環(huán)境保護(hù)中等離子體治理技術(shù)拓荒者

曹曉旭

當(dāng)今時(shí)代，在大量科學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)上建立起的工業(yè)生產(chǎn)和制造方式，是集成了眾多學(xué)科的先進(jìn)技術(shù)和不斷技術(shù)革新的生產(chǎn)方式。等離子體科學(xué)作為物質(zhì)第四態(tài)的新興學(xué)科，開(kāi)啟了一種全新的現(xiàn)代技術(shù)體系，衍生出許多與工業(yè)過(guò)程相互結(jié)合的獨(dú)特技術(shù)，而這些新型的、特有的技術(shù)體系，正在不斷影響著現(xiàn)代工業(yè)方式，也正影響著人們對(duì)工業(yè)污染的治理方式，如何有效解決三廢治理過(guò)程中表現(xiàn)出的“難降解、難資源化、難從源頭控制”這一國(guó)際性行業(yè)難題，是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)。

2003年開(kāi)始，杜長(zhǎng)明從等離子體與環(huán)境結(jié)合的物理、化學(xué)及生物過(guò)程中，開(kāi)展了綠色等離子體消除有機(jī)污染物、無(wú)機(jī)污染物、有害微生物及其技術(shù)應(yīng)用的研究，在新型等離子體源、等離子體一體凈化、廢棄物等離子體制氫方向研究取得了系列原創(chuàng)性成果。

新型環(huán)境等離子體技術(shù)

在現(xiàn)代的等離子體技術(shù)中，一個(gè)重大的挑戰(zhàn)就是找到一種能夠融合熱等離子體（能量密度高）和非熱等離子體（電子溫度高而離子溫度低）優(yōu)點(diǎn)的產(chǎn)生方法。

杜長(zhǎng)明發(fā)展了非熱電弧等離子體，出版著作《非熱電弧等離子體技術(shù)與應(yīng)用》，與熱電弧等離子體相比，非熱電弧具有能耗低、效率高、電極壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)；與非熱等離子體相比，又具有能量密度高、處理量大的優(yōu)點(diǎn)。他開(kāi)發(fā)出包括尖端電弧放電、滑動(dòng)電弧放電、旋轉(zhuǎn)電弧放電、龍旋風(fēng)電弧放電、縮放電極電弧放電、氣液混相電弧放電、微弧放電、大功率非熱電弧放電、等離子體射流、等離子體流化床、等離子體回轉(zhuǎn)爐在內(nèi)的系列化等離子體發(fā)生器和裝備，等離子體源的功率由幾毫瓦拓展到幾十千瓦，應(yīng)用到環(huán)保、能源、材料、生物等領(lǐng)域。并與他人合作國(guó)內(nèi)首次提出活性炭吸附和脫附-等離子體氧化凈化有機(jī)廢氣工藝。

等離子體凈化污染物的物理、化學(xué)及生物機(jī)理

杜長(zhǎng)明發(fā)展了等離子體一體凈化、等離子體過(guò)程強(qiáng)化及等離子體作用因子的定性與定量分析技術(shù)，通過(guò)等離子體物理化學(xué)機(jī)制與生物學(xué)機(jī)制組合研究，確定和定量等離子體作用因子對(duì)脫除污染物的貢獻(xiàn)及方式，全面確定等離子體與污染物之間的相互作用機(jī)制。在利用分子生物學(xué)方法研究等離子體殺菌機(jī)理中，首次闡明了鎂元素在等離子體殺菌過(guò)程中的變化規(guī)律。首次在等離子體環(huán)境下，人工合成了納米氧化銅材料。

廢棄物等離子體制氫

杜長(zhǎng)明發(fā)展了等離子體廢棄物制氫理論與技術(shù)，在處理有機(jī)廢棄物同時(shí)，回收了合成氣、炭黑等產(chǎn)品，具有資源化程度最高、無(wú)害化最徹底等優(yōu)勢(shì)，在保護(hù)環(huán)境、回收能源，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展等方面均具有巨大潛力。基于創(chuàng)新研究成果，他以第一作者兼通訊作者為國(guó)際頂級(jí)期刊Chemical Reviews（2015， 115：1503-1542.Chemical Reviews撰寫(xiě)報(bào)告，該報(bào)告在2015年湯森路透出爐的SCI期刊分析報(bào)告中排名第三，因子高達(dá)46.568，該份報(bào)告涵蓋82個(gè)國(guó)家237個(gè)大類10927本期刊）撰寫(xiě)的關(guān)于等離子體技術(shù)的綜述論文1篇，文中首次構(gòu)建了等離子體制氫的物質(zhì)循環(huán)流和能量流動(dòng)圖。

