環境保護中等離子體治理技術拓荒者

曹曉旭

當今時代，在大量科學知識基礎上建立起的工業生產和制造方式，是集成了眾多學科的先進技術和不斷技術革新的生產方式。等離子體科學作為物質第四態的新興學科，開啟了一種全新的現代技術體系，衍生出許多與工業過程相互結合的獨特技術，而這些新型的、特有的技術體系，正在不斷影響著現代工業方式，也正影響著人們對工業污染的治理方式，如何有效解決三廢治理過程中表現出的“難降解、難資源化、難從源頭控制”這一國際性行業難題，是近年來研究的熱點。

2003年開始，杜長明從等離子體與環境結合的物理、化學及生物過程中，開展了綠色等離子體消除有機污染物、無機污染物、有害微生物及其技術應用的研究，在新型等離子體源、等離子體一體凈化、廢棄物等離子體制氫方向研究取得了系列原創性成果。

新型環境等離子體技術

在現代的等離子體技術中，一個重大的挑戰就是找到一種能夠融合熱等離子體（能量密度高）和非熱等離子體（電子溫度高而離子溫度低）優點的產生方法。

杜長明發展了非熱電弧等離子體，出版著作《非熱電弧等離子體技術與應用》，與熱電弧等離子體相比，非熱電弧具有能耗低、效率高、電極壽命長的特點；與非熱等離子體相比，又具有能量密度高、處理量大的優點。他開發出包括尖端電弧放電、滑動電弧放電、旋轉電弧放電、龍旋風電弧放電、縮放電極電弧放電、氣液混相電弧放電、微弧放電、大功率非熱電弧放電、等離子體射流、等離子體流化床、等離子體回轉爐在內的系列化等離子體發生器和裝備，等離子體源的功率由幾毫瓦拓展到幾十千瓦，應用到環保、能源、材料、生物等領域。并與他人合作國內首次提出活性炭吸附和脫附-等離子體氧化凈化有機廢氣工藝。

等離子體凈化污染物的物理、化學及生物機理

杜長明發展了等離子體一體凈化、等離子體過程強化及等離子體作用因子的定性與定量分析技術，通過等離子體物理化學機制與生物學機制組合研究，確定和定量等離子體作用因子對脫除污染物的貢獻及方式，全面確定等離子體與污染物之間的相互作用機制。在利用分子生物學方法研究等離子體殺菌機理中，首次闡明了鎂元素在等離子體殺菌過程中的變化規律。首次在等離子體環境下，人工合成了納米氧化銅材料。

廢棄物等離子體制氫

杜長明發展了等離子體廢棄物制氫理論與技術，在處理有機廢棄物同時，回收了合成氣、炭黑等產品，具有資源化程度最高、無害化最徹底等優勢，在保護環境、回收能源，促進可持續發展等方面均具有巨大潛力。基于創新研究成果，他以第一作者兼通訊作者為國際頂級期刊Chemical Reviews（2015， 115：1503-1542.Chemical Reviews撰寫報告，該報告在2015年湯森路透出爐的SCI期刊分析報告中排名第三，因子高達46.568，該份報告涵蓋82個國家237個大類10927本期刊）撰寫的關于等離子體技術的綜述論文1篇，文中首次構建了等離子體制氫的物質循環流和能量流動圖。

在科研上不斷深挖科學技術難題的同時，杜長明還致力于等離子體技術在環保與能源領域的產業轉化，目前已建立工業/中試示范裝置6套；還經常深入企業進行技術指導，幫助企業建立突發環境事件預防體系。

作為對所付出努力的認可，他主持/參加了包括國家自然科學基金、廣東省應用型科技研發專項資金項目等國家級與省市級科研項目共計25項以上。建立工業/中試示范裝置6套。授權專利12項。共計發表期刊論文74篇，SCI收錄47篇（總影響因子160以上，SCI他引300次以上）。近5年，作為第一作者在包括Chemical Reviews（1篇）、Scientific Reports（1篇）、Applied Energy（1篇）、International Journal of Hydrogen Energy（4篇）等國際學術期刊上發表SCI論文12篇。其中含原創性成果的論文被引入3部著作Low Temperature Plasma Technology Methods and Applications、Plasma Chemistry and Catalysis in Gases and Liquids、Plasma Discharge in Liquid Water Treatment and Application，被5篇綜述性論文（Industrial and Engineering Chemistry Research， 2008， 47， 5761； Journal of Hazardous Materials， 2011，195，30； Chemical Engineering Journal，2014， 236，348； International Journal of Hydrogen Energy， 2014， 39，9036； Plasma Sources Science and Technology， 2014， 23，063002）中引用報道。

另外，杜長明深知科研傳承的重要性，一直致力于探索提升學生創新能力的培養機制，通過專業書籍閱讀、中英文獻檢索與閱讀、英文文獻翻譯、中文綜述論文撰寫、試驗裝置自制、試驗研究、論文撰寫等多種渠道，全面提高了所帶學生的語言轉換能力、資料信息的搜索整合與運用能力、實驗設備制作能力及文章寫作能力，共計8人次獲得國家獎學金。他還非常愿意分享教育經驗，2011年在第六屆“環境工程領域專業碩士學位培養研討會”上做了有關“理工科培養工程碩士淺談”的大會主題報告；2015年廣西高校碩士研究生導師培訓班中，應邀開展了“以環境保護中的等離子體治理技術研究方向為例：淺談理工科年輕教師培養研究生”的專題講座。

隨著“2015中國環保產業高峰論壇”的舉行，環保部門針對正在加快制定的環境保護“十三五”規劃，提出“建立環境質量目標管理模式，應包括空氣、水環境、土壤質量目標的城市矩陣”的新型環保理念，把治理重點放在了大氣、水、土壤的污染防治上來。杜長明帶領團隊研制開發的多項等離子體治理技術在“三廢”處理中的顯著成效，不僅迎合了國家環保發展趨勢，而且必將在實踐環境治理、改善的關鍵時期發揮作用。