张春桃:让连续结晶梦想成真

发布者:煤转化与新型炭材料湖北省重点实验室编辑:十博体育备用网站 发布时间:2019-04-15浏览次数:14

(见习记者李东麟、赵敬灿、程震)

       

        刚刚上完课的化工学院张春桃教授,穿着一身工作装,走进化工分离与功能材料实验室。灯火通明的实验室里,张春桃课题组的师生经常埋头实验。遇到问题时,大家一起分析实验现象与数据,常常争得面红耳赤,却乐此不疲。

  主要从事工业结晶过程研究的张春桃教授年方40,却生了不少华发。自参加工作以来,他从未停下步伐,主持或参与国家自然科学基金面上项目、863计划子课题、省教育厅重点项目、企业合作项目等20余项,在核心期刊发表论文近30篇,授权发明专利13项。


不放过任何科研机会

  走进张春桃的实验室,看到众多大个头仪器。这个实验室,承载着张春桃无数的心血。

  十几年前,该实验室却举步维艰。

  2007年,张春桃从天津大学国家工业结晶工程技术研究中心博士毕业。初到我校化工学院,资金不足、工业结晶实验设备匮乏。面对“一穷二白”的实验室,团队老师们没干劲,“不具备科研条件,我们不如老老实实上好课、当个好老师。”

  站稳讲台的同时,张春桃不放过任何一个做科研的机会,矢志开辟一片科研新天地。“没有出路,我们就主动出去找项目;没有条件,我们就创造条件。”张春桃说服了同事,大家劲往一处使。

  10多年间,张春桃不知道跑了多少趟山东淄博、江苏、河南濮阳、湖北襄樊等地的十多家厂矿企业,磨破了嘴皮说服企业,免费为企业钻研技术难题。对方寄原料,张春桃团队免费做科研,做成功了继续谈合作。

  那些年,张春桃更加消瘦,皱纹也添了许多……回忆这些时,他笑得十分开心,“我们白手起家,既找到了科研的方向,又锻炼了队伍,增购了实验‘家当’,团队做科研的动力和机会与日俱增。”

  天道酬勤。2009年,张春桃和他的团队参与完成了863子课题脱硫石膏结晶控制与改性研究;2010年,成功开发耦合萃取溶析结晶工艺从煤焦油中分离精蒽与咔唑;2011年,解决了赤藓糖醇结晶产品粒度在线控制,助力企业进军欧美与日本市场;2012年,实现焦化脱硫废液分质结晶,变废为宝;2014年,实现了火电厂脱硫废水近零排放处理,回收的盐达到工业盐国家标准……

  虽然成果众多,但张春桃明白,要拿到国家自然科学基金项目,“拿不到基金,说明我们的研究得不到同行的认可,与本领域国内外的技术前沿有很大的差距。”

  凭借敏锐的科研“嗅觉”和多年深耕企业生产一线的经验,张春桃萌生了从微观角度探索固液两相流混合状况对结晶过程的热质量传递、结晶成核与晶体生长影响机制的想法。

  传统的化学工程学科在宏观领域取得了巨大的成功和长足的进步,但受制于现有的观测技术,化工学科在微观尺度的进展却步履维艰。“这就是我们的突破口。”这个信念激励着张春桃团队迎难而上。

  2015年~2016年,张春桃远赴美国,与普渡大学的Nagy教授合作,借助Nagy教授实验室先进的过程分析技术平台,通过原位Roman、在线紫外以及FBRM-PVM,研究连续结晶过程中晶体产品粒度与形貌、多晶型、纯度的控制机制。


破解连续结晶关键环节

  国内外的药物生产多采用间歇法,每批生产的药物都对应一个批号,“批”概念根深蒂固。但如何保持药物“批”间产品质量的一致性,消除“批”间差异,一直是困扰药物生产的技术难题。

