【引 言】
自然与生命之美,核心就在于一个“绿”字,这也是绿色化学的真谛。
吴鹏,绿色化学的追梦者,我国新型沸石分子筛催化材料的设计、合成和催化应用的专家。作为华东师大“紫江学者”特聘教授,留日博士吴鹏回国工作,距今已有10年。这期间,他跻身上海市遴选的第一批“东方学者”,又获评“长江学者”,还是国家杰出青年科学基金获得者,教育部新世纪优秀人才。
多年来脚步匆匆,吴鹏在绿色化学世界中的探索脚步始终没有停歇。多年攻关,他和团队研发环保型新催化材料,全力重构催化过程,让化工生产实现清洁化、绿色化。他像魔术师一样,“重塑”了丁酮肟的“诞生”,让生产过程最终获得99.9%的主产物,唯一的副产品是水。他奔走在长三角企业间,致力将“绿色催化”制剂用于大规模生产。
吴鹏说:世界的“绿色”未来,取决于大家共同努力,以绿色化学为核心,构建可持续发展的和谐环境与社会,他想一尽努力。
大部分工作时间,吴鹏都是在实验室度过的。
初中化学课触发少年梦想——“研究的起点与动力始于兴趣”
走进华东师范大学化学楼,一位保洁员指点我,吴鹏教授在二楼B区。吴鹏现在华东师大化学系暨上海市绿色化学与化工过程绿色化重点实验室工作。这位极为勤勉的海归教授知名度极高。这里的老师跟我说:“在这里,数他来得最早、走得最晚”;“从周一到周日,天天能在这里看到他,不在办公室,就在实验室”……
工作近20年,吴鹏一直保持着刻苦勤奋的本色。吴鹏是芳桥街道人,生于1966年,父母都是农民,家境清贫。吴鹏从小很懂事,放学回来便去割草喂养兔子。
吴鹏说:“从小耳濡目染,我一直想做一个像周培源先生那样的科学家。”进入芳桥中学就读后,最初的爱好是物理。他的化学老师十分优秀,吴鹏的兴趣因此稍稍地发生了“偏移”。这位老师讲课条理清晰,语言简洁,而且善于带着学生们做实验,吴鹏很喜欢她。吴鹏还记得老师给他们做的第一个演示实验,是用高锰酸钾制氧气,那神奇的化学反应,让吴鹏突然感觉进入了一个神奇的新世界,心中升腾起一股探究科学世界的愿望。
在宜兴县中(现省宜中)读高中的那些日子,吴鹏没有丝毫懈怠,1983年他考上南京大学“物理化学专业”。有意思的是,当时吴鹏甚至没有搞清楚这专业教的,究竟是物理还是化学。
从农村到省城,对于一个口袋拮据的寒门学子来说,五光十色的城市生活有着异样迷人的吸引。所幸的是,大学图书馆里有的是书,实验室的条件和中学时期相比,“好似从人间到了天堂”!他抱着书不停地读,进了实验室像走进“心中的桃源世界”,外面诱惑再也无法吸引他了。吴鹏沉入了学业钻研中,就读南大期间,他将化学世界的风景做了大致的浏览,对“催化”工艺产生了浓厚的兴趣。催化是利用催化剂改变化学反应速度的一种工艺。许多化学工业要利用催化作用来获得需要的反应速度。因此,人们将催化剂比喻为化学变化中的“点金石”。
吴鹏说:“兴趣,研究的起点与动力始于此。一生的事业亦始于此!”
