编者按：十年前，国家为落实“科教兴国“的伟大战略，启动了在中国教育和科学发展史上具有开创性意义的“211工程”。工程的实施，在学科建设、人才培养、科技创新等方面为北京大学这样一所百年名校的发展，提供了重要的物质支持和精神支撑。在短短的十年左右的时间中，全体师生团结进取，开拓创新，以奋发向上的精神面貌和丰硕的学术科研成果，为中华民族的进步不断作出着新的贡献。我们将陆续推出——回眸北大“211工程”的系列报道，让大家在了解和思考中，进一步增强建设世界一流大学的豪情壮志，在新阶段的历史征程中，不负国家和人民的期望，书写更加辉煌的篇章。

“将手指肚大小的1克材料铺开至面积像篮球场一样大，再在上面铺一层只有一个分子厚度的氯化亚铜，就能魔术般地使之产生奇妙的性质变化……”这就是北大化学与分子工程学院谢有畅教授课题组的自发单层分散研究。

带着对“十五”“211”期间研究进展的好奇，我们访问了谢有畅教授。谢教授本期“211”项目的名称是：从基础研究到大规模工业应用。谈到他有趣且有应用前景的研究，谢教授显得很兴奋。化学的东西总是很贴近生活，谢教授用通俗形象的例子为记者解说着深奥的化学机理。

理论创新：他们在世界上首次发现了自发单层分散现象

谢有畅和唐有祺教授一起在世界上首次发现了自发单层分散现象，作出了理论解释并用多种实验加以证实。这一成果获得了国内外同行的高度评价并产生了重大影响。早在1990年，谢教授和唐有祺教授就应邀在国际催化领域权威刊物《催化进展》上写了总结性论文。截止到2005年底，这篇文章已经被引用360多次，是国内被引用次数最多的科技论文之一。课题组先后共发表与单层分散有关的论文120多篇。211工程开展已来又发表了60多篇。

这一基础理论研究成果在催化剂，吸附剂和纳米材料等领域有广阔的应用前景。因为许许多多的材料是靠其表面起作用的，在固体材料表面铺上单分子层的适当物质，常常可使其性质大变产生好的新的材料。这一成果受到了国内外工业界的普遍关注，曾获美国EXXON和Engelhard公司资助利用自发单层分散原理研制催化剂，共同申请了2项国际专利。2005年和Delaware大学合作申请美国科学基金项目“单层分散金属催化剂”获批准。2003年在国内应用单层分散型CuCl分子筛吸附剂建成大型变压吸附分离一氧化碳的工业装置。

工业应用之一：解决了低成本从半水煤气等原料中分离高纯一氧化碳的难题

谢有畅教授课题组的自发单层分散研究成果为工业应用奠定了良好的理论基础。并在此基础上进行了大量的工业应用，一氧化碳高效吸附剂和变压吸附分离一氧化碳的工业开发就是非常重要的一例。

我国化学工业对CO有大量的需求，但长期以来缺乏获得高质量、廉价CO的技术。目前，国际上已工业化的从混合气体中分离CO的技术有深冷法、CORSORB法和变压吸附法。其中最早使用的深冷法是一种高压低温的分馏技术，设备复杂，投资大，费用高，只有大规模装置使用时才有经济性，而且当气体中存在氮气时，不能用此方法分离。而CORSORB法则由于设备腐蚀严重被淘汰。

谢有畅教授课题组利用自发单层分散原理，将CuCl单层分散在分子筛表面，利用铜离子可与一氧化碳络合，独创了对一氧化碳有高吸附容量和高选择性的Cu/分子筛高效吸附剂。主要应用于从含一氧化碳工业气源中分离出高纯一氧化碳，作为重要的化工基础原料。此吸附剂新内阁能居国际领先水平，获中、美、加三国发明专利，并实现了工业化生产，已建成了年产500吨的生产线，获得了国家级新产品证书。多家国际著名气体公司高度评价此吸附剂，此产品已经出口。该吸附剂在美国空气产品公司的中试装置中进行测试，被证明具有优越的一氧化碳分离性能，可以高收率地获得高纯一氧化碳。1996年向英国出口10吨吸附剂，已创汇10万美元。

