何鸣元

    他是石油化工催化材料专家,中国科学院院士,长期从事催化材料与炼油化工催化剂研究,为发展我国重油裂化、提高催化裂化汽油辛烷值、新标准汽油生产等技术作出突出贡献。

他研究化学,却始终在反思化学,为推动绿色化学发展殚精竭虑。他学识渊博、为人谦虚,为石油化工行业培养了一大批科研骨干。让我们一起了解何鸣元的故事。

 

 

推开催化化学之门

何鸣元是苏州人,生于1940年。他的爷爷是个私塾先生,父亲是学纺织的,但受爷爷影响,最后也当了教师。这样的家学渊源,让何鸣元兄妹六人从小就沉醉在书香的芬芳之中。那时候全国刚刚解放,何鸣元家中生活困难,能吃的东西少,但是能读的书却有很多。兄妹六人吃饭时都经常在桌前放着书,边吃边看,这成了家中的习惯。这种家庭气氛使何鸣元从小就养成了独立自由的个性。作为一座千年古城,百代翰墨让苏州的一石一木都濡染上了文化的气息。在这样的一种氛围中长大的何鸣元骨子里就有一种儒雅倜傥的气质。

何鸣元就读的苏州中学在江南久负盛名。何鸣元最初爱好文学,但在入中学后,班里来了一个名叫孙心慧的化学老师,他讲课条理清晰,法度严谨,平时虽不苟言笑,但对学生却体贴入微,何鸣元很喜欢他,久而久之,何鸣元也喜欢上了化学。之后,许楠英老师又接替孙老师讲授化学课。许先生授课语言简洁,对课程的讲解像元素周期表对世界的描述一样简明生动,这让何鸣元逐渐感觉到了一种自然界的和谐之美。一次,何鸣元的一份考卷被许先生作为答题简练准确的范例公布示众。除了油然而生的骄傲自豪之外,少年学子的心中突然间升腾起一种想探索化学世界的愿望。

高中毕业后何鸣元报考了清华大学。虽然何鸣元的考试成绩不错,可是由于家人中有“海外关系”,他没有被录取。这件事情对何鸣元打击很大。好在最终因为成绩优异,何鸣元于1957年被华东纺织工业学院录取。

何鸣元上大学的那段时间,正赶上饥饿的年代。大学生们每月的粮食也是定量的,每天每顿吃多少饭都是要严格分配的。但所幸的是大学图书馆里有的是书!抱着书,不停地去读,饥饿就似乎不那么狰狞了。当四年大学毕业时,何鸣元已经把化学世界的风景做了大致的浏览,他对纤维化学产生了浓厚的兴趣。

1961年,何鸣元来到石科院工作。领导分配他参加航空煤油的研制,后来又让他测试火箭燃料在高温高压下的性能,主要的工作内容是仿制设备,建立方法。随后何鸣元又被安排去进行气相色谱分析。他逐渐地对这个研究项目产生了兴趣,开始着手建立方法,并很快有了一些收获。但好景不长,不久他便被下放到“五七”干校去劳动了。

一年后,由于国家需要发展炼油催化技术,需要气相色谱分析,而何鸣元在这方面已经有了一些成绩,他从稻田里被召回。何鸣元到石科院催化重整研究室做色谱分析,很快就建立了一些方法,如汽油的族组成、芳烃含量分析等,这些方法就是石油化工企业现在普遍采用的色谱分析法。

但是光进行产品分析还不行,何鸣元又想到将色谱分析和催化反应过程结合起来,这一想法立即把他引领到了催化化学领域的门前。他突然意识到,催化化学里有迷人的风景,催化基础研究是很重要的科研。从此,何鸣元便一头扎入催化化学的海洋。

不久后,“文化大革命”开始了,何鸣元被当作反面典型点名批判。但这时何鸣元似乎已经有了定力,他把自己关在屋里读书,更深地沉入了催化化学的研究之中。

 

踏上催化剂开发长征路

1980年,国家公开选拔公派留学生,何鸣元报名参加了考试。他以扎实的基础功底,在教育部组织的统一考试中一举夺得第7名,被送往美国,以访问学者的身份进行研究学习。

最初,何鸣元在美国西北大学做载持有机金属络合物研究。西北大学自由的学术环境和开放的学术气氛与何鸣元自小就具备的独立自由的性格十分契合。在西北大学的两年,何鸣元觉得他的科研能力得到了极致的发挥:他完成了几篇高水平论文,一一在《美国化学会志》等著名刊物发表。两年后,几名教授联名推荐他何鸣元读博士,但是因为其他原因,没有读成。随后,何鸣元转到美国得克萨斯大学,继续以访问学者的身份进行催化化学相关研究。在这里,他一年竟然完成了5篇论文,均在美国《催化杂志》等重要杂志上发表。这时候的何鸣元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对自如、游刃有余了。

  1984年的冬天,何鸣元被国家召回,安排在闵恩泽院士手下进行催化基础研究。当时石科院新成立了基础研究部,何鸣元任研究部主任。闵恩泽院士说:“我们不能再亦步亦趋,学别人的东西了,我们必须从导向性基础研究上来实现创新。”何鸣元说:“那就从催化剂着手,从催化材料着手!”

