張永發：銳意進取書寫科研人生

楊洋

2020年初，眾多行業因疫情而放緩腳步，而對于太原理工大學煤基能源清潔高效利用國家重點實驗室教授張永發來說，卻是忙碌而充實的一年。他是山西省政府聯系的高級專家，是國家科技部國際合作項目評審專家，也是國務院政府特殊津貼專家。他努力將自己的人生價值體現在學生培養和一個個科研項目上。5月14日，記者走進這個“國家隊”實驗室，聆聽了張永發的教學的科研故事。

1、與時俱進不落伍

去年春節期間，太原理工大學抗疫封校。張永發開始了新式本科生網上授課，及一對一碩博研究生網絡指導，“停學不停課”，7月份本碩博教學圓滿結束。這一年是他教學最辛苦，卻收獲頗豐的一年。6名應屆博士生和2名碩士生以優異的成績畢業。他們中獲“2020太原理工大學‘晉昌博士創新獎”1人次、獲2020太原理工大學博士特等獎學金1人次、獲“2020太原理工大學優秀博士論文”2人篇。

張永發出生于山西清徐成子村，學生時代品學兼優。高中畢業后，曾是村里“農業學大寨”的帶頭人。高考恢復后第二年榮幸成為新中國成立以來從成子村走出的第一名大學生。他說農村艱苦的經歷，磨練了堅強的意志和拼搏向上的品格，是他一生的寶貴財富。

近幾年來，張永發的科研成果很可觀。他告訴記者，“碳納米管是碳的一種同素異形體，它具有獨特的一維結構，在力學、電學、熱學及吸附等方面體現出優異的特性。”由于具備顯著的特性，碳納米管在復合材料、電子材料和能源材料等領域獲得廣泛應用。

張永發在研究低變質程度煙煤熱解時發現，在煤中加K催化劑和煤中原生Fe礦物質共同作用，能使煤中部分成分轉變成碳納米管。根據這一發現，他提出了Fe/K催化煤熱解直接制備碳納米管的新方法，并和他團隊研究者以低變質程度煙煤為原料，開展了熱解條件對生成碳納米管影響、Fe/K催化煤熱解制備碳納米管的基本理化特征、碳納米管的生長機理等問題開展了詳細研究。2020年，在采用煤改性組分為原料及新催化劑的條件下，張永發團隊使碳納米管的產率和質量大幅度提高，在以煤為原料批量制碳納米管研究領域，獲得了碳納米管產品指標國際領先。

2、科技創新攀高峰

中國煤炭資源豐富，但粘結性煉焦煤資源較為稀缺，其探明儲量僅占全國煤炭總量的25.4%。“粘結性是煤最重要的性質之一，它決定著煤是否能夠粘結成焦及焦炭質量的高低。”張永發說。

據了解，山西省煉焦煤資源是世界最優質的煉焦煤，被譽為“東方黑明珠”，是中國的稀缺資源。而中國低變質非粘結性煤儲量較為豐富，占國內煤炭儲量的50%以上。長期以來，由于其水分高，氧含量高，揮發份高，發熱量低，粘結性差，未能得到充分的開發和利用。因此，如何通過對低變質非粘結性煤進行改性處理，把它們改制成煉焦煤是現代煤化工產業的重要研究方向之一。

截至目前，國內外沒有一項低階煤制煉焦煤的工業化改性技術。

張永發在多年研究的基礎上提出了在催化亞臨界H2O-CO體系中對低階煤進行加氫改性的技術，這種技術科學地利用H2O-CO反應生成的活性H離子，給不粘結性煤加H，提高其粘結指數G值到90以上，改性煤的粘結性與肥煤的粘結性相當。張永發和他團隊研究者進一步對亞/超臨界H2O-CO體系中煤改性的操作進行了優化，特別是2020年在對催化劑調整后，使粘結指數G值穩定在85以上。這種改性煤是優質的煉焦煤，其質量指標國際領先。初步估算，采用這種技術將使煉焦配煤每噸成本降低40～60元。對于300萬噸產量的焦化企業而言，年增加利潤2億元，經濟效益可觀。

3、破解難題迎高光

2016年，焦化脫硫廢液已經被列入《國家危險廢物名錄》。焦化脫硫廢液的高效、潔凈處理已是行業亟待解決的技術難題。

張永發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發現，這些鹽在470C°時全部熱解。因此，他創新地開發出利用焦爐上升管高溫荒煤氣余熱，熱解處理脫硫廢液的新技術。焦爐上升管荒煤氣帶出熱量（850℃左右）約占煉焦過程中總余熱的33.76%。利用這部分余熱熱解法處理脫硫廢液的新技術，回收利用了余熱，處理了危險性廢液，是一種創新性科學處理廢液的方法。

2020年他和他的團隊開發了熱解脫硫廢液混鹽制備可見光催化劑g-C3N4的新技術。用新技術制備的光催化劑g-C3N4在可見光下，對含60mg/L的羅丹明B污水照射4個小時處理后，羅丹明B的降解率高達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。該技術是脫硫廢液高質化利用的新的技術。同年還完成了創新性脫硫廢液氧化制硫酸銨技術，實現了焦化脫硫廢液全組份回收利用。該技術正在產業化應用試驗中。

張永發的這些創新性技術成果，不僅寫在《Fuel》等學術期刊，而且這些成果已經服務和正在服務于企業。此外，由他作為主持人完成了國家重點基礎研究發展計劃“973”課題“無變換焦爐煤氣調H2及CO2減排基礎研究”;完成了國家重大項目《氣化煤氣和熱解煤氣共制合成氣技術開發》;完成了國家科技支撐計劃課題“褐煤粉煤低溫炭化轉化關鍵技術研究與開發”。他還主持多項國家和省級自然科學基金、省煤焦產業鏈重點和重大項目，申請國家發明專利100余項，授權90余項。

這些年來，張永發踏踏實實做事，兢兢業業教學，榮譽對他來說是付出的肯定，卻不是炫耀的資本。他是一個低調的科學研究者，創造出一個又一個奇跡，與此同時，他也是學生們敬佩的老師，他用他的言行激勵著一代又一代的莘莘學子。