利用这一高效吸附剂，谢教授课题组和北大先锋科技有限公司一起又开发成功大规模变压分离一氧化碳的工程技术。2003年2月在江苏丹阳建成每小时产一氧化碳1700立方米的大型变压吸附分离装置，耗资2200万元，一次性成功，平稳运行至今。一氧化碳回收率超过85%，纯度高于98.5%，各项技术经济指标均居国际先进水平。这一工业技术的开发中解决了深冷分离法和国内原用的变压吸附法不能低成本从半水煤气等含氮和甲烷高的原料气体中分离出高纯一氧化碳的难题。丹化醋酐公司利用此技术以半水煤气为原料生产一氧化碳，每吨成本只有约1100元，和甲醇（每吨约2000元）一起生产出醋酐，每吨价值1万多元。该装置生产的一氧化碳可年产醋酐约3万吨，年产值3亿多元，年利润近亿元，效益极高。为此该公司又与北大先锋公司签订了新合同，再建一套每小 时产4600立方米的世界最大的变压吸附分离CO装置，用于年产醋酐8-9亿元，年利润2亿多元。

江苏丹化醋酐公司建成的大型变压吸附分离CO装置照片

高纯一氧化碳可用于合成多种高附加价值化工产品，全球年产值2000多亿元，近年国内外需求很旺。此技术开发成功后，国内又有6家企业与北大先锋公司签订合同建设分离CO装置或改造原装置，还有三家国外著名气体公司派专家与北大先锋公司洽谈在国外推广此技术。
此成果于2005年被评为教育部提名国家科学技术奖发明奖一等奖，并入选2005年度高等学校十大科技进展。这是北京大学又一项实现应用价值的原创性研究成果，是基础科学研究与国家需求相结合的极好范例。

工业应用之二：使极难交换的锂离子的单程利用率由目前国外的约15%提高到近100%

   
与一氧化碳类似，氧气同样是必不可少的工业原料，广泛的用在冶金，化工，废水处理，造纸等工业上，氧气还广泛的应用在生活、医学等各个方面。

九十年代国外出现空分制氧高效吸附剂，使大规模变压吸附空气分利制氧效率大大提高。但外国公司不单卖此吸附剂给我国，要和变压吸附设备一起捆绑销售，价格非常昂贵。谢有畅研究组研制此吸附剂，获得重大突破。首创高效离子交换新工艺，使极难交换的锂离子的单程利用率由目前国外的约15%提高到接近100%，并解决了一系列技术上的难题，摸索出一套比国外专利效率高得多的空分制氧高效吸附剂生产新工艺，使产品的氮吸附容量和氧氮分离系数优于国外同类产品，而生产成本则低得多。该吸附剂已获国家重点新产品证书，已实现大批量工业生产和应用。

利用此吸附剂，谢有畅教授课题组开发出大型变压吸附空分制氧工程技术。发明了分形结构分布器，解决了变压吸附空分制氧装置大型化时遇到的浅吸附床气流分布不均匀难题。在国内大型变压吸附空分制氧设备的竞标中，以质优价廉战胜外国著名气体公司中标，打破了外国气体公司在中国的垄断地位。目前已建成10多套大型变压吸附空分制氧装置，最大的一套每小时产氧7000立方米，为目前世界最大的产氧装置。这些装置性能指标达国际先进水平，而价格比进口产品低40%以上，为我国冶金等工业提供了大量廉价氧。

3500m3/小时 大型变压吸附空分制氧装置照片

谢教授课题组的这一成果受到了国内外工业界的广泛关注，中国冶金报曾以头条大篇幅推荐此项新技术。国外两家著名气体公司（属世界500强公司）来人参观，并讨论合作。从大学里的实验室做出成果，然后到大规模工业应用，技术上得到世界顶尖级大公司的高度评价，这是很不容易的。

自己的研究要与国家的工业需求相结合，注重成果转化，注重产学研结合，这是谢有畅教授课题组一贯的理念。他们也确实在这条路上做出了具有世界影响的成果。谢教授告诉我们，这些成果的取得靠的是有一个团结和谐的集体特别是有一批年青骨干埋头苦干，不计较出论文多少，一心要作出有重要应用价值的工业化成果，长期不懈地奋斗，才能从实验室研究搞到工程应用成功。我们有理由相信，这样的一支队伍会在从基础研究到大规模工业应用这条路上做出更大贡献。

编辑:尧华