——记中北大学化学工程与技术学院教授焦纬洲
　　
本刊记者  陈 浩

      习近平总书记说，绿水青山就是金山银山！
　　建设生态文明是关系人民福祉、关乎民族未来的大计，是实现中华民族伟大复兴中国梦的重要内容。过去几十年来，中国经济社会发展取得了翻天覆地的历史性成就，但同时由于高耗能、高污染、高排放的问题也承受着资源环境方面的代价。资源紧缺、环境污染、生态失衡等一系列问题已成为制约我国经济社会发展的瓶颈。人民对于“青山绿水”的需求已成为重要的民生问题。
　　习近平总书记不止一次地公开表示，生态环境与人民生活息息相关。环境就是民生，青山就是美丽，蓝天也是幸福！这表明了党和国家对于如何更好造福人民、提升全面小康含金量的深刻思考和高度重视，更是对于科技工作者提出了通过科技创新和体制机制创新，加大环境污染综合治理，加快推进生态保护修复，全面促进节能减排，完善生态文明制度体系，形成人和自然和谐发展的现代化建设新格局所肩负的重要使命和职责。
　　民之所望，士之所担。在这条艰苦卓绝的攻关路途上，涌现出了一批业务过硬，勇于创新，具有家国担当的科学家，他们围绕国家节能减排和生态治理的重大需求，把文章写在祖国的大地上，把科技成果应用在实现现代化强国的建设中。
　　焦纬洲，就是这些“不忘初心，砥砺前行”的科学家中一位年轻有为的佼佼者。
　　
一场报告让他走上科研之路

　　在我国的化工领域，有一项权威奖项是侯德榜化工奖，主要表彰那些在研究开发和技术改造实践中，勇于创新，做出重要贡献并已取得重大经济效益和社会效益的研究者。该奖项每年表彰一次，每次表彰人数不超过40名，在该领域从业者心中具有沉甸甸的分量。
　　焦纬洲于2016年站在侯德榜化工奖领奖台上时只有35岁，身为中北大学最年轻的教授之一，他已经作为山西省的学科技术带头人扎根中西部十余年。以超重力技术为依托，焦纬洲开展了一系列的基础科学问题和关键技术研究，在气体净化、废水处理等方面形成了特色和优势，并取得了一定的创新性研究成果。
　　能够获此殊荣足以证明他所做的工作在专家眼里得到了高度认可。“虽然地处偏远的中西部，但我们一直在努力，为化工添砖加瓦贡献自己的力量。”焦纬洲如是说，未来他希望自己的科研工作能做得更好、更大、更强，为习近平总书记在气候变化巴黎大会上向全世界承诺的《巴黎协定》所规定的“国家自主贡献”目标完成尽自己一份力量。
　　2003年，焦纬洲从华北工学院（分校）化学工程与工艺专业毕业时经历过一段短暂的迷茫。毕业时他在天津的一个研究所找了份工作，同时他也报考了研究生。
　　“那份工作不错，我先签了工作，但是考研成绩出来之后发现我也考上了研究生。”焦纬洲说，那时他很矛盾，不知道是应该去工作还是去读研，陷入到一种幸福的烦恼之中。正在这时，他有幸听了一场学术报告。“听了报告后，让我对科研有了更深一步的认识。觉得通过科研，能够把自己所学到的东西转化为生产力，在社会上得到更多的应用。”被科研的魅力所折服的焦纬洲于是果断选择了读研，而那位作报告的老师——刘有智，后来也成了他的导师。
　　2003年9月，焦纬洲来到了中北大学化学工艺专业攻读硕士。从此以后，他便与中北大学结下了不解之缘，不仅在这里读完了博士，还在这里工作，取得了许多科研成果。而他的导师刘有智在科研上严谨、创新的治学态度、学术思想等都对他产生了深刻的影响。
　　“随着学习的深入，我对化工产生了越来越浓厚的兴趣。”焦纬洲告诉记者，“如果没有化工，就没有化肥，那么我们吃饭都成问题；如果没有化工，也就没有化纤，那么我们穿衣也成问题。”
