振山书的读后感
01
—
编者按:
02
—
《振山书的读后感》
5月11日接到李振山博士的短信,讲他与蔡宁生教授联合撰写的书终于出版了,准备寄给我一本。虽然有思想准备,但在5月20日收到书的时候,仍然为书的篇幅所意外,10章,154万字,771页。
疫情影响,不用出差,加上刚好课程基本结束,就有可能每天抽一点时间开始了通读,一个多月的时间,我居然初步通读了一遍,不敢讲读懂了,但未来要用到时应该是有了很好的方向。书中的相当部分是似曾相识的,但这样系统化地进行梳理并集中在一部书中,对于我们来讲是很需要的。在近40年的研究和教学工作中,或多或少都会用到这里面的部分知识,气固反应也已经成为我们学科近年来发展中不得不面对的,但都是局部的、零散的。将这么多涉及气固反应的内容放在一起构成一个构架还是非常有必要的,感谢振山博士和蔡教授做了一件十分有意义的事。这样一件事常常会有些吃力不讨好,这样的将不同的学科的知识内化为针对气固反应中所涉及的内容的系统和综合的工作,并辅于各种研究实例,当然是很创新性的工作。但对于我们这个学科未来要从事气固反应的研究的研究生的入门和研究来看,这肯定为成为一本必备的参考书了。
我开始涉及到气固反应的问题是在硕士论文期间,当时做煤粉燃烧的数值计算,涉及焦炭的燃烧,当时主要还是引用现存的结果,如热解的双方程模型、考虑热解过程和氧化过程的膨胀和缩核等,以及考虑孔隙的碳氧化动力学等,只是考虑应用,而没有深究其内在的规律,记得后来赵平在研究中考虑挥发份析出的喷射现象并研究了其对煤粉运动的规律。徐老师后来还有学生做相关的燃烧过程碳的石墨化的工作。在博士论文阶段,研究的是水煤浆的燃烧,基本沿用类似的方法,当时课题组的黄镇宇老师就用实验研究灰中扩散对煤燃烧的影响,一位来访问的Gray教授在Fuel上发表了一篇综述,专门分析了热解过程不对称的析出的研究的进展,对于模型分析很有启发。
到了1995年前后,开始研究煤燃烧过程的污染控制问题,其中一项研究是与配煤结合研究高温燃烧脱硫,这项研究走了一些弯路,主要原因是自己在气固反应的基础不扎实,总是在动力学角度去提升反应速度下功夫,其实在高温下的热力学问题成为关键,在这样高的温度下很难形成稳定的硫酸盐产物,后来分析与研究才将问题搞清楚,这是一个很大的教训,我在回到清华后的第一个学术报告就是介绍这项“失败”的研究的。
回到清华之后的指导的第一个博士生是做SCR脱硝研究的,就开始涉及到其中的很多催化剂涉及的气固反应问题,同时当时徐老师领导的小组在进行循环流化床烟气脱硫的研发工作,我参与了一部分工程化工作,其中涉及了很多的气固反应的问题,听了很多专家和学生的报告,对于气固反应的理解不断地学习与加深,但还是不够系统。
再后来,我的研究主要方向转到涉及燃烧过程的颗粒的形成与控制,其中如烧结、成核、聚并、表面反应都越来越成为我们研究的术语。再后来参与国家科技的项目管理工作,接触面就更广了。化学链、煤的燃烧与气化、还有煤化工、二氧化碳的利用、污染物的控制、重金属、太阳能和生物质能的转化和利用等等几乎都会涉及气固反应,而且听到的报告也越来越多地讲先进的分析手段和量子化学等微观的分析手段用到气固反应的研究中去。
我回忆一下自己研究中涉及的气固反应原理的经历,首先是想说明,对于未来从事能源,特别是从事能源转化和相应的污染控制的研究,是离不开气固反应的,系统地学习和研讨这一复杂的过程,越来越需要进入到化学过程的细节。这样一来,涉及的量子化学基础、统计和化学热力学、化学动力学、固体化学、表面反应、固体结构及其形成与演化等等内容都是必修之课。
回忆这段历史的另一个目的,这是一个从宏观到微观,再从微观到宏观的过程,是研究的不断深入的范例,这本书将这样的过程进行了系统的总结,环环相扣。科学家们一直有一个梦想,就是我们将宏观世界分解成足够微小的微粒,而这样的微粒的特性的获得,然后再进行综合就可以更深地理解宏观世界的特性。现在可能还没有结论,这样的过程是完全可行的,但这样的过程已经为我们提供了不断接近的可能性。
本书涉及的内容非常丰富,从量子化学基础开始,再到统计力学,再到化学动力学。我过去试着去学习过这些知识,但由于其内容的宠杂而所有内容都去学习是不可能的,满足于了解一下基础知识和思想,本书帮助我们梳理了气固反应涉及的相关内容,这就避免了我们去读相关的专著带来的太过庞杂的问题,也避免了在读相关的文献过程中不够系统的问题。接下来的章节针对固体及其表面结构、固体缺陷、表面反应等。反应过程显然会引起固体的变化,包括产物的形成与生长,这部分开始纳入了作者的大量的研究成果,包括钙基吸收剂表面反应,特别是产物岛的形成等,作者做了大量的研究。产物层扩散,或者固体内部的扩散是气固反应中最复杂也无法回避的问题,本书的第七章详细介绍了这方面的内容和最新进展。孔隙和多孔固体的反应是我们直接研究的对象,我对这部分内容也是最熟悉的,也是作者10多年来自己的研究和指导学生的很多成果的体现,让我们能够体会前面这么多的理论建构和分析的价值,没有前面的基础要分析实际的这些过程,是很难实现的。
总之,这是一本好书,有理论,有综述,有应用,对于我们这些非化学和化工专业的又涉及这一领域越来越深的教师很有参考价值,对于要进入到这一研究领域的研究者来讲更是一本非常好的必备参考书。
感谢李振山博士,也感谢蔡宁生教授。李振山在蔡教授指导下获得博士学位之后入职工作十多年来,坚持这一方向不断深入,这本书是一个很好的总结。这不仅是一本学术专著,更是一种静心学术的精神的一种体现。
所以也祝贺李振山博士,对他未来的学术之路,我更有期待。