化學(xué)是以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，有趣的化學(xué)反應(yīng)，不僅可以產(chǎn)生令人難以置信的視覺效果，比如，法老之蛇，大象牙膏等，還可以改造物質(zhì)世界。在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域，污泥處理技術(shù)備受科學(xué)界關(guān)注，而它的背后，就是了不起的化學(xué)。

城市污泥含水率高，易腐爛，有強(qiáng)烈臭味，含有大量病原菌、寄生蟲卵以及鉻、汞等重金屬和多氯聯(lián)苯、二惡英等難以降解的有毒、有害物。若未經(jīng)處理，極易對地下水、土壤等造成二次污染，直接危害人類的健康。

面對這樣的環(huán)保“剛需”，西安交通大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院段培高教授，運(yùn)用化學(xué)的技術(shù)，將頑固污泥進(jìn)行綠色處理。

探索者——污泥處理技術(shù)

對污泥進(jìn)行綠色處理，是段培高關(guān)注的焦點。雷厲風(fēng)行的他，帶領(lǐng)團(tuán)隊，全身心投入研發(fā)。為構(gòu)建城市污泥高效轉(zhuǎn)化綠色新流程，他們研究了城市污泥有機(jī)組分水熱定向轉(zhuǎn)化制備含氮碳材料技術(shù)和含氮碳材料的高效氣浮分離技術(shù)。

在探索過程中，團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了”一種利用污泥水熱碳化法制備氮摻雜碳材料的新方法“，該方法在電流密度為1A/g時，所制備的碳材料的最大比電容為286.68F/g；在電流密度為20A/g的超高電流密度下，其電容保持率為76.74%。得到的最大能量密度為39.81Wh/kg。組裝后的超級電容在10000次循環(huán)后仍能保持97.55%的初始電容，表現(xiàn)出較長的循環(huán)穩(wěn)定性。

在危廢利用方面，他們發(fā)現(xiàn)在污泥中添加ATFS后，所得產(chǎn)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燒活化能，提高了清潔能源水熱碳的產(chǎn)率。

段培高團(tuán)隊是一直勇于創(chuàng)新的團(tuán)隊，因此，在研發(fā)中，他們總是將各種可能性考慮全面后進(jìn)行實驗。他們發(fā)現(xiàn)，將纖維素和硫酸銨按質(zhì)量比1:1直接水熱碳化制備氮和硫雙摻雜碳材料。當(dāng)電流密度為1A/g時，氮和硫雙摻雜碳材料表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，包括高比電容(227.3F/g)，當(dāng)電流密度增加到20A/g時，比電容仍保持76.55%。

在脫除污泥水熱碳中氮元素的探索中，段培高團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了水滑石的作用，”當(dāng)它作為催化劑時，就可去除氮元素。“實驗數(shù)據(jù)也證實了這樣的結(jié)論，即LDHs和LDOs均能顯著促進(jìn)氮元素的去除。主要原因是，第一，有機(jī)N向NH4+-N轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致pH值升高；第二，催化劑中具有酸性位置的含N有機(jī)物的熱分解是釋放NH3的關(guān)鍵步驟；第三，LDOs基本位點的關(guān)鍵作用是能有效地破壞細(xì)胞壁和胞外聚合物結(jié)構(gòu)。

當(dāng)然，這里介紹的只是段培高團(tuán)隊在污泥處理領(lǐng)域的一部分科研成果。“科研是沒有止境的。”所以，在生物質(zhì)能源化工領(lǐng)域拼搏的段培高，在探索污泥處理的同時，也研究起了生物油。

談起生物油的研究，段培高做了這樣的科普：“通過‘高溫蒸煮’，生物質(zhì)可轉(zhuǎn)化為便于運(yùn)輸和儲存的初級液體燃料——生物油，它是一種解決未來能源困境的重要載體，可作為化石類燃料的替代品。生物油經(jīng)過加工煉制可生成類似汽油或者柴油的燃料，通常被稱作‘綠色柴油’。‘綠色柴油’氮、硫、氧含量極低，十六烷值高，可與市售汽、柴油以任意比例混合，也可單獨使用。”

他的工作，在業(yè)內(nèi)引起廣泛關(guān)注。2019年年底，美國化學(xué)會（ACS）知名期刊Industrial & Engineering Chemistry Research（I&ECR）公布了2019年度影響力學(xué)者名單，來自北美、歐洲和亞洲的10個不同國家的32名學(xué)者入選。段培高位列其中。

面對榮譽(yù)，段培高十分淡然，繼續(xù)按照自己的節(jié)奏做著科研工作。“環(huán)境治理，雖不能立竿見影，卻影響了千秋萬代。”所以，段培高兢兢業(yè)業(yè)，埋首前行。

育人者——傳遞化學(xué)火炬

段培高與教育的緣分，源于2002年。那時的他，進(jìn)入河南師范大學(xué)學(xué)習(xí)，專業(yè)為化學(xué)教育。2010年回國后，他入職河南理工大學(xué)，正式開啟了他的教師職業(yè)生涯。

對教師職業(yè)，段培根充滿了敬畏和憧憬。”化學(xué)是基礎(chǔ)學(xué)科，它的應(yīng)用范圍極廣，對化學(xué)探索，需要世世代代人的努力，因此，教育的重要性不言而喻。“就是這份敬畏，讓段培高在進(jìn)入河南理工大學(xué)工作的9年收獲頗豐。他入選了教育部“新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計劃”，成了“河南省學(xué)術(shù)技術(shù)帶頭人”、“河南省教育廳學(xué)術(shù)技術(shù)帶頭人”、“焦作市優(yōu)秀青年科技專家”、“生物質(zhì)高值化利用”河南省高�？萍紕�(chuàng)新團(tuán)隊負(fù)責(zé)人等，同時擔(dān)任能源化學(xué)工程系系主任。還曾被評為河南省優(yōu)秀共產(chǎn)黨員、省師德先進(jìn)個人。

2018年，段培高找到了屬于他的新舞臺——西安交通大學(xué)。在西安交通大學(xué)從事教學(xué)工作的段培高，一直延續(xù)著自己的教學(xué)理念，始終以身作則，將知識與能力相結(jié)合，鼓勵學(xué)生積極走進(jìn)實驗室，把理論變成實踐。

雖然，段培高到西安交通大學(xué)時間并不長，但他卻受到了學(xué)校、院系方方面面的支持，因此，各項工作都進(jìn)行的十分順利。

化學(xué)是段培高的初心，亦是他科研和教學(xué)的方向。他相信，化學(xué)能夠改變世界，因此，他一面深耕科研，一面?zhèn)鬟f化學(xué)火炬。“只有雙軌并行，才能讓化學(xué)之花開遍祖國大地。”這既是他的愿望，亦是他努力的目標(biāo)。