　　凭借自己的努力，焦纬洲在工作上不断突破。仅仅一年时间，他就成为山西省超重力化工工程技术研究中心副主任，之后又连续被破格提拔为副教授、教授。现在他已成为中北大学化学工程与技术学科学术带头人。
　　截至到目前，焦纬洲主持国家自然科学基金2项、山西省优秀青年基金等科研项目18项。在国内外重要学术期刊公开发表论文120多篇，其中被SCI、EI收录近60篇，专著1部，《超重力装置》行业标准1部，申报国家发明专利89件（授权56件）；获国家科技进步奖二等奖1项、山西省科技进步奖二等奖2项、山西省科学技术发明奖二等奖1项等。
　　不积跬步，无以至千里。焦纬洲一步一步走到现在，能取得如此的成就，离不开这些年来日日夜夜加班加点废寝忘食的积累。他坦诚，本科毕业时选择读研究生，只是顺水行舟，当时并没有多么高大的理想，也没有一个目标。但是随着时间的推移，自己对所做事情的意义和价值有了更深的理解，对科研的兴趣也越来越浓厚。“也不仅仅是兴趣，更多的还是感觉到身上有了一种作为科研人员为国为家的责任。”焦纬洲如是说。
　　
三项技术成为他的骄傲

　　从2003年开始，焦纬洲将自己完全置身于超重力的世界中，跟随导师致力于超重力多相流传质与化学反应的基础与应用研究。
　　“超重力是个平台技术。”焦纬洲解释道，“传统的化工技术都是在重力场下完成的。而我们是把所有的化工过程放在超重力环境中完成。”将化工过程放在超重力下进行，这就产生了一个全新的概念和思路，为当今的化学工业注入了新的活力。超重力技术作为新型过程强化技术，与传统化工技术相比，具有传递效率高、设备体积小、占地少、气相压降小、液体利用率高、能耗低等优势。该技术实现了节能减排降耗及资源有效利用，成为大型化工装置小型化、微型化的核心技术，可用于一些传统技术不能胜任的场合。因此被喻为“化学工业的晶体管”。
　　“如果把科研过程比喻为人类的成长过程，那么超重力领域的研究还处于幼儿阶段。”焦纬洲告诉记者，超重力研究至今只有30多年的历史。但由于超重力化工具备多种优势，因此作为化工过程强化领域的一个分支，被欧美发达国家列为优先发展的领域。
　　近些年来，中国、印度、巴西等许多发展中国家也广泛展开了超重力化工的研究，取得了众多成果。“世界的超重力研究中心，毫不夸张地说是在中国。”焦纬洲说，中国是一个发展中国家，对化工的需求非常大。因此在超重力领域，中国的研究发展得很好。“当欧美发达国家的科研人员看到中国已经将那么多超重力技术应用于生产，并且在节能减排中取得非常好的效果，都非常惊讶。”
　　在超重力化工领域，焦纬洲及其团队所涉及的内容非常广泛，而且技术都比较前沿，在很多方面都有工程案例，在气体净化、乳化柴油、废水处理等方面形成了一定的特色和优势。
　　在所有学术成绩中，焦纬洲最看重的可以概括为三大技术。
　　第一项是超重力场专用规整填料与超重力脱氨除湿技术。根据超重力场下错流旋转床的气液传质特性和对填料结构动平衡性的要求，焦纬洲提出了超重力旋转床规整填料的设计思想，研制出了新型规整填料——多孔波纹板规整填料。“多孔波纹板规整填料弥补了散装填料动平衡性差、传质效率低、阻力损失高等不足。”焦纬洲说，“我们还对其流体力学和传质性能进行了系统研究。研究表明：气相压降低、传质系数高，比塔高1～2个数量级。”焦纬洲的这项研究成果发表在了化工类国际三大权威期刊之一的Ind.Eng.Chem.Res.上。
　　第二项是超重力连续制备甲醇柴油乳化燃料技术。近些年来，世界各地的石油资源日趋短缺，而环境污染却日益严重，因此发展低排放代油燃料成为趋势。甲醇柴油乳化燃料作为一种节能、环保燃料，是比较理想的代油燃料，已引起了世界各国的重视。但是制备甲醇柴油乳化燃料的技术还不是很完善。