吴鹏与法国高校的教授进行交流探讨。
做绿色化学追梦人——“该到了将‘魔鬼’收回去的时候了”
1992年,吴鹏在南京大学正进行硕博连读期间,教育部与日本文部省合作,公开选拔公派留学生。吴鹏以优异的成绩,成为南大唯一的一个入选赴日留学项目的学生。
最初,他在日本东京工业大学就读。自由的学术环境,开放的学术气氛,契合了吴鹏独立自由的性格。在日本深造的几年,吴鹏的科研能力得到了极大的发挥。1996年获得博士学位后,他分别到北海道大学、日本横滨国立大学等地,从事博士后研究和客座研究员工作。与世界一流学者合作,这时候的吴鹏,已经进入了催化化学的前沿阵地,他对这个领域的有关课题已经能够应付自如、游刃有余了。
催化剂颗粒很小,小到只有几十个微米的直径。但是在吴鹏的眼里,一粒催化剂简直就是一颗巨大的星球,那里山川绵延,原野广阔;那里沟壑纵横,云岭起伏,奥秘无穷。他的思绪像电光一样掠过催化剂颗粒,探寻着这个微观世界的奥秘。
多年的刻苦研究,让关于催化剂反应和失活机理,关于催化剂特征等等,都在他的思绪的照彻下,渐渐明朗起来。在日就读、任职期间,他完成不少高水平的研究论文,均在《美国化学会志》《德国应用化学》等著名刊物上发表,一时间,年轻的吴鹏俨然成为一颗冉冉升起的科学新星。而这时,一个想法也在他脑中渐渐明晰。
“在一些人的印象中,说起化学、化工,似乎洪水猛兽一样,这对化学家来说是个尴尬。其实,谁的生活都离不开化学制品。”吴鹏说,为何会给大众留下这样的印象?这是因为在化工生产中,很多工艺会产生有毒、有害物,对环境极不友好。他手指坐着的沙发对记者说:沙发里的软泡材料,化学名叫“聚氨酯”;生产聚氨酯的传统工艺里有一个添加氯气制造环氧丙烷的环节,每生产1吨环氧丙烷,会搞出将近2吨氯化钙和10吨以上有毒废水。
可不可以用别的催化材料取代“有毒的材料”,阻止有害“副产品”产生?有没有可能让整个催化过程都不出现有毒有害物质?带着这样考量,他逐渐把研究切入点作了新定位:研发环保型新催化材料,重构催化过程,让化工生产实现清洁化、绿色化。
“过去一段时间科技给我们带来了文明和进步,带来了生活的幸福。但同时,也放出了一些‘魔鬼’,使我们深受其害。现在,是该到了将‘魔鬼’收回去的时候了。”
以后的日子里,吴鹏瞄准了绿色化学这个前沿领域,屡屡获得日本新化学发展协会研究奖等多个科研项目资助和奖励。
2000年,吴鹏与其团队经过努力,研制出多种新兴钛硅分子筛氧化催化材料,一举填补了该项领域的国际空白。再此基础上,他们还研发出了一系列自主创新的,以水为唯一副产物的“烃类氧化环境友好过程”。此外,他还发表了制备具有独特酸催化、碱催化和氧化还原催化功能的非硅基介孔材料新方法,为有效利用介孔聚合物催化材料提供了新思路。
“在国外做研究,很多时候是在‘当下手’。”已有能力独立开展研究工作的吴鹏想回国发展。当时,国内正处于化工生产技术工艺“弃旧迎新”的转型关键期。吴鹏认为,回国加强“绿色催化”等方面研究,正当其时!
