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全国服务热线2020年初全世界突然爆发新冠疫情后,青岛能链光电科技有限公司与中国海洋大学签订风险投资协议,李春虎教授临危受命,被委托立即研制光电催化杀毒灭菌样机,并尽快进行第三方测试验证和投放抗疫市场。当时疫情爆发,学校停课,研究生无法进校。为此,李春虎教授亲自在实验室设计图纸,订购配件,制备光电催化剂,联系组装加工厂,几乎夜以继日的研制,终于在2020年4月底,研制出1台卧式和1台立式共计2台光电催化杀毒灭菌机样机,并立即空运到广州,2020年5月经钟南山院士的广州呼吸所杀毒灭菌测试和中科院广州中科检测技术有限公司的杀毒灭菌测试,该样机对H1N1病毒的杀灭率大于94%以上,对白色葡萄球菌的灭菌率大于99.98%,对冠状病毒(HCoV-229E)的杀灭率大于99.9%。
这种光电催化杀毒灭菌机是一种高效,无毒,安全的新技术。其创新点有:在等离子UV和纳米g-C₃N₄@TiOx光催化剂,以及DSA金属涂覆电极筛板表面的共同作用下,将产生大量超氧自由基,羟基自由基,双氧水,以及光生电子和空穴,当含有病毒和细菌的空气经过这个光电催化电极筛板区域时,这些短寿命、高能量和高活性的自由基就会捕捉它们,并降解病毒和细菌中含有的RNA或DNA,使病毒蛋白质形成的衣壳破坏,失去活性和传染性。
当含有病毒和细菌的空气在风机循环状态下,只要在光电催化场内多次穿过停留时间足够长时,就可持续将病毒和细菌分子中的DNA和RNA化学键断裂降解,降解后的中间产物再降解断裂,直至矿化为二氧化碳和水,使其彻底失去生物活性。
光电催化还可将细菌病毒的宿主分子,如雾霾,PM2.5,飞沫,气溶胶等也一并降解,彻底杀菌灭毒,使其不可再存贮、休眠、复制和表达,使病毒与细菌蛋白质变性,酶发生自由基反应失活,蛋白质结构破坏,RNA和DNA不再有生理活性,失去感染,致病和繁殖能力,使经过光电催化杀毒灭菌机消杀的空气非常清新。
光催化和电催化两种技术模块串联组装,使得对光催化自由基反应降解不敏感的病毒和细菌分子可被电催化分解和杀灭,同理,对电催化不敏感的病毒和细菌分子以及降解后中间产物分子可被光催化降解和灭活,光催化与电催化技术模块串联,可达到彻底多重消杀病毒和细菌分子结构的目的。
该技术无需任何化学药剂,空气中的氧气和水分是其产生“杀毒灭菌弹药—自由基”的原料,也无二次污染,不消耗任何材料。另外,其技术升级空间巨大。光电催化模块独立设计,可串联其它杀毒灭菌技术进行后续改进。
众所周知,传统的紫外灯杀毒灭菌技术一方面不能产生可持续消毒的物质,同时,受空间位置,设备安装距离等因素限制,缺乏可持续的消毒能力,其它消毒技术,如臭氧等可产生持续性的杀毒灭菌物质,但与紫外灯消毒一样,对人体健康有一定伤害,很难“人机共处”。光电催化杀毒灭菌技术不仅可以人机共处,而且对空气中的烟雾,汗味,过敏原等所有对人体健康不友好的化学物质统统可以降解,为生命健康提供全方位保护。该光电催化杀毒灭菌机获2021年度山东省化学化工协会科技进步二等奖。
新型光电催化杀毒灭菌机的研制成功和未来大规模应用,一定程度上消除了“社会恐慌”,助推了复工、复产和复学,为主动杀灭病毒和阻止病毒传播提供了技术保障,并将成为社会常态,让全国人民生活在没有“有毒空气”中成为可能。更不会让一场疫情的爆发使中国的大气环境和经济活动成为中国的“以巴和平”问题。可以预测光电催化杀毒灭菌在对抗生化武器方面也能发挥降解和保卫作用。
