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罗孟飞的三十七年VOCs催化剂研究回忆
发表时间:2020-06-30     阅读次数:     字体:【

我,1983年杭州大学(1998年合并到浙江大学)化学系毕业,毕业后留校在化学系催化研究室(后更名为催化研究所)工作,那一年我刚好20岁,跟随老师们开始了挥发性有机废气(VOCs)催化剂的研究。当时,催化研究室主任是金松寿教授(也是化学系主任),副主任分别是郑小明教授和袁贤鑫教授,研究室还有王祖兴、于庆瑞、周烈华、仲逸芬等老师。由于70年初,浙江缙云发现了丝光沸石矿(详见:回忆缙云沸石矿的发现与应用,http://jynews.zjol.com.cn/jynews/system/2013/03/08/016171045.shtml),浙江省科委组织高校、科研院所开发缙云丝光沸石的应用。催化研究室承担了缙云丝光沸石负载贵金属催化剂研究,开发用于工业有机废气处理的催化剂。到1983年已经形成了NZP-1NZP-2型催化剂,主要供应杭州环保设备机械厂使用。杭州环保设备机械厂位于现在的杭州邵逸夫医院附近,专业生产催化燃烧设备,由于修建秋涛路,工厂后来拆迁到了绍兴路,厂长是赵兴可。

我跟随袁贤鑫老师开展催化剂研发,实验室在杭州大学化学楼的201房间,一台北京分析仪器厂的气相色谱和催化剂测试装置。当时的色谱性能很差,需要很长时间稳定基线,通常要到中午色谱才能稳定,中饭后开始做催化剂性能测试实验

NZP-NZP-2是贵金属Pt催化剂,由于当时Pt的价格是3万多一公斤、Pd9000多一公斤,铂钯差价非常巨大,我们的任务是开发Pd或以Pd为主的VOC催化剂和含氮有机废气催化剂。经过几年的努力开发了NZP-4BMZ-1型两种催化剂,NZP-4为贵金属催化剂,BMZ-1为过渡金属氧化物催化剂。制备了一批催化剂到杭州大河造船厂进行中试。BMZ-1催化剂制备非常麻烦,催化剂制备主要由我和小马(后到杭钢工作)完成的,制备过程产生的NOx非常多,吃了不少NOx。当时年轻,没有环保意识,不怕累不怕死。所幸的是,这个项目在1986年获得了浙江省科学技术进步二等奖。

1983年工作后不久还有一件事情,无锡焦化厂苯酐尾气的催化燃烧处理,使用NZP-2催化剂,设备规模很大、催化剂装量也多,我跟随老师们多次去无锡进行催化燃烧设备的调试。从杭州到无锡最方便的交通是坐船,当天下午杭州武林门码头上船,第二天早上到达无锡。在这个项目上,催化所投入很多资金,老师们也花费很多精力,很遗憾最后没能完全成功。无锡市焦化厂在后期的总结中认为,催化燃烧装置缺少有效控制手段和催化剂活性不能适应苯酐尾气是主要的原因。37年后的今天,我认为这样的项目依然还是高难度的。可见当时催化研究所领导的勇气。

大约在1985年开始,我开始管理催化研究所催化剂生产,生产车间在老化学楼大教室后面的一憧孤立小楼的一楼中。催化剂生产有4-5个合同工,NZP系列催化剂生产工艺很复杂,生产效率比较低,需要经过多次离子交换和烘干。烘干催化剂用三轮车拉到老化学楼(西二)最西边的平房里的进行高温焙烧,高温烘箱经常发生故障,修理工作主要由张文奎来完成,催化剂生产非常辛苦。每年暑假,催化所老师一起加班生产催化剂,做库存,50天的假期通常要加班20天左右。我负责催化剂生产、管理、及其催化剂研发和企业技术服务。我解决不了的,由袁老师和郑老师来解决。有一件事情记忆特别深刻,有一次从缙云送天然丝光沸石载体的大卡车陷在催化剂生产车间前面的草地上。下雨天地面湿滑,用大麻袋装的天然丝光沸石载体非常沉重,我们费了九牛二虎之力才把载体搬到仓库里。1985年夏天,我和王祖兴老师一起押送几公斤的铂金块到昆明贵金属研究所换铂黑,杭州到昆明的79次列车要运行60个小时,天气炎热,当时火车都没有空调。火车经过贵阳气温明显下降,一冷一热,我到昆明就发烧了,等我烧退了,第一次昆明之行就结束了。大约1987年,我和仲逸芬老师到浙江温岭去采购食盐(氯化钠),氯化钠是我们做催化剂的原料,当时只能通过盐业局批文才能大批量购买。

