中南大学化学化工学院冶金及应用物理化学系曾德文

jwkj

曾德文
教授 、研究生导师 、博士生导师
单位：化学化工学院
入职时间：2010年01月01日
学位：博士学位
专业：化学
毕业院校：佛莱贝格矿业大学（德）
电子邮件：dewen_zeng@hotmail.com
办公地点：湖南省长沙市中南大学化学化工学院322#
电话:13618496806
个人简历
曾德文：男，1992年硕士毕业于中南大学有色冶金系并留校任教。1999年5月至2002年8月在德国佛赖贝格工业大学无机化学研究所学习和工作，完成了德国国家科学基金(DFG)等多项课题，获理学博士学位。然后受德国教育与科技部(ＢＭＢＦ)资助在佛赖贝格工业大学能源工程与化工研究所进行博士后工作，2003年11月回国。现为中南大学化学化工学院“升华学者”特聘教授，博士生导师，国际纯粹与应用化学联盟(IUPAC)溶解度平衡数据委员会委员，兼任中科院青海盐湖研究所“百人计划”研究员。主攻方向：无机盐溶液热力学与相平衡，无机储能材料设计。已获得中国专利授权9项，撰写德文专著一部。2006年因提出严正预测与评估高溶解性的盐水体系溶解度实验数据的新方法而获得国际纯粹与应用化学联盟溶解度平衡数据委员会(SSED)授予的Franzosini Award奖，为该奖自1988年设立以来第一位来自亚洲的获奖者。参与组织13届IUPAC溶解度现象国际会议（13th ISSP），被邀请在12th ISSP Freiberg和14 th ISSP Leoben作大会报告，为15th ISSP国际大会主席。目前正承担该国际委员会（SSED）的数据评估项目（项目成果将由美国标准局免费出版）2项、主持国家863高科技项目、国家973基础研究项目和国家自然科学基金等多项项目。近年在Pure Appl.Chem, J.Chem.Eng.Data, CALPHAD, Fluid Phase Equilibria, J.Chem.Thermodynamics, Hydrometallurgy, Freiberg Forschungshefte, J.Phys.Chem.A, J.Phys.Chem.Ref.Data，J.Solution Chem., J.Therm.Anal.Calorim., Monatshefte fuer Chemie, Thermochimica Acta，Ind.Eng.Chem.Res., Chem. Eng. Sci.，Plos One, J. Molecular Liquids和Chem. Phys.等18种国际杂志上发表论文80余篇。
教育经历
[1]  1999.5-2003.7
佛莱贝格矿业大学 | 无机化学 | 博士学位 | 博士研究生毕业
[2]  1989.9-1992.5
中南工业大学 | 有色冶金 | 硕士学位 | 硕士研究生毕业
[3]  1985.9-1989.7
中南工业大学 | 有色冶金 | 学士学位 | 大学本科毕业
研究方向
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我们的工作，通过测量、模拟和关联各种电解质溶液的化学热力学性质，从而准确预测高溶解性或难溶盐水体系的溶解度相平衡行为。为达到这些目的，我们开展溶液结构谱学测量和量子化学计算、电解质水溶液组分活度测量和相平衡测量等工作，开发分子热力学模型，模拟和预测混合电解质水溶液体系的液-固相平衡行为。这些工作，服务于热力学性质数据的评估，湿法冶金和盐化工过程设计以及相变储能材料的开发。
        1. 电解质溶液微观结构
（液-固、液-气、液-液）相平衡宏观性质是其微观性质的反映。理解宏观性质得从微观性质入手。例如：1）同为碱土金属的硫酸盐，为何硫酸钙的溶解度只是硫酸镁溶解度的百分之一？2）为什么溶液中NH4F的存在会使MgF2的溶解度降低百倍，而MgCl2的存在却使MgF2的溶解度增大百倍？3）加入把固体KCl（RbCl、CsCl）加到高浓度的CuCl2（或CaCl2、ZnCl2)水溶液中，溶液中水的活度却反而升高？4）为何很多的物质（如水与煤油）只是在接近纯物质的两端有限互溶？5）为何有些电解质溶液的结晶会存在强烈的过冷（过冷度超过60度），而另一些却不会？…对相关溶液结构的研究，有助于加深我们对这些问题的本质认识, 为相关化工过程的新工艺开发和材料设计奠定重要的理论基础。研究的方法有紫外光谱、扩展的精细X光衍射光谱(EXAFS)、分子动力学模拟(MD)和量子化学计算(TD-DFT)等。
2. 电解质水溶液（熔盐）及相平衡宏观性质研究
电解质水溶液宏观性质（如水的活度、混合热、热容）及相关相平衡数据，是开发化学热力学模型的基础，后者最终服务于化工工艺开发和材料设计。尽管人类已进行了大量研究，但在学科交叉的应用领域，大量的宏观数据仍然缺乏。一个典型的例子是重金属硫酸盐水溶液中水的活度在高于的数据未见任何文献报道，而这些数据又非常重要，原因是很多冶金过程是在高温下进行的。我们部分研究活动聚焦于电解质水溶液在高温下的水的活度测定和湿法冶金特殊体系的固-液相平衡方面。
3. 热力学模型开发与应用
盐湖化工、化工冶金和储能材料设计过程设计复杂的盐-水体系相图，热力学模型是预测和评估这些复杂体系相图的有效手段。人类在已有的热力学模型开发方面成果丰硕，然而人仍有待改进与提高。一个简单的例子是目前几乎所有的描述水溶液性质的热力学模型当用到电解质水溶液的介电性质时均借用纯水的介电常数，溶液介电常数受盐浓度影响巨大。简化的热力学模型的有效性在实际应用中面临巨大的挑战。
4. 溶解度数据评估
IUPAC的任务之一是推荐有关化学的最准确的数据供世界同行使用，例如，元素周期表的各种元素参数，就是由IUPAC统一公布的。IUPAC属下的溶解度平衡数据委员会（SSED）的使命之一，是严正评估溶解度平衡数据，供世界同行使用。早期的严正评估的溶解度数据，是以单行本的形式发表的，近年来的溶解度平衡数据，是发表在物理化学参考数据的世界顶级期刊Journal of Physical Chemical Reference Data , 最近已发表了100余卷。作为该委员会的成员，我们的部分工作是严正评估稀土元素的卤化物的在水溶液中的溶解度。