光电催化技术被喻为21世纪的“梦想技术”,工业4.0和国内外重点扶持的新技术和新产业。地球上的一切生物和植物皆为“移动和固定”的太阳能储存的“原电池”,本质上就具有“光电能与化学物质能”相互转化的特质,随着光伏发电等新能源的转换和发电成本已经低于燃煤发电,太阳能取之不尽用之不竭的天然优势,光电催化在未来国家“3060”双碳战略和化学物质合成中也将扮演重要角色。目前,在李春虎教授的带领下,课题组利用光电催化技术在海水制氢,空气合成氨等方面也取得了一定的进展,同时,也在积极探索光电催化技术在蔬菜水果常温保鲜(用于太空旅行),常温冷库杀毒灭菌(保鲜与节能)等方面的应用研究。
友好型生态环境是高质量发展的应有之义,是建设美丽中国的绿色底色,也是实现中华民族伟大复兴中国梦的内在要求。为更好地服务国家环保事业,李春虎教授一直与净化技术为伴,与化工公式为友。作为一名新时代的科研工作者,他一直坚守在实验室、默默付出着,任劳任怨地与环境净化技术作斗争,破解了重重难题。光电催化技术可以打破热力学平衡,可实现常温常压下更加安全的合成高价值化学品和解决国民经济发展中的许多实际问题,他长期与煤化工、天然气和石油化工原料气的催化净化打交道,还从事光电催化技术在船舶烟气脱硫脱硝、废水超洁净光电催化处理、光电催化VOCs降解和光电催化杀毒灭菌方面的研究,为光电催化净化技术做出了重大贡献。
多年来,李春虎教授先后主持和完成了国家“七五”“八五”和“九五”科技攻关项目、国家高新技术研究项目(863)、国家自然科学基金、教育部跨世纪人才基金、多项企业横向合作项目、中日国际合作以及国家重大基础规划研究项目(973)的研究、国家“十二五”支撑项目和青岛市科技惠民等项目30多项。在国内外学术会议和刊物上发表研究论文300多篇,获国家发明授权专利50多项。出版专著《煤气净化技术》一书;参编了中-日合著的《CDM循环经济协调发展》一书。除此之外,作为中国海洋大学化学化工学院博士生导师,其指导的硕士、博士研究生和留学生近100名已获得硕士学位和博士学位。从1983年至今近三十年扎根于教学一线,传道授业解惑。
2001年,“依据煤气化规律优化脱硫净化技术及产品开发”项目获国家科学技术进步二等奖。这一由李春虎导师郭汉贤教授与李春虎教授组成的团队研究的项目开发了系列铁系脱硫剂、活性炭系脱硫剂和活性氧化铝水解催化剂,并提出了相关的理论研究成果。团队所提出的指导高温煤气脱硫设计的新理论——“囚禁”理论受到国内外同行的关注和热烈反响。李春虎教授提出了助剂“囚禁”活性组分理论,从助剂功能选择和制备史上创出一条脱硫剂制备新理论。具体来讲,就是用玻璃体(硅酸盐)、层状黏土化合物等非晶态化合物为助剂,经过混合、共沉淀或沉积等制备工艺将晶态活性组分“囚禁”在非晶态助剂中,这既缓解了活性组分的热冲击,减弱了脱硫剂的热粉化,又可极大地克服脱硫剂的晶变与机械粉化。
这一成果中开发的系列脱硫剂、水解催化剂在全国二十多个省市的150个化工、冶金、电子、陶瓷、金属加工等行业广泛应用。产品和技术不仅辐射到上海宝钢、首钢、大庆石油管理局等大型国有企业,而且出口美国、加拿大和韩国,累计为企业创造经济效益2亿多元,社会效益上百亿元。
