柳大纲

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柳大纲

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柳大纲——科研

2016-07-15 15:59 发表人:玉珠

  分子光谱研究


  30年代,柳大纲与其挚友物理化学家吴学周合作,研究了一系列直线形分子:HCN,ClCN,BrCN,ICN[1],双氰,乙炔,以及复杂分子异氰酸和异氰酯[4]的紫外光谱。标定出相应的键振动频率,并推算出键力常数,在求得XCN,HNCO,RNCO等分子受光激发的分解能和断键位置后,判断出这些分子的基本结构。他们通过改进实验技术,所摄取的双氰分子紫外吸收光谱展现得十分详尽。在3020-2000间获得900余条谱带。从3020-2500间两个主要谱带级和两个频差率,判定双氰分子处于两种分子结构的共振状态。受激后,其中一种结构转占优势,导致双氰分子的C≡N键变弱,C-C键增强。这些有重要意义的结果,是在技术设备差的条件下取得的,当时国内此类研究还处于萌芽阶段。柳大纲是我国分子光谱研究的开创者之一,他不仅理论基础深厚,实验技巧也十分精湛。他还研究了CuH水下发射光谱[5]和复杂分子环氧乙烷[6]、六氟化硫[7]的真空紫外吸收光谱。所摄取的环氧乙烷在可见至600的高分辨光谱中,1713以上无连续吸收。还发现两组里德伯谱系(Rydberg Series)分别开始于1435和1382,并都收敛于电离势约10.81电子伏。他们还发现两组开始于1713.4和1572.4 的非里德伯谱系。分析所得光谱诸特征参数后,得出如下结论:里德伯跃迁是由一个键合分子轨道受激所致,这个轨道与导致乙烯以及相关化合物的里德伯谱系的分子轨道十分相似。在六氟化硫的研究中,他们定性地分析了此化合物的解离,并建立了它的电离势值。


  无机材料化学


  30年代初期,柳大纲曾对我国著名的古代和现代陶瓷,以及玻璃原料做过较系统的化学研究,为弘扬中华文明以及开展陶瓷研究与优质化学玻璃制造,提供了有价值的依据。50年代初期,由于帝国主义的封锁,我国必须迅速建立自己的发光材料科学和工业。柳大纲带领一批中青年化学家,试制了以硫化锌、镉为基底的X射线荧光料。研究了当时苏联也刚起步的新型发光材料-卤磷酸钙日光灯荧光料。他们系统地考察了荧光料发光性质对其组成和制备条件的依赖关系,揭示出荧光光谱分布与掺杂锑、锰相关的规律。从而实现了按荧光色泽和色较温度要求,定向合成所需的荧光料,并在南京灯泡厂试制成功荧光灯管。1953年底,他们将全套技术资料(包括制备、原料提纯、光学性能测试和化学分析控制)移交南京灯泡厂,为发展我国日光灯工业做出了重要贡献。这是我国最早进行的新型荧光材料的系统研究,后因柳大纲及其研究组接受了国家下达的土壤矽化加固任务而使此项研究工作中止。土壤矽化加固是一项波兰技术,由柳大纲负责组织建工部、水利科学院、中国科学院以及生产部门进行了大协作。该技术在唐山林西煤矿风井流沙层加固和佳木斯糖厂厂房地基加固工程上得到了应用,并为有关部门培养了技术力量。


  60年代初,柳大纲指导一批中青年化学家研究了核燃料前处理和后处理中的一些化学问题。深入考察了铀-氟体系中的化学反应过程、中间物形成条件以及有关的动力学、热化学与结构鉴定,为生产过程中消除烧结现象提供了科学依据。他又指导了流化床氟化物挥发法处理浓缩铀铝合金元件的研究,使铀的回收率达99.5% ,这与当时美国阿贡实验室发表的结果相同。1960年前后,他还领导了稀土化合物制备及性质的研究,为促进我国稀土资源的利用做出了贡献。以上三项研究工作:“四氟化铀氟化动力学”、“流化床氟化物挥发法处理铀铝合金元件”、“稀土化合物的制备及性质的研究”,均获得1978年中国科学院重大成果奖。