5.  室温相变储能材料相图设计
研究高溶解性的盐水体系的热力学特性，选择和修正热力学模型，对一系列的多元盐水体系进行相图预测和实验验证，设计出新型室温相变储能材料，并把它们推向工程应用。 在德国Merck公司和中国科技部863和973项目的支持下，通过对BET热力学模型的修正，首次从理论上预测了逾20个硝酸盐水体系相图，找到了一批室温相变储能新材料，获得中国授权专利6项，相关成果发表在Calphad, J. Chem. Thermodyn. J Therm Anal Calorim等杂志上。
6.  盐湖资源利用中相关相图研究
针对盐湖资源利用中所涉及的体系相平衡行为的复杂性，积极开展复杂盐湖卤水体系溶液化学和相化学的基础研究，为盐湖资源的高效综合利用提供理论依据。研究内容包括 1）高温盐水溶液组分活度和溶解度的实验研究；2）针对高溶解性的多温多元盐水体系，开发出新型的热力学模型，用以预测它们的相图，初步的研究结果发表在J Sol Chem, Hydrometallurgy, J Chem Thermodyn，J. Chem. Eng. Data, CALPHAD上。
7.  湿法冶金体系中相平衡现象
钙镁结晶现象广泛存在于湿法冶金的各过程，其结疤危害工业操作条件，在产品中的结晶严重影响产品质量。我们的工作，通过对CaSO4-(Cu,Ni,Co,Mn,Zn,Mg)SO4-H2SO4-H2O）等体系开展系统深入的溶液化学及相化学研究，确立在宽广的温度范围（25C－100C）内描述和预测钙镁结晶行为的热力学模型及其参数，找到在多元工业体系中钙溶解度最低的洼区，以此为基础提出抑制湿法冶金过程钙结晶的新方法，开发出环保地除钙新技术。研究结果发表在《中国科学》，Pure & Applied Chem., Ind Eng Chem Res上。
论文专利
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•        [1] N. Zhang*, H. Yi, D. Zeng*, Zh. Zhao, W. Wang, F. Costanzo. Structure evolution of mononuclear tungsten and molybdenum species in the protonation process: Insight from FPMD and DFT calculations Chem. Phys., 2018, 502: 77-86. PDF
•        [2] D. Li*, D. Zeng*, X. Yin, D. Gao,. Phase diagrams and thermochemical modeling of salt lake brine systems. III. Li2SO4+H2O, Na2SO4+H2O, K2SO4+H2O, MgSO4+H2O and CaSO4+H2O systems [J]. CALPHAD, 2018, 60: 163-176. PDF
•        [3] H. Han, O. Dong, D. Li, D. Zeng*. Phase diagram of the NaCl–MgCl2–H2O system at 25–75°C and its application for MgCl2 · 6H2O purification [J]. Russ. J. Phys. Chem. A, 2017, 91(7): 1255-1259. PDF
•        [4] D. Li, D. Gao, D. Zeng*, W. Li*. Understanding the solid solution–aqueous solution equilibria in the KCl + RbCl + H2O system from experiments, atomistic simulation and thermodynamic modeling [J]. J. Solution Chem., 2017, 46: 1871-1902. PDF
•        [5] H. Li, Sh. Wang, D. Zeng. Solubility and ionic interaction of the CaF2–CaSO4–H2O system at 298.1 K [J]. J. Solution Chem., 2017, 46: 1941-1947. PDF
•        [6] J. Sohr*, W. Voigt*, Dewen Zeng. IUPAC-NIST solubility data series. 104. lithium sulfate and its double salts in aqueous solutions [J]. J. Phys. Chem. Ref. Data, 46: 023101-1-023101-221. PDF
•        [7] N. Zhang*, W. Wang, J. Brugger, G. Zhang, D. Zeng*. Species fine structure of transition metal Cu(II) in aqueous chloride-bearing solutions: Insights from X-ray absorption spectroscopy and ab initio XANES calculations [J]. J. Molecular Liquids, 2017, 230: 200-208. PDF