2003年的冬天,在吴鹏的眼里是个温暖的冬天。那时,上海市正筹备成立绿色化学与化工过程绿色化重点实验室,而“带头人”中科院院士何鸣元正在多方招贤。多次详谈后,吴鹏成了同样拥有“绿色化学梦”的何院士第一批招募的“海归”。梦想同行的魅力是巨大的,即使当时实验室条件不如日本,即使已获得日本“永驻居留权”资格,吴鹏还是毅然选择了回国。于是,几个化学专家,带领一群博士、硕士研究生等,开始了10年“绿色化学梦”的“长征”。
吴鹏与学生打成一片。
打造“绿色催化”——是“发明家”也是“传道士”
吴鹏,这位执着的绿色化学家为我们勾勒出了一幅未来世界的美好图景,一个科学的神奇世界——
他说,绿色化学的理想,一方面是实现反应的“原子经济”性,要求原料中的每一个原子进入产品,不产生任何废物和副产品,实现资源的充分利用和废物的零排放,并采用无毒无害的原料、催化剂和溶剂;另一方面,生产环境友好的绿色产品,使其在使用及其存在过程中,不产生环境污染。
找到合适课题,申请基金、项目,最初的研究工作确如吴鹏所料,一帆风顺。可干了一段时间,他发现,自己的能力有边界,似乎总跳不出实验室。
“捣鼓出一种好的催化材料,证明它有用,写篇论文发表就结束了,最多再申请一个专利。”吴鹏迄今已在有影响的国际科技期刊上发表学术论文180余篇,获专利40余件。2005年,由吴鹏研发出了世界上首套Ti—MWW催化丁酮氨氧化生产丁酮肟的绿色过程工业化应用,为进一步高效清洁合成其他大宗含氧化学品奠定了基础。但在实验室被证明有效的东西,在工厂里究竟能不能用,是否有望投入生产、转化为实际的生产力和经济效益?绿色化学的功效如何发挥?他感觉,自己在这一步上有点“卡”住了。
这样一则故事给了他启发:一个清道夫,每天半夜起来扫街道,可是无论他怎么扫,街道第二天还是脏。有一天,清道夫顿悟,于是他不只扫街,更多时间站在街口告诉每一个人,清洁的街道是多么美丽。从此以后,街道渐渐干净了起来。
吴鹏说,实现化学“绿色”目标,不仅仅是发挥科学技术的力量就能完成的,还要大力推动应用,动员全民的力量。近年中,他通过著书立说、推广技术等,通过各种方法、渠道,向人们推介绿色化学的“美丽”。
理论、成果要应用才有价值。十年间,吴鹏花了更多精力关注工业性研发。如以往丁酮肟生产过程有毒有害,既污染水体又污染空气。经多年攻关,他所率领的团队的研究彻底改变了纯化学的催化方法——最终获得了99.9%的主产物,唯一的副产品是水。
近几年,吴鹏奔走在长三角企业间,尝试将这种全绿色的催化制剂真正用于生产,终于让一家浙江的中小企业吃了“螃蟹”——这家企业彻底摆脱了老工艺环境污染严重无法继续运转的困境,实现了年产5000吨丁酮肟工艺过程的工业化,最近生产规模放大到年产1.5万吨,基本实现零污染。
2014年4月,中国石油和化学工业联合会组织院士专家对该项目进行了鉴定,认为该成果“属国际首创,整体及属居于国际领先水平,节能减排示范作用显著”。素来十分低调的吴鹏对这项成果非常骄傲,他说,在同样成本及产量条件下,这种原始创新方法,几乎让反应物100%的原子进入生成物,必是高效率、无毒害的绿色化学。
主持完成973课题1项,国家自然科学科学基金4项,教育部研究项目2项;目前正在主持科技部支撑项目等国家和省部级项目5项;研发出了一系列自主创新的钛硅分子筛和相应的“绿色催化”过程,取得兼具学术意义和实际应用价值的成果;发表制备具有独特酸催化、碱催化、氧化还原催化功能的非硅基介孔材料新方法……追逐梦想的路上,吴鹏教授很忙。即使短短的采访也只能分段进行。其间,他还与来自法国里昂高校的教授进行交流研讨,对研究生论文进行指导,审阅学术文章……
如今,他身兼数职,如担任国际期刊《Microporous MesoporousMaterials》的副主编,每年要审核300多篇国际学术著作。同时,他还担任《中国化学快报》编委、中国催化专业委员会委员、中国分子筛专业委员会委员、中国绿色化学专业委员会委员等等。
吴鹏说,化学科学总是在发展变化,如果他一段时间不关注了解一下世界化学的动态,就觉得好像被抛弃了似的。担任这些职务,对自己也是个很好的学习机会。这是一个站在世界绿色化学前沿的科学家的危机感,正因为这种危机感,使他仍然日日孜孜以求。
自然与生命之美,核心就在于一个“绿”字,这也是绿色化学的真谛。吴鹏表示:世界的“绿色”未来,取决于大家共同努力,以绿色化学为核心,构建可持续发展的和谐环境与社会,他想一尽努力。
来源:宜兴日报