在科研上不斷深挖科學(xué)技術(shù)難題的同時(shí)，杜長(zhǎng)明還致力于等離子體技術(shù)在環(huán)保與能源領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化，目前已建立工業(yè)/中試示范裝置6套；還經(jīng)常深入企業(yè)進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)，幫助企業(yè)建立突發(fā)環(huán)境事件預(yù)防體系。

作為對(duì)所付出努力的認(rèn)可，他主持/參加了包括國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省應(yīng)用型科技研發(fā)專項(xiàng)資金項(xiàng)目等國(guó)家級(jí)與省市級(jí)科研項(xiàng)目共計(jì)25項(xiàng)以上。建立工業(yè)/中試示范裝置6套。授權(quán)專利12項(xiàng)。共計(jì)發(fā)表期刊論文74篇，SCI收錄47篇（總影響因子160以上，SCI他引300次以上）。近5年，作為第一作者在包括Chemical Reviews（1篇）、Scientific Reports（1篇）、Applied Energy（1篇）、International Journal of Hydrogen Energy（4篇）等國(guó)際學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表SCI論文12篇。其中含原創(chuàng)性成果的論文被引入3部著作Low Temperature Plasma Technology Methods and Applications、Plasma Chemistry and Catalysis in Gases and Liquids、Plasma Discharge in Liquid Water Treatment and Application，被5篇綜述性論文（Industrial and Engineering Chemistry Research， 2008， 47， 5761； Journal of Hazardous Materials， 2011，195，30； Chemical Engineering Journal，2014， 236，348； International Journal of Hydrogen Energy， 2014， 39，9036； Plasma Sources Science and Technology， 2014， 23，063002）中引用報(bào)道。

另外，杜長(zhǎng)明深知科研傳承的重要性，一直致力于探索提升學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)機(jī)制，通過(guò)專業(yè)書(shū)籍閱讀、中英文獻(xiàn)檢索與閱讀、英文文獻(xiàn)翻譯、中文綜述論文撰寫(xiě)、試驗(yàn)裝置自制、試驗(yàn)研究、論文撰寫(xiě)等多種渠道，全面提高了所帶學(xué)生的語(yǔ)言轉(zhuǎn)換能力、資料信息的搜索整合與運(yùn)用能力、實(shí)驗(yàn)設(shè)備制作能力及文章寫(xiě)作能力，共計(jì)8人次獲得國(guó)家獎(jiǎng)學(xué)金。他還非常愿意分享教育經(jīng)驗(yàn)，2011年在第六屆“環(huán)境工程領(lǐng)域?qū)I(yè)碩士學(xué)位培養(yǎng)研討會(huì)”上做了有關(guān)“理工科培養(yǎng)工程碩士淺談”的大會(huì)主題報(bào)告；2015年廣西高校碩士研究生導(dǎo)師培訓(xùn)班中，應(yīng)邀開(kāi)展了“以環(huán)境保護(hù)中的等離子體治理技術(shù)研究方向?yàn)槔簻\談理工科年輕教師培養(yǎng)研究生”的專題講座。

隨著“2015中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)高峰論壇”的舉行，環(huán)保部門(mén)針對(duì)正在加快制定的環(huán)境保護(hù)“十三五”規(guī)劃，提出“建立環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)管理模式，應(yīng)包括空氣、水環(huán)境、土壤質(zhì)量目標(biāo)的城市矩陣”的新型環(huán)保理念，把治理重點(diǎn)放在了大氣、水、土壤的污染防治上來(lái)。杜長(zhǎng)明帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研制開(kāi)發(fā)的多項(xiàng)等離子體治理技術(shù)在“三廢”處理中的顯著成效，不僅迎合了國(guó)家環(huán)保發(fā)展趨勢(shì)，而且必將在實(shí)踐環(huán)境治理、改善的關(guān)鍵時(shí)期發(fā)揮作用。