  此外他还指导了与湿法后处理有关的一些铀酰水盐体系中化学反应的研究。


  盐湖资源与盐湖化学


  柳大纲曾从事过制盐化学研究,他深知我国缺乏可溶性钾矿资源,但国内很少有人对西藏及西北地区的大量盐湖进行研究。为探寻钾盐资源,他于50年代初就搜集我国盐湖与地下卤水资料,并与有关机构和人员建立了联系,安排了实验室工作。1953-1956年,他先后派人对运城盐池、青海茶卡以及柯柯盐湖作了探索性考察。在我国第一个五年计划的中期,他组织和领导了由中国科学院化学研究所以及地质、化工、高校、轻工盐业等部门的科技人员组建的中国科学院中国盐湖科学调查队,开展了对青海柴达木盆地盐湖资源的调查。他曾先后六次进入柴达木盆地,指导一批青年化学家开展盐湖化学的研究,并制订出各时期盐湖研究的全局规划,创建了中国科学院青海盐湖研究所。


  (1) 柴达木盆地盐湖物理化学调查


  1957年柳大纲率盐湖科学调查队进入柴达木,开展了我国历史上首次大规模的盐湖资源科学调查。在这次考察中,柳大纲以其从事理论研究的执着精神,发现了察尔汗湖的天然光卤石,从而判定该湖大量晶间卤水已处于钾盐结晶阶段。他还发现大柴旦湖底硼矿沉积,这为在盐湖地区寻找硼矿探明了方向。他的这两项重大发现,加速和推动了地质部门在柴达木盆地大规模进行钾盐和硼矿的勘探工作,终于证实了察尔汗湖群蕴藏着上亿吨氯化钾,是至今为止我国最大的可溶性钾盐矿床,也证实了大柴旦湖区确是一个富含钠、钾、硼、锂盐的大型硼矿床。他们在盐湖考察中,还陆续发展其他一些巨大的锂盐资源,揭示出柴达木盐湖按水化学特征分类的分布规律和演化过程。提出了按钾、镁、硼、锂盐的分离提取价值而制定的盐湖分类。


  (2) 典型盐湖研究


  柳大纲认为,开发盐湖资源必须充分利用当地天然蒸发量大大超过降水量的有利条件,结合盐湖特征和生产目的,为生产提供稳定而价廉的原料,并尽可能保护资源和实现综合利用。 他指导研究了察尔汗湖群。由于钾盐的主要储量是在盐湖晶间卤水和达布逊湖水中,开发该湖的主要任务是如何从卤水中大量获得制钾盐的原料——光卤石。为此,他们研究了盐田建造和各种卤水在不同条件下的天然蒸发结晶过程,制定了盐田日晒制取光卤石工艺,为获取光卤石原料确定了基本技术。


  他指导研究的另一个典型盐湖是大柴旦盐湖,该湖卤水组成复杂,钾盐、硼酸盐、锂盐含量甚丰,是研究综合利用的典型硫酸盐型湖。他们对此湖作了长期的现场观测和实验室研究,揭示了湖水组成随季节变化的规律,研究了不同季节湖水的天然蒸发结晶规律和盐田日晒工艺,逐步分离出大量钠盐、镁盐、光卤石。获得了提取硼酸与锂盐的高浓度原料卤水(硼酸、锂盐全部富集于母卤中)。还进一步研究和确定了直接提取硼酸和锂盐的工艺,并深入研究了浓卤硼酸盐化学。此项已坚持进行了30余年的研究,是我国盐湖资源开发与盐湖化学研究的典范,大量的基础研究为柴达木盆地同类盐湖的综合开发提供了重要依据。他们研究制订的整套盐田日晒分离各种盐类和从浓卤提取硼酸及锂盐的工艺,比国外同类方案的提出早5—25年,并且部分工艺方法已得到实际应用。在盐卤硼酸盐化学研究上他们也取得重要突破,首先提出了硼酸离子以两种或两种以上的不同聚合态存在于饱和氯化镁卤水中,而且它们因条件变化而互变的新概念;发现浓卤经稀释可加速硼酸镁盐的结晶析出,并在常温常压下获得多种不同的硼酸镁盐矿物;又进一步建立了研究难溶硼酸盐非热力平衡相关系的新方法-结晶动力学法,从而使研究盐湖化学大难题之一的盐卤硼酸盐化学成为可能。这些突破,进一步支持了所提出的青藏高原盐湖硼酸盐矿成矿新理论——稀释成矿理论。鉴于上述这些在国际上领先的成就,以及发现大柴旦盐湖综合钾、硼、锂矿床本身这一重大成果,1989年柳大纲、高世扬等人获中国科学院自然科学一等奖,受奖项目是“大柴旦盐湖调查,盐卤硼酸盐化学,从卤水中分离钾盐、提取锂盐的基础研究”,1995年又获国家自然科学二等奖。