后来,李春虎导师郭汉贤教授与李春虎教授团队不断发展和创新脱硫净化技术。他们所提出的催化剂表面碱性分布规律和首次发现的水解催化补偿效应、氧中毒机理在国外发表后受到加拿大同行的关注,并获山西省科学技术进步理论成果三等奖。“扎实的应用和开发基础理论以及高质量的产品和高技术,使李春虎教授团队开发的脱硫剂硫容是美国SulfaTreat公司的2.5倍,而SulfaTreat公司的脱硫剂曾在90年代风靡全球,他们的产品和技术的出现迫使美国SulfaTreat公司的总裁Richard.B.Fox与副总裁rad.Scranton前来谈判合作,并对创新思路给予了高度评价。Fox先生对李春虎教授说:“我祖父成立这个公司时,专门在公司大门顶部挂了一个铜钟,只有公司遇到重大事件,才能敲响这个钟,100多年都没有敲过,这次检测到你们的产品,敲响了这个钟”;加拿大ACP公司的总裁Bill先生也要求成为在北美市场产品与技术的代理,Bill先生来华前根本不相信中国能开发出这幺好的产品与技术,然而,经加拿大Claus国际脱硫检测中心检测,我们团队研发的产品确实性能好,达到了美国EPA标准要求。2012年,李春虎教授团队与国电北京龙源公司等单位共同承担和完成的“大型燃煤电站烟气海水脱硫与ECO曝气技术示范”国家“863”项目,在秦皇岛电厂圆满成功,相关技术以出口和应用到斯里兰卡、菲律宾和摩洛哥等海边电厂的海水脱硫中。获得国家环境保护部“环境保护科学技术奖二等奖”、国家能源局“科技进步奖二等奖”和国电公司等的海水脱硫“科技进步奖”等。
知行合一是李春虎教授从事研究事业的底色。多年来,李春虎教授带领课题组成员和研究生深入工厂,指导和帮助过国内多家化工企业进行技术改造和技术革新。
以山东胜利油田动力机械厂为例,其生产的燃气发电机应用在煤层气、焦炉气等的发电上,但由于燃气发电机对气体净化要求很高,致使在应用中经常出现发电机功率拉不上去、停机、甚至发电机严重腐蚀的情况发生,企业一度陷入困境。后来,山东胜利油田动力机械厂张国昌总经理专程找到李春虎教授,要求帮助解决这一技术难题,并提出气体净化必须将成本限制在0.03元/立方米。随后,李春虎教授便立即与张总前往宁夏石嘴山博宇焦铁集团进行了现场考察,并将新型脱硫技术方案运用其中,即独创发明的三塔串并联脱硫工艺、装卸方便压降低的新型脱硫塔和高活性高硫容脱硫剂,同时大大降低了煤气爆炸的风险。由于在很短的时间内解决了山东胜利油田胜利动力机械厂这一技术难题。该脱硫技术创新工艺和设备几乎成为了随后胜利油田胜动集团的“标配”煤气净化新工艺。张国昌总经理非常感动,以后无论在青岛、还是在东营见面时他经常提起此事和感谢。随后,胜动集团的煤气发电机成套设备出口到东南亚和美国,为集团创造了巨大经济效益。此外,这一技术也帮助了辽宁抚顺矿业西露天矿油母岩炼油厂副产的燃气发电项目脱硫净化中,其前期煤气净化设计工程中许多工序不配套,导致开工时出现许多无法克服的技术问题,当时已经投资4000万元,一旦技术问题不能解决那么损失不可估量。最后,金秀龙副矿长亲自到青岛找到李春虎教授,经工艺修改和反应器重新设计后,开车调试正常,这一技术再次为企业创造了效益,挽回了损失。
2012年青岛市市南区科技局找到李教授,称鲁迅公园有斑斑黑色石油污染,或黏附于礁石上,或退潮后黏附于沙滩上,摆脱教授解决这一状况。于是,李教授立即亲自带领两名博士研究生去与相关部门领导赶到现场,为此开发了基于多功能绿色贝瓷海洋油污光催化氧化降解规整吸附体,选用海洋贝壳为主要原料,利用冷轧成型、水蒸气养护等工艺,制备的多功能绿色贝瓷海洋油污光催化氧化降解规整吸附体获得成功。青岛海边的油污一旦进入吸附体,再也无法从其中流出,进而在光催化氧化下,迅速将油污分解成干净无毒的水和CO₂。自然降解海上漂浮油污需要2-3年,而采用光催化技术降解油污仅仅需要72小时。没有油污时规整吸附体放入海中,就是一个美丽的“人工石头”,是游客的“视觉享受物”。