大约在1986年,周秉义老先生在杭州西溪路上的杭州西子环保设备厂,开始研发蓄热催化燃烧设备,现在称为RCO。我和袁老师多次去西子环保设备厂取样测试蓄热催化燃烧设备的性能。后来赵兴可厂长离开了杭州环保设备厂,到杭州钱江三桥附近清江路上创办了杭州南方环保设备有限公司,我和袁老师也经常去杭州南方环保设备有限公司讨论催化燃烧问题。那个时期,经常和环保设备厂的技术人员一起出差,与终端客户开展技术讨论和设备调试,记忆中去过西安、昆明、广州、扬州、莆田、泉州、上海等。后来杭州南方环保设备有限公司搬迁到了杭海路上。现在杭州或外地的很多环保设备企业与杭州环保设备机械厂都有着许多的渊源关系,如杭州南方环保设备有限公司、杭州西子环保设备厂、杭州纳能环保设备有限公司、杭州侨兴热炉设备有限公司、杭州爱士德环保设备有限公司,龙游佳利环保设备有限公司等等。

1990年左右,郑小明老师去参加了一个国际性会议(好像是亚洲催化大会),我们的催化剂引起了日本人的兴趣,一家日本企业到杭州大学来考察催化剂,我给日本客人做催化剂性能测试演示实验,还特别做了一个适用于110V电压工作的催化反应器给日本人。我和翻译陪日本客人去上海(好像是上海印铁制罐厂)考察催化燃烧设备和催化剂的使用情况,住在上海衡山路边上的非常高档的宾馆(记忆中是衡山宾馆),终于不负众望真的把催化剂出口到了日本。

也就在这段时期,丽水市缙云县科技局派了几个年轻人到催化研究所培训,学习催化知识,这个过程使得催化剂配方部分泄漏,导致有几个人自己出去做催化剂了。现在看来,是不应该做这种培训的。几年后金华尖峰集团投资建了催化剂工厂,负责人邵总多次来找我,希望我下海和他们合作研发催化剂。在那个年代下海的人很多,对方给的诱惑还是很大的,如给我股份、给我杭州房子。后来征求郑小明老师意见,他不同意我走,我就没有离开催化所。如果当初离开了催化所,命运将完全改变,也许淹死在海里了,也许发大财了。

催化剂生产还是赚一些钱,虽然利润和化学系共享,但是我们每年的奖金要比化学系老师多出不少,记得1984年春节前(工作半年),我拿到了60元的奖金,这对我来说是一笔很大的数目了。催化所利用催化剂生产积累的资本,在化学楼的西南面建造了三层楼的催化楼,催化楼的西面连接一层楼的平房,大约有200平方米,用于催化剂生产。记得是1990年搬到催化楼的,实验条件大为改善。最早我的办公室在催化楼三楼朝南的房间,不久就调整到一楼,我和蒋晓原、朱波三人一个办公室,度过一段十分开心快乐的日子。1991年春节前,催化所的老师学生们在催化所三楼最西边的大房间一起包饺子炒菜,欢聚一堂。

直到1990年,我一直从事催化剂研发和催化剂生产车间管理,没有写学术论文的意识,也不知道怎么写文章。后来,我慢慢知道了论文对于科研人员的重要性,就开始抽出时间到化学系阅览室查阅文献,学习写论文。科研的起步工作非常艰难,第一篇文章写了又改,改了又写,一遍又一遍的誊抄,来来回回至少有10遍。文章送给杭州大学学报工作的编辑葛玉平,葛玉平也是化学系毕业的,我的学弟。第一次审稿意见不好,葛玉平让我再修改,最后以简报形式发表了。虽然只有两个版面,但毕竟是我的处女作。

那个时候也开始产生了考硕士研究生的想法,由于英语水平差,考了几次都因为英语达不到国家最底线而淘汰,心理压力很大。由于催化剂研发,每天要测试催化性能,没有很好的通风设备,日积月累吸入了不少甲苯、二甲苯、苯等物质,导致一段时间身体情况很差,浑身无力。最后,查出是白细胞和血小板太低,吃了很长时间的药,才得以恢复。直到1994年,终于考上了在职硕士研究生(导师:袁贤鑫教授),1996年直接攻读博士学位(导师:郑小明教授)这段时间,我是最努力也是最辛苦的,英语依然是阻碍我发展的主要原因,由于长时间劳累,1997年春天出现严重的胃出血,在浙江省中医院住院半个月,输血400毫升。攻读博士期间发表了5篇英文论文,提前在19993月拿到博士学位。