　　“影响制备乳化柴油性能的两个关键因素是乳化剂和乳化装置。”焦纬洲说，围绕这个思路，他开发了超重力连续制备甲醇柴油乳化燃料技术。“我们还首次将超重力环境下甲醇乳化柴油的制备过程划定为撞击流初始乳化、旋转填料床强化乳化和壁面反溅完善乳化等3个乳化过程，建立了流体质点在撞击区和旋转填料区的流体速度场分布，论证了撞击流—旋转填料床制备甲醇乳化柴油的科学性。”焦纬洲自豪地说。
　　焦纬洲的自豪是有原因的，他开发的超重力连续制备甲醇柴油乳化燃料技术获得了国家自然科学基金资助，授权国家发明专利4件。基于这些研究，他还写出了专著《超重力强化甲醇柴油乳化燃料制备技术》，于2013年由国防工业出版社出版。
　　第三项技术是超重力技术强化臭氧传质。在有机废水处理领域，基于臭氧的高级氧化技术具有反应速率快、处理效率高、无二次污染等优点，成为世界各地科学家研究的热点。“但是臭氧存在水溶性差等问题，而大多数有机物的臭氧氧化反应受臭氧在水中的传质过程控制或氧化反应和传质过程同时控制。”焦纬洲一针见血地指出，“所以如何有效提高气液接触面积和加快相界面更新速率，对于提高臭氧溶解速率和在废水处理领域的应用具有非常重要的意义。”
　　认清了症结所在，接下来的工作就好办多了。焦纬洲从强化臭氧传质机理出发，通过耦合双氧水、超声、电解等技术，促使臭氧与其耦合产生氧化能力更强的羟基自由基·OH，以提高有机污染物的降解效能。焦纬洲解释：“与传统曝气反应器相比，超重力强化臭氧耦合双氧水可将硝基苯废水的COD和硝基苯的去除率分别提高22.9%和23.3%；超重力协同超声促进臭氧气体进入空化气泡，并在超声空化泡内热解产生大量的·OH，使以O3直接反应转化为以·OH氧化有机物的更快更强的反应，提高其臭氧利用率和氧化能力。”
　　焦纬洲的这项技术发明申报国家发明专利26件，授权12件，并且在一些著名学术期刊上发表学术论文28篇。基于以上研究，2017年，焦纬洲及其团队在化工学科国际权威学术刊物Chem.Eng. J.上发表了首篇关于超重力强化废水处理的综述性文章，提出了“超重力+X”的思路，通过耦合电解、臭氧氧化等过程，实现超重力强化各类废水的高效分离，并对超重力技术在废水处理领域面临的挑战和展望进行了阐述，为推进废水处理工业化提供重要的参考和理论依据。
　　能够将“产—学—研—用”相结合，几乎是所有科研工作者的梦想，但这对于焦纬洲来说已经梦想成真了。“我们所做的项目都是产学研的结果。”焦纬洲说，“企业有了技术难题到我们这里（高校）来交流，我们对此进行实验，觉得技术难题解决之后，再把实验装备拉到企业现场由他们决定是否可用，最终把这项技术转换为生产力。”随着国家环保标准的提高，传统的除尘、脱硫等设备在处理效果方面已不能满足新的环保要求，而中北大学的超重力技术在节能减排方面表现得十分抢眼，在大气PM2.5源头治理上大有可为，理念得到广泛认可。
　　如今焦纬洲的多项研究成果都得到了应用，其中超重力脱硫技术、超重力脱氨除湿工程、超重力VOC净化技术等在四川平武锰业集团、天脊集团等地成功实现工业化，节能减排效果显著。
　　焦纬洲作为团队核心成员，执笔完成了山西省现代化工节能减排协同创新基地、超重力化工过程山西省重点实验室、超重力化工环保产业技术创新战略联盟、山西省超重力化工过程强化重点科技创新团队、山西省“1331工程”化学工程与技术优势特色学科等科研平台的申报、论证等工作并成功获批。
　　“我们实验室已经成为中北大学的一个窗口。”焦纬洲颇为自豪，“现在有很多企业、单位来找我们合作。”
　　
在学与教中领悟科研魅力