  2016年4月,美国食品药品监管局(FDA)批准了首个全连续化生产(Continuous Manufacture)的药物——地瑞拉韦,这是制药史上的一个里程碑。连续结晶的种子,开始在张春桃心里生根发芽。

  “机会来了。”张春桃从普渡大学回国后,立马投身固液两相流的微观混合与连续结晶过程协同影响方向的研究。

  传统管式结晶器依靠增加流体流速进行微观混合,导致结晶管长度剧增。结晶长度剧增,意味着结晶仍然不可控。如何在低雷诺数下强化微观混合,成了张春桃的“心病”。

  寒假,校园里冷冷清清,张春桃却内心火热。他天天泡在文献里,几乎废寝忘食,无时无刻不在琢磨微观混合。大量的文献给予张春桃灵感,他认为应该选用连续振荡流结晶器(OBC)。但当时OBC在国内几乎是空白,没有现成的设备。而国外的OBC研究集中在结晶工艺优化,鲜有从微观混合角度探讨OBC内热质传递与晶体成核、生长之间的协同强化方面的报道。

  张春桃一面带领团队设计OBC图纸、联系厂家定做,一面指导研究生采用CFD优化OBC几何结构。

  如同地上没有永远平坦的路,科研也从来不可能一帆风顺。受制于CFD计算模拟的复杂性和连续OBC振荡流的特异性,实验结果毫无规律可寻,更别提整合数据了。

  “既然双管齐下不行,我们就一步一步来。”张春桃马不停蹄跑到黄家湖校区与汽车学院的教授交流,做扎实理论研究,再扎进实验室研究实验数据,并与CFD模拟计算结果对比。

  “在问题面前,我们一步步走,一遍遍试,就得穷追不舍,才有出头之日。”张春桃信奉这一点。

  功夫不负有心人。张春桃带领团队2017年终于斩获国家自然科学基金面上项目,“是鼓励,但更多是压力,激励我们这个年轻团队勇往直前”。


拿实验数据说话

  张春桃的办公室里,有一本工作簿,上面密密麻麻写满了学生的名字和取得的成果,这是张春桃记录的学生成长历程。

  科研路上,张春桃对于自己和团队都秉持着严谨态度。每一条实验数据、每一个实验流程,他都要求大家切切实实地做,容不得半点虚假。

  修改学生论文,张春桃也力求准确无误,一丁点错误都难逃张春桃的“法眼”。“论文是整个科研的心血集合,更应该精益求精。”这是张春桃坚持的观点。

  “张老师对待科研太严谨了,有很多凭经验和以往的数据可以推算出的参数,他总要我们拿实验数据说话。”研究生刘子衿说。

  “每次最怕在实验的关键阶段遇到张老师,因为他总逼着我们马不停蹄地完成这一阶段的实验,从来不给我们喘息的时间。”研究生尚玉影回忆。

  张春桃的严格要求和脚踏实地,也让研究生收获颇丰。刘邦禹连续两年获得研究生国家奖学金,其他研究生也几乎每人都拿过奖学金。

  10年班主任的经历,让张春桃的实验室从来不乏本科生的身影,但张春桃在实验室对本科生的要求却同样严格。张春桃先后指导本科生完成了1个国家级、2个省级“大创项目”,荣获“湖北省优秀创新创业导师”。

  “张老师就跟包公一样,铁面无私。”在众多学生口中,对张春桃的评价竟是出奇的一致。但生活中的张春桃总能跟学生打成一片,带学生去户外自助烧烤,跟学生打羽毛球……

  面对艰辛的科研路,张春桃每天乐在其中。当前,张春桃团队正在拓展其研究方向,在工业固废资源化利用、化工分离过程耦合与强化等方面已经取得了一定进展。

  化学与化工学院副院长吴晓琴评价张春桃:“兼顾教学与科研,教基础课程本身很辛苦,而他还能在科研上取得不菲的成绩,值得我们其他老师学习和借鉴。”



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