——记“DDS烟道气除尘脱硫脱硝技术”研发历程

　　魏勤英 梁咏翔 谢龙图/文报道

　　我们生活的星球上，有害物排放已成世界性难题。大气中灰尘(含PM100、PM10、PM2.5、PM1.5)、硫氧化物、氮氧化物、氨、二噁英、多环芳烃和VOCs等，浓度不断升高，造成严重的雾霾、酸雨和光化学烟雾，人类健康受到严重危害，呼吸道疾病、癌症和遗传疾病迅速增长，生态环境严重破坏，物种消失。

　　2016年4月，在第44届日内瓦国际发明展览会上， 45个国家和地区的1000余项发明参加了展览。北京大学化学与分子工程学院博士生导师魏雄辉的发明成果“DDS烟道气除尘脱硫脱硝技术”获得特别金奖。获此殊荣，对魏雄辉博士来说是实至名归。

　　日内瓦国际发明展于1973年由瑞士联邦政府、日内瓦州以及市政府、世界知识产权组织共同创办，是世界上历史最长、规模最大的发明展之一。

　　少年时代的魏雄辉，学习刻苦、求学波折。多次因家庭成分，高考政审未能过关。深化改革后，才被江西省化学工业学校录取。 1986年毕业后分配到江西永丰化肥厂工作，对未来充满憧憬。可1988年研究生入学考试后没几天，母亲就患脑溢血病逝，年仅49岁，作为家中长子，还有5个弟妹，一度跌入绝望之中，这时单位工会发动职工捐款1900多元，解了燃眉之急，因此只能放弃读研究生。家中状况好转一些，1990年又参加研究生入学考试，因离职困难，延误了面试，几经波折，最终被内蒙古工业大学录取。

　　他非常珍惜这次学习机会，刻苦探索，不久发明了“铁减法脱硫技术”，并参加了北京“首届中国大学生实用科技发明大奖赛”。此后又发明了“半水煤气脱硫脱氧新方法”，并获“‘挑战杯’第三届中国大学生学术科技作品赛”三等奖，内蒙古自治区优秀成果将，同时，被授予“内蒙古自治区优秀青年知识分子”荣誉称号。随后，其发明成果先后被一些企业看中，并用这些技术进行工业原料气脱除硫化氢试验，获得成功。这是魏雄辉研究生涯的第一座里程碑

　　他在江西永丰中学读高中时，造纸厂、化肥厂、水泥厂、皮革厂、麻纺厂、制药厂等环绕县城，空气中充斥令人厌恶的火烧、腐臭、溶剂等难闻的味道。从江西省化学工业学校毕业后，他如分配到江西永丰化肥厂工作，在恶劣工作环境中患上了慢性耳鼻喉炎症，至今未愈。此时，深刻触动和刺痛了他!他开始思考：中国经济发展何时才能不以牺牲环境为代价?这些污染物能否回收利用起来?自此，他开始思考环保的问题。

　　1994年，魏雄辉考入北京大学环境科学中心攻读博士学位。他的基础理论知识获得长足进步，为深入开展环境污染治理的研究奠定了坚实的理论基础。经长期研究探索，其系列研究成果先后获北京大学“五四”青年科学一等奖、二等奖，“挑战杯”第五届中国大学生学术科技作品赛三等奖等。

　　1995年，研究取得突破性进展，他发明的工业原料气脱除硫化氢的“DDS脱硫催化剂和DDS脱硫技术”被广泛地应用到工业生产中去，直到现在，国内许多合成氨企业的工业原料气脱硫都是采用这项技术。这是魏雄辉研究生涯的第二座里程碑。

　　1997年，毕业留校任教，他从未间断烟道气除尘脱硫脱硝理论技术研究。甚至达到狂热地步，在没有申请到国家科研基金的情况下，把自己全部积蓄拿出来，不够时又举债筹集科研资金。

　　为了便于研究，他在北京、江西分别组建团队，成立实验室，利用自己的发明成果创办高科技公司，开发环保新技术、新产品、新设备，不断获取资金，投入新的环保研究。到2005年，其团队初步设计合成出全新的除尘剂、脱硫剂、脱硝剂化合物质及配方，经小试推导和建立了合理的工艺流程。然后进行中试试验，先后设计、制造了20多套中试试验装置，并逐一优化、完善、改进，对除尘剂、脱硫剂和脱硝剂也进行了进一步的改进，至2013年底，中试试验获得成功，这是魏雄辉研究生涯的第三座里程碑。

