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小微波有大作用——记化工学院周继承教授课题组
发布时间:2016年08月31日   阅读:

近日,我校化工学院周继承教授课题组通过PCT途径申请的2个美国发明专利获得授权,这是我校首次在美国获得授权的国际发明专利,标志着我校在科技创新和国际化自主知识产权方面又迈出了重大的一步。

这2项专利分别是《微波催化反应脱除氮氧化物方法》(US Patent NO.9199196 B2)(发明人:周继承,王哲,阳鹏飞,王宏礼,李虎,王蒙,高令飞);《一种微波催化剂及其制备方法和应用》(US Patent NO.9168514 B2)(发明人:周继承,王哲,王宏礼,王蒙,毛桂月,蒋尊芳,高令飞)。这些发现是周继承教授课题组研发的微波催化及其微波催化反应技术的基本专利成果,他们创立了一种高效深度脱硝新技术,可为大气污染超低排放控制提供新的途径和技术。

近几年来,周继承教授课题组立足于工业催化基础,通过研究微波场下的多相催化反应,提出了微波催化剂概念,创建了微波催化反应技术,揭示了微波催化的作用机理,从而进一步发现了微波是加速化学反应的新动力。这项发现在国际上尚属首例。

这些创新的概念与研究,开创出微波催化新天地和微波催化反应技术新领域,为解决化工领域的高效催化转化和环保领域的烟气深度脱硝问题提供了新方法,小小的微波在这里发挥了它的大作用。那么这些创新性的概念是怎样提出形成的呢?

创新的核心是改变

当前众多关于微波应用于催化反应的研究,认为微波主要起加热或诱导催化等辅助作用。但周继承教授提出的“微波是加速化学反应的新动力”这一新理念,则将目光转向了金属和金属氧化物在微波场中,吸收微波后发生的特殊催化反应  现象,从而开创了全新的催化反应技术领域。

这两项美国专利是基于已经完成的六项微波催化及微波催化反应技术专利得出的,也就是微波作为加速化学反应的新动力在制备催化新材料和烟气脱硝中的应用。这项发现以后还会衍生出很多的新的成果,目前还在进一步实验研究中。

 “目前,在众多烟气脱硝处理技术中,效率最高、技术最成熟的是SCR技术 ,它也是国际上应用最为广泛的烟气脱硝技术,日本、欧洲、美国等国家地区的大多数电厂中基本都应用此技术,然而此技术存在着很多缺点。利用微波催化反应脱硝,这些问题就不会发生。”周继承分析说。

SCR(Selective Catalytic Reduction) ——选择性催化还原脱硝法,以氨为还原剂,是现有固定源烟气氮氧化物处理技术中最成熟的方法之一,但SCR反应过程中氨气消耗量大,必须严格控制氨气的化学计量,否则会产生二次污染;且氨气具有毒性和腐蚀性,在运输过程存在一定风险;SCR反应的温度区间较为狭窄(315~400 ℃),如果低于200℃,SCR技术则难以应用。

如何解决SCR技术无法完成的缺口呢?周继承教授介绍说,将与微波相匹配的脱硝催化剂置于微波场中,使烟气通过微波辐照的催化剂床层,烟气中的氮氧化物就会直接分解成无害的氮气和氧气,且分解率达到99%以上 。如果实际应用于工业生产中,可有效净化工业废气,改善雾霾天气。

“我们要关注科技的前沿,但不要只跟着前人的路走。否则你永远是重复别人的路,不会有自己的创新。所以要想做出自己的创新,就要改变思路,不要迷信教科书上的权威。”周继承说自己从小深受湖湘文化的影响,骨子里有股湖南人的特性,霸得蛮、耐得烦。正是这种不服输,敢于创新和改变的精神使他在微波催化的研究道路上越走越宽广。

创新的背后是坚持

在周继承教授办公室的柜子里,摆着厚厚的一摞记事本,记事本里记满了研究进展和成果,包括每天和学生讨论的技术要点,工作日程,新发掘的思路,新想到的科研选题等,字迹工整,备注详尽。

办公桌上还摆放着近期使用的笔记,翻开记事本,可以发现几乎每天都有详细记录。2015年的整个七月、八月都详细记录了当天的工作内容,而此时湘大正在放暑假。甚至是今年的春节期间,周继承教授和课题组的研究生依然坚守在工作岗位上。

“我和研究生们几乎是没有假期的。如果太累,可以休息几天,但放暑假就不行了,有太多的工作要做。今年春节,我们初三就开始工作了。”周继承说。

为了微波催化实验的顺利进行,周继承教授和学生阳鹏飞联系到长沙隆泰微波热工有限公司,找到当时的负责人张总进行合作,联合制备了第一台微波催化脱硝设备。

参与实验研究的王哲回忆起当时的场景:“有些实验设备我们实验室没有,当时要做实验的检测仪器是42C型美国产的烟气分析仪,只能找环境工程专业的黄妍老师借。由于时间紧张,很多事情大家都是通宵完成的。为了节省时间,周老师都是带着我们提前把实验计划做好。”

“周老师在学业上对我们要求特别严格,几乎每天都来实验室询问我们实验情况,也喜欢和我们讲一些研究领域的业界故事和科技前沿的进展,和周老师相比,我们需要学习的地方很多,所以都不敢松懈。” 研究生司家奇笑着说,“不过周老师私下里很平易近人,因为工作量大,平常为了锻炼身体,经常组织我们一起打羽毛球。”

“行百里者半九十”,这是周继承记事本上的一句话,也是他一贯的信念原则。“一项工作如果没有得出结果,做出结论是不算完成的。如何把新的思路付诸实践就更不容易了,其中最重要的就是坚持。说起来就是每天一点一点的工作积累。”

“问渠哪得清如许?为有源头活水来。”从转变思路到坚持多年如一日的实验研究使得周继承教授课题组最终推陈出新,做出了许多开创性的成果。

迄今为止,周继承教授课题组在Sci. Rep., Chem. Commun.、 J.hazard.mater.、Ind. & Eng. Chem. Res.、Catal. Sci.Technol.、ChemCatChem等知名期刊国内外期刊已发表学术论文100 多篇,申请发明专利55 项,其中已获授权33 项,2 项美国发明专利获授权。在钛硅分子筛合成与催化应用及环境友好催化工艺、分子筛复合纳米结构催化材料及新催化工艺、微波催化与微波催化反应等研究领域做出了优秀的成果和贡献。

(《湘潭大学报》学生记者 徐媛媛 陶媛媛)

(来源:湘潭大学报)

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  • 评论1:厉害
  • m 2016/09/07 07:59:18

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