•        [8] H. Yang, T. Liang, D. Zeng*, J. Yue*, Y. Du. Phase diagram of the quaternary system LiCl+MgCl2+KCl+H2O at 323.15 K [J]. 2017, 57: 126-133. PDF
•        [9] H. Yang*, Zh. Zhao, D. Zeng, R. Yin. Isopiestic measurements of water activity for the H2SO4–H3PO4–H2O system at 298.15 K [J]. J. Solution Chem., 45: 1580-1587. PDF
•        [10] Juan Jiang, Xia Yin*, Dongdong Li*, Yuqi Tan, Dewen Zeng. Solubility phase diagram of the Ca(NO3)2−LiNO3−H2O system [J]. J. Chem. Eng. Data, 2016, 61: 1125-1130.PDF
•        [11] H. Yang, D. Zeng*, Q. Wang, Y. Chen, W. Voigt. Isopiestic measurements of water activity for the Li2SO4−MgSO4−H2O system at 323.15 and 373.15 K [J]. J. Chem. Eng. Data, 2016, 61: 3157-3162. PDF
•        [12] H. Yang, D. Zeng*, W. Voigt, Y. Chen, Q. Zhou. Isopiestic measurements on aqueous solutions of heavy metal sulfates: MSO4+H2O （M=Mn,Co,Ni,Cu,Zn). 2. T=373.15 K [J]. J Chem. Eng. Data, 2016, 61: 3406-3412. PDF
•        [13] D. Li, D. Zeng*, X. Yin, H. Han, L. Guo, Y. Yao. Phase diagrams and thermochemical modeling of salt lake brine systems. II. NaCl+H2O, KCl+H2O, MgCl2+H2O and CaCl2+H2O systems [J]. CALPHAD, 2016, 53: 78-89. PDF
•        [14] N. Zhang, J. Brugger*, B. Etschmann, Y. Ngothai, D. Zeng*. Thermodynamic modeling of poorly complexing metals in concentrated electrolyte solutions: An X-Ray absorption and UV-Vis spectroscopic study of Ni(II) in the NiCl2-MgCl2-H2O system [J]. Plos one, 2015, 10(4): 1-23. PDF
•        [15] N. Zhang*, D. Zeng*, J. Brugger，et al.. Effect of solvent activity on solute association: The formation of aqueous nickel(II) chloride complexes studied by UV-Vis and EXAFS spectroscopy [J]. J. Solution Chem., 2015, 44(6): 1320-1338. PDF
•        [16] J. Wang*, F. Xu, H. Han, D. Zeng*. Thermodynamic modeling and experimental verification of eutectic point in the LiNO3-NaNO3-Ca(NO3)(2) ternary System [J]. J. Phase Equil. Diff., 2015, 36(6): 606-612 PDF
•        [17] W. Wang, D. Zeng, H. Zhou, X. Wu, X. Yin. Solubility isotherms of gypsum, hemihydrate, and anhydrite in the ternary systems CaSO4 + MSO4 + H2O (M = Mn, Co, Ni, Cu, Zn) at T = 298.1 K to 373.1 K [J]. J. Chem. Eng. Data, 2015, 60: 3024-3032 PDF
•        [18] H. Han, L. Guo, D. Li, O. Dong, Y. Yao, N. Zhang, Dewen Zeng*. Water activity measurements by the isopiestic method for the MCl–CaCl2–H2O (M = Na, K) systems at 323.15 K [J]. J. Chem. Eng. Data, 2015, 60(8): 2285–2290