　　中试试验成功后，经论证、设计、制造了工业化试验装置，并安装在包头钢铁集团四号烧结机上，经调试、运行，在2015年，实际工业化试验运行获得成功，这标志该技术可进入大规模工业化推广和应用阶段。这是魏雄辉研究生涯又一座里程碑和新的转折点。

　　2015年11月，由包头市政府、包头钢铁集团公司等共同投资的首套“DDS烟道气除尘脱硫脱硝技术”工业化示范工程的建造计划正式启动，预计今年10月在包钢集团热电厂正式投入使用。

　　该技术以全新理论、全新技术、全新工艺，完全颠覆了传统技术，站到了世界的前沿，已获多项国家发明专利，并获美国、日本、欧亚等国家和地区的专利权。该技术可广泛用于火电、钢铁、玻璃、冶炼、陶瓷、水泥、化工、建材和垃圾焚烧等行业烟道气的除尘、脱硫、脱硝净化治理。本技术集除尘、脱硫、脱硝为一体，也可单独使用，采用全溶剂、全封闭、全循环式运行，不需要石灰石或氨作脱硫剂，也不用氨或尿素作脱硝剂就可将烟道气中的有害物 “捕捉”得干干净净，避免了传统技术导致的“挖掉一座山，填起两座山”、氨逃逸、土壤和地下水二次污染现象，具有运行成本低、除尘脱硫脱硝效率高等优点。

　　2015年包钢工业化试验结果表明，经本技术处理后的烟道气中，灰尘含量可降至5mg/Nm3以下，多数情况下检测不出;二氧化硫含量可降至30mg/Nm3以下，多数情况下检测不出;氮氧化物含量可降至35mg/Nm3以下，多数情况下检测不出，远低于国家现行标准。同时，HCl、HF、二噁英、多环芳烃等有机物(含部分VOCs)和重金属等也可以有效脱除，真正实现超低排放或近零排放，为从工业污染源头减轻或消除雾霾和酸雨现象提供了可能，而综合运行费用仅为传统技术的三分之二以内。并将从烟道气中脱除出来的二氧化硫和氮氧化物转化成纯液体二氧化和硝酸盐或浓硝酸等化工产品，实现变废为宝。企业可以采用高硫煤、重油、煤焦油和石油焦等劣质燃料，同时实现清洁生产。经测算，引进本技术3至5年内可收回投入。预示国家所倡导和企业所盼望的运行成本低、净化效果好、废物再生利用的绿色环保发展模式将成实现。这样，企业对废气治理就有积极性和主动性，为中国环保事业增加了强大的动力。

　　这项研究前后近三十年，经常遇到科研难题和无数次失败，最严重时，几乎使研究进程全部断送。2005年之前，魏雄辉需要寻找一种或一类化学物质，能够吸收二氧化硫和氮氧化物，吸收之后还能释放出来。但是已有的材料吸收二氧化硫和氮氧化物之后就产生了新的化学物质，要想将其还原，工艺复杂，无法实现，研究被迫停下来。这时，魏雄辉开始怀疑和反思：国际众多机构参与这方面的研究，都没突破，难道我就能突破吗?可数亿资金已投入，并还要维持百人的研究团队，经济压力和精神压力极大。此时，其“致癌和抗癌理论及药物筛选研究”方向给了他全新的启示：血液在肺里吸附氧气，输送到人体各个组织进行释放，同时吸收各组织里的二氧化碳，最终从肺里排放出来;这种作用的载体是血红蛋白，于是他模仿血红蛋白来合成所需的化学物质，试验证实有效果，问题意外得到解决。现在，魏雄辉发明的部分脱硫催化剂里含有铁离子和大分子有机物，就是基于对血红蛋白结构的模仿。随着研究的深入和经验的积累，为魏雄辉科研团队设计、合成高分子或大分子，作为高选择性、无毒、无害、稳定的除尘、脱硫和脱硝剂打开了一扇方便之门，为废气和废水的高效经济无害的净化处理指明了方向，带来了光明和希望。