除此之外,李春虎教授还帮助了多地企业解决技术难题。如青岛中车集团洗车废水光电催化处理、山西潞安太阳能科技有限公司、中石油(北京)阿姆河石油天然气公司、江苏大海能源公司,以及宁夏(石嘴山)博宇焦铁集团有限公司、内蒙古鄂尔多斯乌兰煤炭集团有限责任公司、新疆(阜康市大黄山)艾师米尔焦煤公司、新疆阜康市博达焦化有限责任公司、辽宁抚顺矿业集团西露天矿油母页岩炼油厂、乌海市海通工贸公司所属汇通发电公司、原平化肥厂、上海百金集团、河北元氏县化肥厂等五十多个厂家,他们还前往印度尼西亚、日本、哈萨克斯坦承担课题和指导企业进行天然气脱硫脱碳技术开发与技术升级和节能降排,并为企业取得了良好的经济效益。
而且,近5年开发的光电催化船舶烟气海水光电催化脱硫和微界面高比表面积填料,可节能降耗40%以上,并可广泛应用于石油化工、煤化工、天然气化工以及制药和食品工业中的吸收、萃取和精馏等化工分离节能减碳技术改造中,化工产品分离约占化工能耗的40-60%,光电催化技术与微界面高比表面积填料新技术预计将为分离过程节能减排20-30%以上。李春虎教授及其团队成员们忘我的工作精神和坚毅的敬业精神深受这些企业职工和领导的好评,并成为众多企业家的好朋友和技术参谋。
大力推进海水淡化与综合利用产业发展,可以有效缓解山东省沿海地区水资源严重短缺矛盾,保障水安全。李春虎教授认为,我国以及山东省的海水淡化技术仍存在投资高、收益低、大规模推广难等痛点难点问题,因此要围绕制约山东海水淡化与综合利用产业发展的“卡脖子”技术,以膜分离海水淡化三个核心关键技术为目标,组织“政、产、学、研、金”的联合攻关,趟出一条山东特色道路技术联合攻关的可行性路线。
海水淡化与综合利用产业是海洋强省建设的战略性新兴产业,对于缓解山东水资源短缺、保障经济社会可持续发展具有重要意义。随着工业的布局与发展,海水淡化后的浓盐水产量将逐渐增多,再简单排回大海显然越来越不现实,潍坊滨海开发区的海洋化工企业与吹溴工业结合取得了一定的经济效益,也给浓盐水排放问题的解决将带来了曙光。“但是,投资大、成本高、大规模推广难是当前所有海水淡化项目面临的共同问题。”李春虎委员说,海水淡化的关键技术仍然无法突破,三个关键核心——能量回收、高压泵和膜材料技术、装备仍然受制于人,例如,陶瓷转轮高压能量回收技术和设备仍然由美国公司垄断,可以长时间稳定运行的高压泵仍然由德国公司掌握和垄断,长效分离膜材料也基本是日、美等国公司控制。
鉴于目前海洋化工与海水淡化发展的短板与技术“瓶颈”,李春虎教授建议加快技术攻关,尽快补齐短板。他说,目前,山东还仅处在发表大量新型膜材料的制备论文上;山东的高压泵企业虽然很多,但并没有厂家对这种耐腐蚀和高压泵展开研究;淄博有陶瓷研究院,也没有涉足高速旋转能量回收的陶瓷轮研究。浓盐水中的氯元素高价值利用合成高附加值的含氯化合物有待深入研究,必定运输氯气带来的安全问题不容忽视,新建氯碱厂不太现实,这些都导致这一产业与未来市场需求脱节。因此,应以膜分离海水淡化三个核心关键技术和浓盐水高价值利用为目标,组织“政、产、学、研、金”的联合攻关,趟出一条山东特色道路技术联合攻关的可行性路线。
不过,李春虎教授介绍,目前,已经研究和出现了绕开这三个“卡脖子”技术的海水淡化技术,利用新型高比表面积微界面亲水材料和高吸水吸热材料的新型海水淡化技术,即低品位废热利用或太阳能与高效气液分离冷凝的海水淡化技术。该技术无需高压泵、能量回收与膜材料,还可辅助空调,可应用于岛屿、舰船、工厂等场合。未来,这些创新甚至颠覆性技术将可能将海水淡化成本再降低30-50%。
