为学,为师,为业,化工逐梦他们一直在路上——记南京工业大学化工学院科研团队
作者:季天宇时间:2019-10-18 14:22 来源:《中国科技人才》杂志

悠悠南工百年岁月,肇始三江、源承同济。在南京工业大学(简称“南工大”)这所百年老校中,化工学院无疑是其中一颗耀眼的明星。

这里拥有融合创新的前沿学科,化学、材料、工程学科ESI(基本科学指标)排名分别位列全球前0.159%、0.192%和 0.348%。

这里拥有才华横溢的学术大师,其中两院院士2人,“长江学者奖励计划”特聘教授3人,国家杰出青年科学基金获得者7人,国家“万人计划”3人,“973计划”项目首席科学家6人,全国优秀、模范教师2人。

多年来,南工大化工学院扎根产业、锐意改革、创新不止,无论是学术研究还是教书育人,均走在时代前沿,收获累累硕果:先后获得国家技术发明奖二等奖、科技进步奖二等奖6项,10余项省部级科技成果奖,培育出膜材料、生物化工等领域20余家高新技术企业……

南工大化工人怀着对科学的信仰,不惧挑战,书写了一幅幅华丽篇章。


传承大师初心不改,打造化工人才“蓄水池”

追溯源头,还要从南工大化工学科创始人时钧先生说起。

“一生执教兴国,半世甘为人梯”,在很多化工人眼里,时老先生甘把一生奉献给化工事业。

1934年,时钧进入清华大学化学系学习,毕业后他考取了清华大学公费留学生,赴美国缅因州立大学攻读工学硕士,并在1936年前往美国麻省理工学院专攻化学工程。

“七·七”事变后,美国麻省理工学院化工系主任怀德曼教授盛情邀请时钧留在美国,但时钧婉言谢绝了,他的心里只有一个信念:回到祖国。当时钧回国受聘教授时年仅27岁,学生们都戏称他为“娃娃教授”。1946年,他来到南京,担任中央大学教授、化工系系主任。

20世纪50年代,囿于国内缺乏化学工程专业人才,我国化工产业发展缓慢。1952年,在化工部支持下,时钧创办了我国第一个硅酸盐专业。4年后,他与多名教授联名上书,建议在化工系设立化学工程专业,为我国化工产业发展培养专业人才。1979年,科学的春风吹拂大地,时钧先生再次领命重建南京化工学院化学工程系。在他主持带领下,建成了化学工程博士点和具有一定规模的化学工程研究所。

20多岁走上三尺讲台,60余载在化工领域耕耘,时老先生倾尽一生,为化工领域培养了众多人才,他的学生欧阳平凯后来致力于生物基材料研究,徐南平、陆小华等开展分离材料、界面传递、分子热力学研究,金万勤致力石墨烯研究……

20世纪末,南工大化工学院开始筹备建设国家重点实验室,以科研平台选拔和塑造高层次人才梯队。2007年10月,科技部正式批准建设“材料化学工程国家重点实验室”。如今,材料化学工程国家重点实验室形成了一支以3位两院院士(化工学院2位院士,材料学院1位院士)为带头人,青年博士生导师和海归博士为主体,年轻博士为骨干的研究队伍。

重点实验室聚焦探索材料结构与传递现象、材料制备的化学工程方法、材料的化学工程应用三大领域。一路走来,产出了许多重量级研究成果。由徐南平院士领衔的科研团队承担的南通王子纸浆一体化废水零排放项目得到各方面高度评价;乔旭教授经过10年攻关研发出了系列环保前置型化工一体化集成技术与装备,把“三废”扼杀在化工生产过程中;暴宁钟教授发明了电极材料生长和性能调控的方法和技术,解决了商业化电池材料导电性差、结构稳定性差等关键难题,奠定了我国在相关领域的国际领先地位……

2017年,以材料化学工程国家重点实验室为依托南京工业大学入选国家创新人才推进计划创新人才培养示范基地。负责申报工作的材料化学工程国家重点实验室党总支副书记仲盛来感慨:“其他学校都是以学校整体实力作为基础申报,但南工大仅以材料化学工程国家重点实验室为基础将人才基地申请下来,非常不容易。”

人才培养基地聚集基础研究和应用研究的人才力量,围绕国家科技创新和产业结构转型需求,攻克关键共性技术难题。通过项目-实验室-人才的联动,为校内和校外合作单位催生院士3人、长江学者6人、国家杰青12人、国家优青2人,逐渐成为我国材料化学工程领域的人才培养基地。基地现有近60人获得江苏省双创人才、南京321人才计划等各级创业项目支持,培育高端创新创业领军人才10人、高层次创新创业科技人才20余人。