  (3) 锂盐提取及相应水盐体系相平衡研究


  为从各种卤水中直接提取锂盐,柳大纲还指导研究了铝酸钠法直接提锂,并进行了铝酸钠、氯化锂、氯化镁水盐体系中化学反应过程的研究,于60年代提出了我国第一个直接提取锂盐的工艺流程。此外,他还指导研究了氯化氢、氯化锂、氯化镁水盐体系中固、液、气诸相平衡关系。此工作为用盐析法分离氯化镁,高度富集氯化锂,进而制取氯化锂的工艺奠定了理论基础。


  (4) 建立盐湖化学分支学科,制定盐湖科研规划,创建青海盐湖研究所


  柳大纲是1956年我国第一个十二年科学技术发展远景规划中有关盐湖科学部分的主要起草人之一。


  盐湖资源的开发与研究,涉及多种专业与学科,1960年他倡议在无机化学中建立盐湖化学这一分支学科,指出其重要性类似海洋化学。于此同时,他还提出该分支学科所涉及的盐湖地球化学、水化学、矿物学、物理化学、成盐元素化学、化学工艺学、同位素化学、稀有元素化学、盐卤分析化学以及工程设备等十个方面的任务与研究内容。柳大纲还提出了发展我国盐湖化学的规划,它包括基础水盐体系中相关系的研究;利用天然能源分离大量盐类的研究;发展提取微量稀散元素硼、锂、溴、碘、铷、铯、钍、铀及重水的新技术;兼顾青海、西藏、新疆等地区的盐湖调查与研究;建立现场实验基地等。


  1963年国家科委成立盐湖专业组,制订盐湖科学十年规划。柳大纲提出分别在三个盐湖建立三个工厂的构想 在察尔汗建一个年产10万吨钾肥的工厂;在柯柯湖建立年产250万吨食盐的工厂;在大柴旦湖建立生产硼盐、锂盐的示范车间。围绕这一构想,他还提出一整套的研究工作方案。为实现此规划,国家科委责成地质部、化工部和中国科学院分别成立三个研究所。后由化工部与中国科学院成立的研究所合并为中国科学院青海盐湖研究所,柳大纲任所长。该所已成为我国盐湖科研的主要机构,他们遵循柳大纲的建所指导思想与规划,在青藏盐湖调查、盐湖水化学、盐类资源综合利用、稀散元素分离提取、水盐体系相平衡(特别是介稳平衡)、浓盐溶液化学和盐卤分析化学等方面完成了大量研究工作,取得了丰硕成果,为我国盐湖资源开发利用奠定了坚实基础,为进行大规模钾肥生产做出了重要贡献。


  柳大纲后半生情系我国盐湖与钾肥工业,直至病重卧床之际,还关心盐湖“七五”攻关任务的进展。今天青海察尔汗建起了颇具规模的现代化钾肥厂,大柴旦柴湖也建成了中试车间,这里面都倾注了柳大纲的心血。他几十年的心愿和梦想,逐一得到实现。


  领导中国科学院化学研究所30年


  在柳大纲领导下,中国科学院化学研究所从筹建、成长、壮大、直至成为一个具有高水平和强大科研队伍的综合性化学研究所的30年中,先后孕育出中国科学院成都有机化学研究所、中国科学院青海盐湖研究所、中国科学院感光化学研究所和中国科学院环境化学研究所等多学科的化学研究机构。多年来,柳大纲在规划研究领域、开拓方向、组建研究室组,以及延聘人才等方面,付出了后半生精力,使中国科学院化学研究所在物理化学、分析化学、有机化学、无机化学、高分子化学、高分子物理化学等各个研究领域都得到蓬勃发展。