大约在1991年,北京化工大学一位老师(不记得名字了)找到了我们,他承担的燕山石化异丙苯法生产苯酚丙酮装置VOCs催化剂的国产化项目需要催化剂配合。整套生产线都是日本进口的,VOCs处理设备和催化剂也是日本的进口。燕山石化在VOCs处理设备边上开了一个旁路,安装了一个能装10公斤颗粒催化剂的侧线装置,VOCs气体温度210oC左右,没有补热,要求国内催化剂达到可以替代日本原装催化剂。北京化工大学老师找我们之前,已经使用过其他催化剂了,都不成功。我们知道知道这个信息后,开始认为比较简单,把我们的NZP系列贵金属催化剂给北京,发现在210oC下活性下降非常快。我和袁老师去了一趟燕山石化,发现日本原装的催化剂是小球氧化铝为载体的负载贵金属催化剂(蛋壳型),还发现反应气氛氧气含量比较低可能对催化剂有影响。我们把使用过的日本催化剂带回了杭州,测试后发现使用过的催化性能依然很好。日本催化剂提醒了我们也许用氧化铝做载体,制备贵金属催化剂,催化剂性能可能会更好。然后我们就开始了氧化铝做载体负载贵金属催化剂的研发,由于当时我的催化剂知识还是非常有限,做了很多的实验,才做成蛋壳型的贵金属催化剂。催化剂送去燕山石化做侧线实验,第一次只正常运行了一个月。经过进一步改进,催化剂侧线运行了3个多月。这个项目,我们没有拿到经费,北京化工大学的项目估计也结题了,所以后来也就不了了之。不过,我们还是把贵金属/氧化铝催化剂实现了商业化,形成了HPA-8型催化剂,直到现在有些公司在购买催化剂时还用这个型号。与HPA-8相类似的,我们还开发了氢气中常温脱氧催化剂,简称脱氧催化剂,在上海化工研究院做了相关测试,苏州一家半导体厂多次购买我们的催化剂。

1996年开始参与了周仁贤教授负责的汽车尾气催化剂和蜂窝状VOCs催化剂的工作。研究所买了一台二手汽车发动机做台架实验,发动机放在催化所西边的小平房里,台架实验时排放的汽车尾气很重,实验环境很差。

1998年成立了杭州大学催化剂有限公司,依然归属于杭州大学催化研究所。1998年杭州大学合并到浙江大学,大约在2000年,杭州大学催化剂有限公司从浙江大学剥离出来,改名为杭州凯明催化剂有限公司。经过20年的发展,杭州凯明催化剂有限公司成为在业内有名的企业。

我是19998月离开浙江大学催化研究所到大连化学物理研究所做博士后,合作导师是李灿院士,200111月出站。20009月,浙江师范大学成立了物理化学研究所,聘请万惠霖院士担任所长。我在2000年底把人事关系迁到了浙江师范大学,正式成为浙江师范大学员工。200110月博士后出站,大连化学物理研究所给了我一个研究员资格。

经过李灿老师推荐,20022月去了日本北九州市立大学,到藤元(Fujimoto)教授课题组,跟随黎晓红教授,开展FT合成制异构烃的研究,20034月回到浙江师范大学。

1999-2011年期间,重点开展二氧化铈固溶体的氧缺位、催化剂的一氧化碳和甲烷氧化活性位的基础研究。虽然没有开展VOCs催化剂产业化工作,但是依然有很多环保设备企业咨询我各种各样催化燃烧过程出现的问题,有些催化剂生产企业也会咨询我一些催化剂生产过程碰到的问题,经常帮助催化剂生产企业做一些催化剂性能测试工作。

直到2012年,通过我的研究生牵线搭桥认识了浙江时代汽车零部件有限公司,开始与浙江时代汽车零部件公司合作开发汽车尾气催化剂。研发工作进行了一年,浙江时代汽车零部件公司不再继续汽车尾气催化剂项目,合作也终止了。不过这次合作,使得我对蜂窝催化剂制备有了更加深刻的认识,为后期的VOCs工业化生产奠定了很好的基础。

我从2003年开始与巨化集团公司合作开展制冷剂合成催化剂研究,做过很多合作项目,在制冷剂合成催化剂领域承担过两项国家自然科学基金,到2012年,经历10年研究,在制冷剂催化剂行业也有了一定的影响。大约在2012年后,我与巨化集团公司的合作慢慢淡化。也就是那一年,香港理文集团在苏州的公司要与我合作做制冷剂催化剂,为了方便合作,鼓动我注册一家公司。当时,我所在浙江师范大学物理化学研究所也发生了一些让人不开心的事情,冲动之下就注册了公司--金华氟特催化科技有限公司。公司注册了,然而与香港理文集团的合作没有继续,搞得我有点进退两难。

到了2013年,做催化燃烧环保设备多年的老朋友鼓励我做VOCs催化剂,因此,走上了生产VOCs催化剂的道路。到2016年底,公司更名为金华铂锐催化科技有限公司。我经常受邀参加VOCs培训班、研修班,给学员讲课,介绍催化剂和催化燃烧基本知识。在铂锐催化公众号里撰写大量有关VOCs处理相关文章。通过公益性讲座和公众号不但介绍催化燃烧的知识,也推广铂锐催化。经过5年的努力,铂锐催化在国内VOCs催化燃烧领域影响力逐年提升,有了一个良好的起步。20203月认定为浙江省科技型中小企业,同年6月认定为国家级科技型中小企业。

个人总结:

获国家自然科学基金5项,省级科技奖励二等奖1项、三等奖3项。研究成果在 J. Catal.ACS Catal.J. Phy. Chem. CAppl. Catal. B等期刊发表学术论文300余篇,授权发明专利44件,出版专著和教材2部。

感谢:杭州大学催化研究所,大连化学物理研究所503组,北九州市立大学藤元课题组,浙江师范大学环境催化课题组。



罗孟飞 2019年元月初稿,20206月定稿



 
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