百亿工程起死回生,齐心协力攻克世界难题

2012年,江苏启东爆发了一次公众群体性事件,最直接的导火索是一条即将开工建设的排海管道。

2016年,一家中国民营企业在澳大利亚布里斯班举办的第十届世界水大会上,一举夺得水处理领域内具有“诺贝尔奖”之称的全球水领域创新大奖,实现国内此奖项零的突破。

两件看似毫无关联的事情,却因为南工大紧紧地联系在了一起。

2003年,日本王子制纸株式会社宣布在南通建设纸浆一体化工厂,总投资160亿人民币,其中,王子制纸株式会社占注册资本90%,南通经济技术开发区占10%,成为当时日本原材料厂商对华投资的最大手笔。2012年,在废水处理技术难以攻克的前提下,该厂选择建设一条110公里长的排水管道,将废水直接输送到临海。

就是这一举动,惹怒了当地百姓。为保民生健康,当地政府承诺“永久停建”排水管道。这条尚未完工的排海管道,似乎成了一步“死棋”,留下了巨大的困局。

关键时刻,中国工程院院士、时任江苏省省长助理兼科技厅厅长、中国膜科学“973计划”项目首席科学家徐南平主动请缨,带领南工大膜科学研究所的40多位研发人员,接下了南通“中水回用”课题。

“为了不延误工期,我们当时研究、设计、施工同时进行。因为没有废水实验样本,我们找到类似的工厂,利用他们的废水进行试验检测,甚至从日本直接空运回一吨造纸厂废水。” 该课题组成员、南工大化工学院院长范益群,回忆起当年的研究说。

这一堪称世界级难题的废水处理工艺,到底难在哪里?范益群道出了其中的关键。

一方面,采用何种经济性的膜材料保证膜集成稳定性?纸浆废水的成分非常复杂,废水中有300—600种物质,特别是胶体物质、木质素、短纤维等很容易堵塞纳米级的过滤膜,这就导致过滤膜的“短命”。为解决这一难题,他们进行了成百上千次试验,最终才确定了9种膜工艺。

另一方面,废水处理后的几百吨高盐水如何处理?团队借鉴国外经验,尝试采用低温结晶技术,但出来的都是糊状物,根本不能提取盐分。比较多项技术,结合经济性要求,团队最终采取机械再压缩结晶技术,制取的工业盐为多个行业供应原料。

经过前后3个月紧锣密鼓的研究设计,南工大团队最终提出成套设计工艺,设备用时6个月完成安装,一年内实现试运营。处理后,废水水质优于自来水,真正实现了废水零排放。

研究人员算了一笔经济账,相比投入12亿建设排海管道,这套设备节约了一半,运行费率较原先低了30%。

该项目因其独创的工艺设计、膜集成组合,废水完全零排放等优势,在2016年获得了国际水大会(IWA)颁发的大奖。

南工大膜科学技术研究所所长杨刚说:“徐南平院士告诉我们,没有任何退路,只能背水一战!”南工大化工学院不负众望,主动创新,挽回了一场败局。

“作为科学家,自主创新是应尽的职责,如果不干,是一辈子的遗憾!”徐南平院士说出了他的肺腑之言。


是科研专家,也是教学能手

今年5月23日,英国化学工程师学会IChemE颁奖典礼在英国伯明翰国际会议中心举行,来自全球化学领域的杰出人才共同见证了这场科学界的盛会。南工大官方网站刊登的照片记录了重要的一幕,着一身灰色中山装的金万勤教授从颁奖嘉宾手中接过金色的Underwood奖章,脸上洋溢着笑容。

Underwood奖章是由IChemE董事会在1957年设立,旨在表彰来自学术或工业界为分离领域作出持续性杰出贡献的研究者。金万勤教授凭借“在面向清洁能源和水资源的膜技术领域的国际领先研究”成为该奖项首位中国获奖者。

金万勤有很多头衔,“973计划”项目首席科学家,德国“洪堡”学者,材料化学工程国家重点实验室常务副主任,石墨烯膜材料研究与制备的专家……但他最珍惜也是最看重的,却是在三尺讲台授课的高校教师。

2017年,教育部印发《关于开展全国高校黄大年式教师团队创建活动的通知》,引导广大教师持续向黄大年同志学习。次年,教育部审核认定了首批201个“全国高校黄大年式教师团队”,南工大金万勤教授领衔的材料化学工程教师团队位列其中。