　　2005年，他又开始对脱硫剂等效果进行检测。模仿烟气，设计小型试验装置进行试验，效果不错，但是又出现了一个严重的问题：试验过程中，烟道气中二氧化硫、氮氧化物在系统溶液中逐渐积累，并氧化成了混酸，腐蚀性极强，试验设备很快被腐蚀。而烟道气排放温度一般在一百二十度以上，而除尘脱硫脱硝剂的适宜温度小于五十度，需要寻找一种既耐高温又耐烟道气冷凝水腐蚀的材料，于是他又转入材料研究，直到2010年，经历无数次失败，他才初步发现符合要求的材料，试验得以接续。

　　回顾以往，魏雄辉认为创造、创新依赖于基础理论研究突破。要创造、创新，要夯实基础研究。基础研究要接地气，接地气就是研究者要参与生产实践，在实践中可以获得灵感、获得探知未知世界的冲动。从事科学研究，必须要有好奇、灵感、执着以及持之以恒的爱好。如果魏雄辉不创办企业，就不会有这么多灵感，也不会有这么多资金用来揭示未知问题。魏雄辉说做科研就像坐过山车“失望-沸腾-激动”反复无穷：一无所获时会怀疑、失望、放弃、退却，此时需要静下来回顾、思考、总结、分析，当找到出现问题的可能点时，又会热血沸腾，并规划下一个试验，当试验获得成功时又有一种如释负重的激动。

　　总之，科学技术的突破并非一蹴而就，需要一代或几代人的努力。科学技术发展至今天，一般的自然规律已被揭示和发现，未被揭示的都是高难度、跨学科、大投入的科学问题，需要借助高端新型仪器、全新手段和不同领域研究者协同合作才可深入的大科学时代。如DDS烟道气除尘脱硫脱硝技术的研究过程，花费数亿科研经费，前后有各种不同专业的上千名的人员参与。总之，欲促进中国科技迅速发展，必定要摒弃以前“象牙塔”式的大学教育体系;坚决杜绝“空中楼阁”式、理论与实践脱节式和跟风式的科研形式;在职称和待遇方面要公平、公正地评价科研人员;并将科研人员从繁重的年度工作总结和指标科研中解脱出来!还科研人员一个自由发挥的空间!

　　魏雄辉博士简介

　　魏雄辉博士于1997年7月毕业于北京大学环境科学中心，获理学博士学位。现为北京大学化学与分子工程学院副教授、博士生导师，是内蒙古工业大学客座教授，为国家培养了30多位硕士研究生、5位博士研究生和十多位博士后。主要从事抗癌与致癌机理研究和天然抗癌药物的筛选、环境污染控制与“三废”治理的研究;申请和获得了二十多项国家发明专利，其中有多项专利获得世界上多个发达国家的国际发明专利(PCT)授权，有多项专利已经申请了国际发明专利(PCT)，并在国内外学术刊物上发表论文一百多篇，其中被EI和SCI所收录的论文有八十多篇。“DDS烟道气除尘脱硫脱硝技术”获得第44届日内瓦国际发明展特别金奖，还有多项科研成果获省部级科技发明一等奖、优秀成果奖和北京大学“五·四”青年科学一等奖和二等奖等。

　　魏雄辉博士发明的工业原料气净化用的“DDS催化剂”、“DDS脱硫技术”在传统工业原料气净化领域产生了重要的影响，目前，已经广泛应用于合成氨、焦炉气、城市煤气、染料废气治理等行业中，产生了较大的经济效益、环境效益和社会效益，为国家的科学技术、经济和环保事业的发展做出了一定的贡献!

　　经过近三十年的研究，“DDS烟道气除尘脱硫脱硝技术”于2013年底经中试和小型工业化试验获得成功，并于2015年初在实际工业烟道气净化处理运行中获得成功。预示着该技术将会产生极大的社会效益、环境效益和经济效益!

　　魏雄辉博士从事教学和科研工作二十多年，并将自己的发明创造直接转化为现实生产力，开辟了一条行之有效的产、学、研良性循环之路!