了不起的化学——污泥处理技术的背后

化学是以实验为基础的自然科学，有趣的化学反应，不仅可以产生令人难以置信的视觉效果，比如，法老之蛇，大象牙膏等，还可以改造物质世界。在环境保护领域，污泥处理技术备受科学界关注，而它的背后，就是了不起的化学。

城市污泥含水率高，易腐烂，有强烈臭味，含有大量病原菌、寄生虫卵以及铬、汞等重金属和多氯联苯、二恶英等难以降解的有毒、有害物。若未经处理，极易对地下水、土壤等造成二次污染，直接危害人类的健康。

面对这样的环保“刚需”，西安交通大学化学工程与技术学院段培高教授，运用化学的技术，将顽固污泥进行绿色处理。

探索者——污泥处理技术

对污泥进行绿色处理，是段培高关注的焦点。雷厉风行的他，带领团队，全身心投入研发。为构建城市污泥高效转化绿色新流程，他们研究了城市污泥有机组分水热定向转化制备含氮碳材料技术和含氮碳材料的高效气浮分离技术。

在探索过程中，团队发现了”一种利用污泥水热碳化法制备氮掺杂碳材料的新方法“，该方法在电流密度为1A/g时，所制备的碳材料的最大比电容为286.68F/g；在电流密度为20A/g的超高电流密度下，其电容保持率为76.74%。得到的最大能量密度为39.81Wh/kg。组装后的超级电容在10000次循环后仍能保持97.55%的初始电容，表现出较长的循环稳定性。

在危废利用方面，他们发现在污泥中添加ATFS后，所得产物氮含量均低于污泥，并且污泥中一半以上的能量得到了回收。ATFS加入后大大降低了燃烧活化能，提高了清洁能源水热碳的产率。

段培高团队是一直勇于创新的团队，因此，在研发中，他们总是将各种可能性考虑全面后进行实验。他们发现，将纤维素和硫酸铵按质量比1:1直接水热碳化制备氮和硫双掺杂碳材料。当电流密度为1A/g时，氮和硫双掺杂碳材料表现出优异的电化学性能，包括高比电容(227.3F/g)，当电流密度增加到20A/g时，比电容仍保持76.55%。

在脱除污泥水热碳中氮元素的探索中，段培高团队发现了水滑石的作用，”当它作为催化剂时，就可去除氮元素。“实验数据也证实了这样的结论，即LDHs和LDOs均能显著促进氮元素的去除。主要原因是，第一，有机N向NH4+-N转移，导致pH值升高；第二，催化剂中具有酸性位置的含N有机物的热分解是释放NH3的关键步骤；第三，LDOs基本位点的关键作用是能有效地破坏细胞壁和胞外聚合物结构。

当然，这里介绍的只是段培高团队在污泥处理领域的一部分科研成果。“科研是没有止境的。”所以，在生物质能源化工领域拼搏的段培高，在探索污泥处理的同时，也研究起了生物油。

谈起生物油的研究，段培高做了这样的科普：“通过‘高温蒸煮’，生物质可转化为便于运输和储存的初级液体燃料——生物油，它是一种解决未来能源困境的重要载体，可作为化石类燃料的替代品。生物油经过加工炼制可生成类似汽油或者柴油的燃料，通常被称作‘绿色柴油’。‘绿色柴油’氮、硫、氧含量极低，十六烷值高，可与市售汽、柴油以任意比例混合，也可单独使用。”

他的工作，在业内引起广泛关注。2019年年底，美国化学会（ACS）知名期刊Industrial & Engineering Chemistry Research（I&ECR）公布了2019年度影响力学者名单，来自北美、欧洲和亚洲的10个不同国家的32名学者入选。段培高位列其中。

面对荣誉，段培高十分淡然，继续按照自己的节奏做着科研工作。“环境治理，虽不能立竿见影，却影响了千秋万代。”所以，段培高兢兢业业，埋首前行。

育人者——传递化学火炬

段培高与教育的缘分，源于2002年。那时的他，进入河南师范大学学习，专业为化学教育。2010年回国后，他入职河南理工大学，正式开启了他的教师职业生涯。

对教师职业，段培根充满了敬畏和憧憬。”化学是基础学科，它的应用范围极广，对化学探索，需要世世代代人的努力，因此，教育的重要性不言而喻。“就是这份敬畏，让段培高在进入河南理工大学工作的9年收获颇丰。他入选了教育部“新世纪优秀人才支持计划”，成了“河南省学术技术带头人”、“河南省教育厅学术技术带头人”、“焦作市优秀青年科技专家”、“生物质高值化利用”河南省高校科技创新团队负责人等，同时担任能源化学工程系系主任。还曾被评为河南省优秀共产党员、省师德先进个人。

2018年，段培高找到了属于他的新舞台——西安交通大学。在西安交通大学从事教学工作的段培高，一直延续着自己的教学理念，始终以身作则，将知识与能力相结合，鼓励学生积极走进实验室，把理论变成实践。

虽然，段培高到西安交通大学时间并不长，但他却受到了学校、院系方方面面的支持，因此，各项工作都进行的十分顺利。

化学是段培高的初心，亦是他科研和教学的方向。他相信，化学能够改变世界，因此，他一面深耕科研，一面传递化学火炬。“只有双轨并行，才能让化学之花开遍祖国大地。”这既是他的愿望，亦是他努力的目标。