　　2016年初，焦纬洲远赴美国，在弗吉尼亚理工大学做了一年的访问学者。他在美国主要是做水处理，这也是他近几年集中科研力量正在做的事。
　　“在美国，我主要做的是把微生物燃料电池应用于水处理中。”不过焦纬洲认为，在国外更重要的是拓展视野，使团队的研究领域更加宽广。他发现，在美国废水处理更多应用于生活废水、城市废水，但工业废水、重金属等应用得非常少，这可能与发达国家的环境有关。而在发展中国家，工业废水、重金属处理的应用研究则有更大的市场需求。
　　令人羡慕的是，在美国短短一年的时间，焦纬洲就在化工类的顶级期刊上发表了超重力强化废水处理的文章。这对于焦纬洲来说意义重大，因为他的研究得到顶级期刊的认可、得到业界的认可。“这几年所作的废水处理工作，让世界有所了解，让更多人认识到我们所作的工作。”焦纬洲说，这对他来说更有意义。
　　2017年初从美国刚一回来，焦纬洲又一头扎进了繁忙的工作中。他做科研的同时还要带学生，而对于如何培养学生，焦纬洲有一套自己的理论。
　　“对于本科生，我会把自己实践的体会告诉学生，让学生感受到自己所研究的课题实际上与现实应用并不远。”焦纬洲说，这会让学生有一种感觉——化工就在身边。他认为，本科生主要是提高用已有知识分析问题、解决问题的能力。
　　而对研究生，焦纬洲的要求就要严格许多。“研究生遇到问题，要在学中干、干中学，要更多提高拓展思维的能力。”焦纬洲告诉记者。此外，他们的团队每周六雷打不动都会有学术报告，他都会让学生去听。1年40周学术活动，每周至少2学时，3年就是240学时，这算是很大一门课。
　　“另外，做任何事情首先要学会做人。要团结、相互支持。”焦纬洲强调。
　　“我大学毕业的时候，我的老师给的留言寄语是：学习者是苦行僧、学习者是登山人、学习者是航海家、学习者更是享受者——享受高度带来的辽阔，享受富集带来的深远，享受专一拥有的拥有，享受因享受而体会的喜悦。因为享受，坚持学习。”谈到自己的学生，焦纬洲想起了自己的老师，正如老师当年的寄语，他一步步走向科研事业，他希望将这种精神也能传承给自己的学生。
　　路漫漫其修远兮，回顾自己这么多年的科研求索之路，焦纬洲不禁向记者感慨，科研是苦行僧的日子，科研也是兴趣使然的东西。科研之路是一条光明与黑暗并存的路。每一个科研工作者都是探路者，都是苦行僧。他永远不知道科研之路上有什么在等待着他。如果说，智慧和汗水让他有所收获、有所成绩，这个时候是最让人开心的。
　　“就如我们所做的超重力技术，如果能把自己所做的东西真正转化成生产力，能给企业带来福音，能给国家和人民换回绿水青山，那么，这就是我最开心的事情。”焦纬洲说这话时掷地有声，“希望能够通过我的科研成果，让蓝天常在、青山常在、绿水常在，让孩子们都能生活在良好的生态环境之中，这就是我的中国梦！”
　　　　
专家简介：　

　
　　焦纬洲，中北大学化学工程与技术学院教授，博士生导师。2016年荣获侯德榜化工科学技术奖、科学中国人（2016）年度人物。2013年入选山西省学术技术带头人、山西省高等学校优秀青年学术带头人和山西省高等学校131领军人才工程。他是山西省优秀博士学位论文获得者，中国环境科学学会高级会员。担任山西省化学会常务理事、山西省低碳科技发展研究会理事、Journal of Nanoscience & Nanotechnology Research主编。围绕国家节能减排重大需求，以超重力技术为依托，焦纬洲重点开展了超重力环境下流体力学与传递过程、气体净化与多相分离、多相快速反应等领域的基础科学问题和关键技术研究，在气体净化、废水处理、乳化技术等方面形成了特色和优势，并取得了一定的创新性研究成果。