•        [19] H. Yang, D. Zeng*, Y. Chen, L. Xiao, Yong Du. Revisiting the thermodynamic properties of the LiCl–NaCl–KCl–H2O quaternary and its sub-ternary systems at 298.15K [J]. CALPHAD, 2015, 50: 161-169. PDF
•        [20] J. Wang, M. Lai, H. Han, Zh. Ding, Sh. Liu, D. Zeng*. Thermodynamic modeling and experimental verification of eutectic point in the LiNO3–KNO3–Ca(NO3)2 ternary system [J]. J Therm Anal Calorim, 2015, 119: 1259–1266. PDF
1) 把高温相图的基本原理，扩展应用于低温盐水体系，基于相图计算设计出若干相变储能新材料；
2) 提出了水溶液-固溶体相平衡计算的理论判据；
3) 提出了评估高溶解性无机盐溶解度数据可靠性的新方法；
4) 开展量子化学计算，揭示了CuClx(2-x)物种紫外光谱的局域结构本质；
5) 系统研究了硫酸钙在高温重金属硫酸盐水体系的的溶解度行为，发现了无水硫酸钙与二水硫酸钙在重金属硫酸盐水体系中截然不同溶解度规律；奠定了从重金属湿法冶金过程除钙的理论基础；
6) 实现了复杂盐湖巨化学系统结晶行为的可靠理论预测；
7) 若干纯化合物无污染制备技术；
我们的科研工作受到如下机构的资金资助：国家留学基金委、湖南大学、国家科技部、国家自然科学基金委、中南大学、中科院青海盐湖研究所、青海省科技厅、青海省外专局、国际纯粹与应用化学联盟IUPAC，湖南有色集团，白银公司，西部矿业，浙江格贝能源科技有限公司，广东光华科技股份有限公司。
a)人才基金
1) 留学回国人员基金(2005)，3万元。
2) 湖南大学科研启动金(2004)，5万元。
3) 湖南大学科学基金(2005)，3万元。
4) 中科院“百人计划”(2008-2014)：盐湖资源利用溶液化学与相化学，200万元。
5) 中南大学“升华学者” 计划(2009-2013)：资源利用溶液化学与相化学，100万元。                                                                        
b)纵向项目
1) 国家自然科学基金(2008-2010)：复杂氯化物体系结构和性质关系的研究，28万元。
2) 国家自然科学基金(2012-2015)：重金属湿法冶金过程消除钙结晶危害的基础相化学研究，60万元。
3) 国家自然科学基金(2018-2021)：难溶氟化物在湿法炼锌体系中溶解行为和盐效应本质的实验及热力学模型研究，64万。
4) 国家自然科学基金重点项目(2012-2016)：结构分析方法在湿法冶金物理化学中的新应用，280万。
5) 国家自然科学基金重点项目子项目(2014-2018)：复杂钨资源高效利用物理化学，60万。
6) 国家自然科学基金联合基金集成项目(2018-2021)：柴达木盆地盐湖巨化学系统全组分、全浓度、多温热力学模型构建及模拟预测系统集成，500万。
7) 科技部 863计划(2006-2009)：廉价安全的室温相变储能材料设计，100万元。
8) 科技部973前期预研(2006-2008)：新型室温相变储能材料的相图预测与实验研究，70万元。
9) 中科院知识创新重要研究方向项目(2009-2012): 高效储热控热微纳结构的设计和优化, 70 万元。
10) 青海省技厅国际合作(2009-2010)：室温相变储能材料工程应用中的关键技术研究, 20 万元。
11) 青海省外专局(2009-2010)：储能材料合作研究，9万元。              
c)横向项目
1) 西部矿业横向课题(2006-2008)：相变储能材料的开发研究，20万元。
2) 白银集团(2010.7-2011.12)：湿法炼锌系统除钙镁结晶技术研究, 20万元。
3) 湖南有色基金(2011.7-2013.7)：锌湿法冶金过程消除钙镁结晶危害的研究, 30万元。
4) 格贝能源(2013.3-2016.3)：相变储能材料耦合太阳能建筑采暖技术的合作研究, 150万元。
5) 光华科技(2017.5-2022.4)：光华科技-中南大学纯化合物制备合作研究专项，500万。
d)国际合作项目
1) 国际纯粹与应用化学联盟IUPAC项目(2006-033-1-500): Solubility data related to industrial processes. Rare earth metal chlorides (Sc, Y, lanthanoids) in water and aqueous systems
2) 国际纯粹与应用化学联盟IUPAC项目(       2010-005-2   -500): Rare Earth Metal (Sc, Y, Lanthanoids) Bromides and Iodides in Water and Aqueous Systems (Solubility Data Series)                                                                           
3) 国际纯粹与应用化学联盟IUPAC项目(2012-030-1-500):  Rare Earth Metal (Sc, Y, Lanthanoids) Fluorides in Water and Aqueous Systems (Solubility Data Series)         
4) 国际纯粹与应用化学联盟IUPAC项目(2011-031-1-500):  Solubility of Lithium Sulfate in Aqueous Solutions