李春虎教授从事气体脱硫技术研究,最早可追溯至1999年。1999年至2006年,李春虎教授两次与日本东北大学进行气体脱硫合作研究与技术开发,并在2002年初被日本东北大学国际科学研究中心聘请为客员助教授。在日本合作研究期间,李春虎教授围绕“在能源工业,化学工业中的气体脱硫”等主题做了学术报告,并就有关问题与东北大学的老师和学者们进行了学术交流,获得较大反响。
2002年,李春虎教授先后六次受邀前往日本不同高校、研究机构、工厂进行参观、交流、讲学,对中国访问学者、留学生和巴西、马来西亚留学生的论文等进行了学术指导。与日本东北大学一起申报了“改善活性焦烟气脱硫剂与简易干式脱硫塔开发”项目。促成多项中日企业、院校间的合作:为山西、山东争得了日本的炼焦和钢铁工业废气治理的CDM国际授助资金,日本Jcoal财团前往大同煤气公司、太原化学工业集团等开展了技术交流活动,签署了《中国海洋大学与日本东北大学半焦脱硫项目研究》合作合同。
此外,李春虎作为联合国核化学武器山西专家,在山西省的几次化学武器核查中发挥了很大的专业作用,受到外交部、总参和省领导的多次口头表扬。
百年大计,教育为本,教育大计,教师为本。李春虎教授在中国海洋大学主讲《化学反应工程》《化工导论》《海洋资源化学工程》《化工仪表与自动化》等课程,涉及的知识面广泛,概念较为抽象,学生理解较为困难。对此,李春虎教授有着自己独特的教学经验——“所有的问题都要用复杂的数学语言、图形语言、计算机语言和符号语言表达。”“现在学科之间是相互连通的,举一个例子,曾经一位诺贝尔经济奖的得主就是一位数学家。如果不通过数学、图形、符号语言这类方式,就没办法将现在的工程技术中复杂的变量建立起完整的模型进行清晰描述。”此外,在化学化工学习中寻找规律也是李春虎教授在化工教学中提倡的另一方法。“例如指数规律,将指数形式的式子巧妙地通过取对数的方式变成一条直线,再进行斜率截距计算问题就迎刃而解了。学习化工要有技巧,凡事有矛就有盾。”把化学化工学习变成一种艺术、一种技巧,这正李春虎教授在bobapp下载教学中一直向学生传授的一种理念。同时,善于总结归纳,即“Kiss(keep it stupid and simplified)”法,把复杂问题简单化。
引导学生从微观和亚微观角度理解、认识、研究问题是李春虎教授的又一大教学特色。在实践教学中李春虎教授鼓励学生打破常bobapp下载规思路,以批判的眼光多角度地研究问题。“当学生将西方科学技术的研究思维和方法手段与植入我们血液的中华文明思维方式相结合时,就会‘战无不胜攻无不克’的理解这些课程。”通过这种方式引导学生,使学生达到“学会求知、学会学习、融会贯通”的目的。要求在学习的过程中不仅要注重知识的吸收效果,更要从中领悟知识背后的思维方法和研究角度已达到能力的提升,正如李春虎教授常对学生们讲的一句话“天下没有培养总统的学校和课程,但培养化工科学家和工程师的这个课程,他的学习规律和践行方式同样适合培养总统,让你轻松迎接未来挑战”。为此,2019年李春虎教授获中国海洋大学“立德树人”优秀导师称号。
在科学上没有平坦的大道,只有不畏劳苦沿着陡峭山路攀登的人,才有希望达到光辉的顶点。李春虎教授多年来坚守科研,其事迹在《青岛日报》、中央电视台《新闻联播》《科学新闻》和山西电视台《黄土地》节目中都进行过专题报道,曾获得中国国电集团公司“科学技术进步奖一等奖”;“山东省海外专业人士创新创业杰出成就奖”等。还有更多像李春虎教授一样的学者们正在满怀自豪与激情地刻苦钻研着被称为“梦想技术”的光电催化净化技术,他们正在一点一点地实现用光催化技术造福人类、改变世界的梦想,一步一步推动着科技强国的梦想实现,造福人类。
