张永发：锐意进取书写科研人生

杨洋

2020年初，众多行业因疫情而放缓脚步，而对于太原理工大学煤基能源清洁高效利用国家重点实验室教授张永发来说，却是忙碌而充实的一年。他是山西省政府联系的高级专家，是国家科技部国际合作项目评审专家，也是国务院政府特殊津贴专家。他努力将自己的人生价值体现在学生培养和一个个科研项目上。5月14日，记者走进这个“国家队”实验室，聆听了张永发的教学的科研故事。

1、与时俱进不落伍

去年春节期间，太原理工大学抗疫封校。張永发开始了新式本科生网上授课，及一对一硕博研究生网络指导，“停学不停课”，7月份本硕博教学圆满结束。这一年是他教学最辛苦，却收获颇丰的一年。6名应届博士生和2名硕士生以优异的成绩毕业。他们中获“2020太原理工大学‘晋昌博士创新奖”1人次、获2020太原理工大学博士特等奖学金1人次、获“2020太原理工大学优秀博士论文”2人篇。

张永发出生于山西清徐成子村，学生时代品学兼优。高中毕业后，曾是村里“农业学大寨”的带头人。高考恢复后第二年荣幸成为新中国成立以来从成子村走出的第一名大学生。他说农村艰苦的经历，磨练了坚强的意志和拼搏向上的品格，是他一生的宝贵财富。

近几年来，张永发的科研成果很可观。他告诉记者，“碳纳米管是碳的一种同素异形体，它具有独特的一维结构，在力学、电学、热学及吸附等方面体现出优异的特性。”由于具备显著的特性，碳纳米管在复合材料、电子材料和能源材料等领域获得广泛应用。

张永发在研究低变质程度烟煤热解时发现，在煤中加K催化剂和煤中原生Fe矿物质共同作用，能使煤中部分成分转变成碳纳米管。根据这一发现，他提出了Fe/K催化煤热解直接制备碳纳米管的新方法，并和他团队研究者以低变质程度烟煤为原料，开展了热解条件对生成碳纳米管影响、Fe/K催化煤热解制备碳纳米管的基本理化特征、碳纳米管的生长机理等问题开展了详细研究。2020年，在采用煤改性组分为原料及新催化剂的条件下，张永发团队使碳纳米管的产率和质量大幅度提高，在以煤为原料批量制碳纳米管研究领域，获得了碳纳米管产品指标国际领先。

2、科技创新攀高峰

中国煤炭资源丰富，但粘结性炼焦煤资源较为稀缺，其探明储量仅占全国煤炭总量的25.4%。“粘结性是煤最重要的性质之一，它决定着煤是否能够粘结成焦及焦炭质量的高低。”张永发说。

据了解，山西省炼焦煤资源是世界最优质的炼焦煤，被誉为“东方黑明珠”，是中国的稀缺资源。而中国低变质非粘结性煤储量较为丰富，占国内煤炭储量的50%以上。长期以来，由于其水分高，氧含量高，挥发份高，发热量低，粘结性差，未能得到充分的开发和利用。因此，如何通过对低变质非粘结性煤进行改性处理，把它们改制成炼焦煤是现代煤化工产业的重要研究方向之一。

截至目前，国内外没有一项低阶煤制炼焦煤的工业化改性技术。

张永发在多年研究的基础上提出了在催化亚临界H2O-CO体系中对低阶煤进行加氢改性的技术，这种技术科学地利用H2O-CO反应生成的活性H离子，给不粘结性煤加H，提高其粘结指数G值到90以上，改性煤的粘结性与肥煤的粘结性相当。张永发和他团队研究者进一步对亚/超临界H2O-CO体系中煤改性的操作进行了优化，特别是2020年在对催化剂调整后，使粘结指数G值稳定在85以上。这种改性煤是优质的炼焦煤，其质量指标国际领先。初步估算，采用这种技术将使炼焦配煤每吨成本降低40～60元。对于300万吨产量的焦化企业而言，年增加利润2亿元，经济效益可观。

3、破解难题迎高光

2016年，焦化脱硫废液已经被列入《国家危险废物名录》。焦化脱硫废液的高效、洁净处理已是行业亟待解决的技术难题。

张永发在研究脱硫废液中硫氰酸铵等主要盐在H2等还原性气氛中热解时发现，这些盐在470C°时全部热解。因此，他创新地开发出利用焦炉上升管高温荒煤气余热，热解处理脱硫废液的新技术。焦炉上升管荒煤气带出热量（850℃左右）约占炼焦过程中总余热的33.76%。利用这部分余热热解法处理脱硫废液的新技术，回收利用了余热，处理了危险性废液，是一种创新性科学处理废液的方法。

2020年他和他的团队开发了热解脱硫废液混盐制备可见光催化剂g-C3N4的新技术。用新技术制备的光催化剂g-C3N4在可见光下，对含60mg/L的罗丹明B污水照射4个小时处理后，罗丹明B的降解率高达96.49%。显著高于同等条件下由纯硫氰酸铵所得g-C3N4的催化效率。该技术是脱硫废液高质化利用的新的技术。同年还完成了创新性脱硫废液氧化制硫酸铵技术，实现了焦化脱硫废液全组份回收利用。该技术正在产业化应用试验中。

张永发的这些创新性技术成果，不仅写在《Fuel》等学术期刊，而且这些成果已经服务和正在服务于企业。此外，由他作为主持人完成了国家重点基础研究发展计划“973”课题“无变换焦炉煤气调H2及CO2减排基础研究”;完成了国家重大项目《气化煤气和热解煤气共制合成气技术开发》;完成了国家科技支撑计划课题“褐煤粉煤低温炭化转化关键技术研究与开发”。他还主持多项国家和省级自然科学基金、省煤焦产业链重点和重大项目，申请国家发明专利100余项，授权90余项。

这些年来，张永发踏踏实实做事，兢兢业业教学，荣誉对他来说是付出的肯定，却不是炫耀的资本。他是一个低调的科学研究者，创造出一个又一个奇迹，与此同时，他也是学生们敬佩的老师，他用他的言行激励着一代又一代的莘莘学子。