  柳大纲的办所指导思想是应用与理论并重,重视开拓新领域,重视学科之间的渗透与协作,注意国际前沿研究动向,注意研究所内各学科的均衡发展,积极引导并创造条件,使科研人员的科研积极性得到充分发挥。


  改革开放前,科研工作经常受到偏激思潮的冲击,尤以基础理论研究工作受到的冲击为甚。“文化大革命”中,该所物理化学方面的研究工作几乎停顿。1971年柳大纲恢复工作后,他极力说明物理化学研究工作的重要性,力主保存热化学研究的基本力量,终于使这一学科领域的研究工作得以恢复。他积极组织热化学研究向新的领域(如不可逆过程热力学)扩展,并建议结合生物问题、石油工业中的问题开展研究。在他的组织、扶持下,不仅热化学、反应动力学与结构化学的研究得到恢复,而且开展了量子化学方面的工作。


  柳大纲十分关心物理化学研究的布置。1971年,他筹划在中国科学院化学研究所开展电子能谱的研究工作,亲自组织文献调研与方案论证,并邀请中国科技大学教授梅镇岳和沈阳科学仪器厂参加这项工作。这是一项在我国最早开展这一领域研究的工作,至今已形成一支有高学术水平的科研力量。十几年来,该课题组的同志们在柳大纲先生亲自领导下,开展了光电子能谱应用的基础理论研究,特别是在生物大分子和络合物结构的ESCA研究、材料表面和深度的ESCA分析,以及光电子能谱学的基础和实验方法研究等几个领域,均取得突出进展,处于国内领先地位,其中一些新发现和新见解亦属国际水平。有关这方面的研究工作已出版专著两本,在国内外一级刊物上发表论文近百篇。其中的“有关生物大分子方面的光电子能谱研究”,获1981年卫生部二等奖;“光电子能谱应用基础理论研究”,获1990年中国科学院自然科学奖三等奖。


  在柳大纲积极支持下,化学研究所于70年代末又创建了分子反应动力学与动态学的研究。现在已发展成分子反应动力学国家重点实验室。 在应用科学方面,柳大纲亲自开创并建立的腐植酸研究组。这个研究组在柳大纲的关怀和指导下,系统地开展了腐植酸的组成、结构、性质与功能的深入研究。在用色谱法分离腐植酸这类结构十分复杂的物质,以及对复杂的羟基、羧基进行结构分析方面,所取得的成果在国内是独一的,并发表论文多篇,在国际会议上也多次获得好评。将腐植酸应用于石油钻进泥浆处理、水泥固化促进剂、植物生长调节剂等研究,也取得重要成就,并做了广泛推广,对农业增产起到一定作用。


  柳大纲数十年如一日地辛勤耕耘,使中国科学院化学研究所不断扩展了新的研究领域,培养了大批人才,在承担国民经济建设所需要的科研任务方面,取得了极其丰硕的成果。


  1949年以前,柳大纲发表论文近20篇。新中国成立后,他所从事的科研工作均系国家任务,由于保密限制而未公开发表。他从不在以所长身份直接指导的研究报告和论文上署名。


  柳大纲在他从事科研和科学组织领导工作的近60年中,以其渊博的学识、强烈的社会责任感和献身于科学事业的精神,为我国的化学发展与应用,为我国盐湖资源的研究和开发,付出了全部心血和毕生精力。他治学严谨,学术思想活跃,富有远见卓识和坚忍不拔的精神。他十分重视应用研究,但不忽视基础理论工作,认为两者并重,才不致将科学发展导入歧途。


  柳大纲为人公正、厚道,心怀坦荡,严于律已,宽以待人。在工作中,他平易近人,学风民主,无门户之见。对求教或与之论学者,无论长幼均一视同仁,热情探讨,耐心指点。与其他单位合作,素以全局为重。他对学生循循善诱,要求严格,十分关心青年的成长和科研队伍的建设,培养了一批又一批中青年化学家。他正是以其高尚的道德风貌和赤诚的献身精神,赢得了化学研究所广大员工的爱戴,受到化学界同行们的敬重。

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