于是,一个大师,一个化学专家,带领一群博士、硕士研究生,开始了一次中国革命式的催化剂开发的长征。

19世纪90年代,美国人MCAfee提出用催化剂来加工石油的方法,这一灵感决定了以后全世界的炼油技术的方向。一百多年过去了,没有人再越出这样一个方向。在高温高压下,石油的油气组分通过催化剂的表面孔道,转化成不同馏分或不同产品,这就是催化剂炼油的基本原理。不同孔道结构的分子筛,是制造催化剂的重要材料。

元素周期表告诉我们,物质是由分子构成的,分子是由原子构成的,原子和原子结合,构成化合物,进而可以构成不同晶体结构的分子筛材料,这是炼油催化剂的重要基础。

催化剂颗粒很小,小到只有几十个微米的直径。但在何鸣元看来,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。他的思绪电光一样掠过催化剂颗粒,探寻着这个微观世界的奥秘。关于催化剂活性中心的本质、催化剂反应和失活机理、催化剂的特征等等,都在他的思绪的照彻下,渐渐明朗起来。

何鸣元和他的同事们制造的Y型分子筛是迄今为止工业中应用最多的分子筛之一。1994年,一种Y型分子筛催化剂获得中国石化总公司创造发明一等奖,第二年,获得国家技术发明二等奖。之后,ZRP系列分子筛被开发出来,β分子筛及其新合成方法相继问世,在分子筛和炼油催化剂领域先后解决了一些国家亟需解决的问题。

何鸣元多年来致力于工业分子筛和分子筛催化剂的研究开发,涉及到几乎各主要分子筛品种,包括Y型、MFI型、BETA型、Ti-Si型等,从合成、改性新方法直到规模化的工业生产和工业应用,对国民经济发展起到实质性的推动作用。

1995年,何鸣元当选为中国科学院院士。

2001年,获何梁何利基金科学与技术进步奖。

 

拉开绿色化学革命序幕

19世纪以来,随着科技的进步,工业得到快速发展,为此付出的代价是环境遭到严重破坏。何鸣元是搞石油化学的,他制造的催化剂加快了石油产品的生产,但是同时又增大了对环境的污染。这让何鸣元苦恼不已,并开始思考绿色化学的问题。这时候,绿色化学在国外已经兴起。

世界环境与发展大会召开之后,中国政府编制了《中国21世纪议程白皮书》,郑重声明走经济与社会持续协调发展的道路,中国科学院化学部确定了《绿色化学技术——推进化工生产可持续发展的途径》的院士咨询课题。何鸣元等一批科学家、专家对国内绿色化学的现状和发展趋势进行了大量调查研究,建议国家科委将绿色化学与技术研究列入国家“九五”基础研究规划。1997年,国家自然科学基金委员会与中国石化联合资助的“九五”重大基础研究项目“环境友好石油化工催化化学与化学反应工程”启动,绿色化学革命拉开了序幕。

2000年10月,国家关于基础研究的重大计划“973”项目——“石油炼制和基本有机化学品合成的绿色化学”立项,何鸣元被任命为该项目的首席科学家,项目与所负责课题的基础研究成果推动了多项绿色炼油与化工新技术的突破和工业应用。2008年,在“973”计划十周年庆典仪式上,何鸣元主持的绿色化学项目获得项目优秀团队奖。

何鸣元认为清洁燃料的生产,首当其冲的依然是催化剂和催化过程的开发研究。从绿色化学角度看,依靠传统技术生产的汽、柴油存在严重的污染。我国规划到2010年使汽、柴油质量与国际接轨,这对催化裂化、加氢、烷基化和异构化等石油炼制技术的绿色革命提出了要求。

何鸣元按照闵恩泽院士的倡导,从导向性基础研究上着手,从源头上根除污染。同样,对于有机化学品的合成,也应该从源头上把关。我国已有的生产20多种有机化学品的生产技术,大多都是从国外引进的老工艺,生产过程中要排放大量废物,有的还使用有毒有害的原料、催化剂或溶剂等。何鸣元提出,加强导向性基础研究,实现我国基本有机化学品合成的科学与技术跨越。

作为国家绿色化学项目的首席科学家,何鸣元组织一批科研院所的80名专家教授,共同编写了《石油炼制和基本有机化学品的合成的绿色化学》专著,详尽地介绍了我国近年来在绿色化学方面的科技成果以及新的科学思想,同时提出了我国绿色化学的发展目标。

面对日新月异的技术发展,已年过八旬的何鸣元院士仍怀有一种向世界绿色化学前沿迈进的使命感和危机感,现在,他每天都要在网上了解一下世界化学的动态,并孜孜以求地进行相关的研究。

谈及未来,何鸣元在2020年接受《国家科学评论》采访时介绍了绿色碳科学的理念以及绿色碳科学在绿色低碳循环发展、碳能源、碳排放三元关系中的核心地位。他说,绿色碳科学的学术研究和技术开发任重道远,随着学术界和产业界关注度的提高,相信会有更多技术精英加入进来。只要大家一起努力,绿色碳科学的学术研究和技术开发一定会取得更多新的成果,一定会在构建绿色低碳循环能源化工体系和实现国民经济可持续增长的进程中,发挥越来越重要的作用。

 

来源:

《中国催化名家(下册)》《绿色化学的脚步》(有删改)

原作者:杨岩

 

《科技成果管理与研究》2013年第2期

《不懈努力 守护自然与生命之美——中国科学院院士何鸣元》(有删改)

原作者:王涛

 

审校:何鸣元


信息来源: 
2021-10-15