuàng)新性脫硫廢液氧化制硫酸銨技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了焦化脫硫廢液全組份回收利用。該技術(shù)正在產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用試驗(yàn)中。

張永發(fā)的這些創(chuàng)新性技術(shù)成果，不僅寫(xiě)在《Fuel》等學(xué)術(shù)期刊，而且這些成果已經(jīng)服務(wù)和正在服務(wù)于企業(yè)。此外，由他作為主持人完成了國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃“973”課題“無(wú)變換焦?fàn)t煤氣調(diào)H2及CO2減排基礎(chǔ)研究”;完成了國(guó)家重大項(xiàng)目《氣化煤氣和熱解煤氣共制合成氣技術(shù)開(kāi)發(fā)》;完成了國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題“褐煤粉煤低溫炭化轉(zhuǎn)化關(guān)鍵技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)”。他還主持多項(xiàng)國(guó)家和省級(jí)自然科學(xué)基金、省煤焦產(chǎn)業(yè)鏈重點(diǎn)和重大項(xiàng)目，申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利100余項(xiàng)，授權(quán)90余項(xiàng)。

這些年來(lái)，張永發(fā)踏踏實(shí)實(shí)做事，兢兢業(yè)業(yè)教學(xué)，榮譽(yù)對(duì)他來(lái)說(shuō)是付出的肯定，卻不是炫耀的資本。他是一個(gè)低調(diào)的科學(xué)研究者，創(chuàng)造出一個(gè)又一個(gè)奇跡，與此同時(shí)，他也是學(xué)生們敬佩的老師，他用他的言行激勵(lì)著一代又一代的莘莘學(xué)子。