金万勤认为:“教书育人强调的是言传身教,在人民所赋予的三尺讲台上要为人民培养人才。”2003年结束德国洪堡基金会资助的研究后,金万勤回到了母校南工大,成为化工学院的一位教师。在学校,他给学生全英文讲授《化工原理》。考虑到没有配套的中文实验指导书,英文版指导书和课程内容不配套,学生用起来也不方便,于是他主动为学生们编写了一本化工原理实验指导教材,这本书后来还远销英国、印度等国家。

金万勤在南工大带的第一批学生中有一位如今成为了材料化学工程国家重点实验室教授,他就是周嵬。“金老师是我大学本科论文导师,他对我的帮助一辈子忘不了。”他至今还清楚地记得做本科毕业论文时,因为实验没有章法,被金教授批评。“金老师指出我实验的问题后,建议我采取平行实验的方法防止实验误差。经过金老师指导,这篇论文后来发表在化工领域TOP10杂志《AICHE JOURNAL》上,这在本科生中是非常罕见的。”

“我一直坚持认为授人以鱼不如授人以渔,学生论文改得面目全非不怕,重点是要让他们学会自己做数据,写论文,把本事学到家。”金万勤说。

这支材料化学工程教师团队汇聚了南工大化工学院最强大的师资力量,95%以上的教师都有海外留学背景,他们不仅科研做得好,而且教学也不遗余力。像金万勤一样始终把学生装在心中,极尽所能培养学生的教师不在少数。沈居贵教授自2002年起,每年自掏腰包拿出1万元奖金,激励年级排名提高40名的学生;管国锋教授从2011年起牵头联合多名教授组建跨学科教研团队,以实际工程案例为教学内容,配套编辑出版专业教材,把学生培养成具有跨学科和创新精神的复合型人才……

多年来,材料化学工程教师团队成员潜心育人,正副教授均承担本科生和研究生课程,年均教学工作量119.6标时;团队成员还协调好繁重的教学和科研任务,主动担任班主任等工作;团队共培养博士81名、硕士341名。金万勤、管国锋、范益群、居沈贵等教师分别获省“优秀教育工作者”“毕业论文(设计)优秀指导教师”和校“师德十佳”“优秀班主任”等称号。


教授有“膜”方,带领博士创业打破国外垄断

太阳能板生产中会产生的含硅废液,如何把硅粉和纯水从废水中分离出来?酿酒过程中产生的颗粒杂质,酵母含量高影响酒的口感如何解决?河道常年散发臭气,河底污泥淤积,黑臭水体是否还有救治可能性?

有了陶瓷膜,以上这些问题就不再是问题了。

陶瓷膜是以氧化铝、氧化钛、氧化锆等无机材料经高温烧结而成的具有多孔结构的精密陶瓷过滤材料。20世纪80年代末,我国陶瓷膜产业还处于一片空白。在国家“九五”科技攻关项目的支持下,我国制备出实验室规模的无机陶瓷膜并转入民用。1997年,在国家“九五”科技攻关项目的支持下,国内无机陶瓷膜实现产业化,此后逐渐在医药、食品、化工与石化、环保水处理等领域广泛应用。

1997年12月,徐南平与研究所的其他6位博士一起,与南工大共同成立了江苏久吾高科技发展有限公司。据范益群回忆,当时在实验室加班加点做实验是家常便饭,不加班才是不正常的,所有项目研发人员把生活重心全部放在了实验室。“3个月就推出我国第一台工业陶瓷膜成套设备,当年实现利税200多万,2年里公司资产增值21倍,我们还成功建立我国第一个陶瓷膜工业产品生产基地。”回想起当年和团队一起作出的耀眼成绩,范益群激动万分。凭借着可靠的质量与合理的价格,如今久吾公司早已成为行业的领跑者,公司生产的陶瓷膜占据国内一半以上市场。之前长期占据国内市场的外国同类型产品,不得不把售价降低到原先一半以下。

以学科优势带动产业落地,源源不断开发出新产品,在南工大化工学院已经成为了一种常态,像久吾这样以南工科研优势运行的公司还有很多。“目前九思高科技公司是最大的孵化器,在它下面有九天、久盈、久吾等近10家公司分别生产各种产品。九思的产品是好的教授和它下面的公司,而其他公司把九思的技术转化为实实在在的产品。”南工大化工学院教授顾学红解释。

据统计,近6年,团队共获授权发明专利134项,美国专利1项,在膜技术、绿色化工等领域形成了技术优势和产业优势,培育了10余家高新技术企业,直接经济效益逾20亿元。从无到有白手起家,由弱到强领跑行业,南工大化工学院的科研团队凝心聚力,真正把薄薄一层膜做到极致。