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柳大纲
发布日期:2018-08-23 来源:九三学社中央宣传部
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柳大纲(1904年2月8日—1991年9月14日),出生于江苏仪征。物理化学家、无机化学家。1955年当选为中国科学院学部委员(院士)。1951年加入九三学社。

柳大纲于1904年2月8日出生于江苏省仪征县一书香门第。其父亲是前清秀才,在乡村当小学教员,家教严格,其母早故。柳大纲聪颖好学,1920年毕业于扬州省立第八中学,考入南京高等师范数理化学部。1924年南京高等师范改为东南大学,设立本科。柳大纲于1925年毕业于该校化学系,获得学士学位,留校任物理系助教。1927年任上海吴淞中国公学大学部教员。1928年任中国科学社《科学》杂志编辑部编译员。1929年受聘于中央研究院化学研究所,历任助理研究员、副研究员、研究员。1946年中央研究院选送他赴美留学。1948年获美国罗彻斯特大学博士学位,1949年回国。

20世纪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。

30年代中期,柳大纲与其挚友物理化学家吴学周合作,研究了一系列直线型分子:HCN,ClCN,BrCN,ICN,双氰,乙炔,以及复杂分子异氰酸和异氰酸酯的紫外光谱。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。在其受激后,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。这些有重要意义的成果,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。他与周同庆、吴学周共同研究了CuH水下发射光谱。此外,柳大纲还研究了复杂分子环氧乙烷、六氟化硫的真空紫外吸收光谱的研究工作。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。他们还发现两组里德伯谱系(RydbergSeries)分别开始于1435和1382,并都收敛于电离势约1081电子伏。此外,他们又发现两组开始于17134和15724的非里德伯谱系。在分析所得光谱诸特征参数后,得出了如下结论: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。柳大纲是这一科学领域的开拓者之一。

1950年,柳大纲在中国科学院上海物理化学研究所任研究员。1952年该所迁址吉林省长春市,柳大纲被任命为副所长。在这期间,柳大纲领导一个研究组,开展了试制以硫化锌、镉为基底的X射线荧光材料的研究。并对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进行了研究。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,他们将全套技术资源(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。其后,他们接受国家下达的土壤矽化加固研究任务,任命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。

1954年,柳大纲调任中国科学院院部学术秘书处任学术秘书。1956年,中国科学院化学研究所成立,柳大纲又调到化学所任研究员,并先后担任副所长、代所长、所长、名誉所长。在化学研究所,除处理一些所的领导工作之外,他仍坚持在科研第一线,指导研究了核燃料前处理和后处理中的一些化学问题。他深入考察了轴—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。

自1956年至1991年病逝,柳大纲在中国科学院化学所工作长达35年之久。化学所的建立、发展壮大,化学所在物理化学、分析化学、有机化学、无机化学、高分子化学、高分子物理化学等领域得到全面的发展,成为中国科学院最重要的化学研究机构之一,成为我国综合性化学研究基地,柳大纲做出了不可磨灭的贡献。以化学所的部分研究室、组为基础,建立了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。

柳大纲对我国盐湖的研究极为重视,在化学研究所工作的同时,他于1957—1963年兼任中国科学院综合考察委员会中国盐湖调查队队长,对我国盐湖进行了系统的调查研究。此后,自1965年起,长期兼任了新建的中国科学院青海盐湖研究所所长、名誉所长。

早在20世纪40年代,柳大纲就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盆地,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,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,还陆续发现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

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。他们对此湖做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研究开发提供了依据。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学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,以及发现大柴旦湖综合钾、硼、锂矿床本身这一重大成果,1990年柳大纲、高仕扬等人获中国科学院自然科学奖一等奖,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”。

(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20世纪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

盐湖资源的开发与研究,涉及多种专业与学科,1960年柳大纲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。与此同时,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、铀以及重水的新技术;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,即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。

柳大纲曾任中国化学会第二十届副理事长。1984年任中国化学会应用化学委员会主任委员,1985年后任名誉主任委员。1983—1990年任中国化学会青年化学奖评选委员会主任委员。1973—1986年担任《化学通报》主编。1985年起担任《无机化学》(后改名为《无机化学学报》)顾问。他是《中国大百科全书·化学》卷主任编委之一,当选为第三、五、六届全国人大代表。

主要论著

1柳大纲,数种著名国产陶料之分析,中央研究院化学研究所集刊第二号,1930。

2王琎、柳大纲,宜业陶业之初步化学观察,中央研究院化学研究所集刊第三号,1931。

3柳大纲、周庆祥,活性炭检验,中央研究院民国二十年度总报告,1932:85。

4万镇、柳大纲,玻璃原料之分析,中央研究院民国二十一年度总报告,1933:81 。

5Wu Xuezhou,Liu Dagang,Zhu Zhonjun,The Fundamental Frequencies of the C yanogen Molecule,JChinChemSoc,1935,3(4):301~307.

6Wu Xuezhou,Liu Dagang(TaKong Liu),The Absorption Spectra and Dissoci ation Energies of Cyanic Acid and Some Isocyanates,JChemPhy, 1935,3(9):544~546.

7Wu Xuezhou,Liu Dagang,Notes on the Preparation of Zinc and Cadmium Cy anides,JChin.ChemSoc,1936,4(6):518~521.

8Zhou Tongqing,Wu Xuezhou,Liu Dagang,On the Under Water Spark Absorptio n Band of CuH,JChinese Phys,1937,3(1):20~26.

9Wu Xuezhou,Liu Dagang,The New Absorption System of Cyanogen Gas in th e Near Ultraviolet System I,JChemPhys,1937,5(3):161~165.

10Wu Xuezhou,Liu Dagang,Zhu Zhonjun,Wu Chi,The Near Ultraviolet Bands o f Acetylene,JChemPhys,1938,6(3):240~246.

11柳大纲、钟焕邦,云南中部岩盐矿的化学研究,中国化学工程会志,1942,9: 42。

12柳大纲、钟焕邦,云南—平浪精盐厂制作法的化学研究,中国化学工程会志,1 945,12:11。

13柳大纲、钟焕邦,云南中部元永井含硫酸根卤水的纯化精制,中国化学工程会 志,1945,12:17。

14Liu Dagang,ABFDuncan,The Absorption Spectrum of Ethylene Oxide in the Vacuum Ultraviolet,JChemPhys,1949,17:241.

15Liu Dagang,Genge Moe,ABFDuncan,The Absorption Spectrum of Sulfur H exafluoride in the Vacuum Ultraviolet,JChemPhys,1951,19:71.

16柳大纲,柴达木盆地盐湖资源丰富,光明日报,1959年3月1日。

17程祖良、胡克源、柳大纲,氯化锂与铝酸钠在水溶液中的相互作用,中国化学 会1963年年会论文摘要集,1963。

18胡克源、柴文琦、柳大纲,四元水盐体系H+,Li+,Mg2//Cl—H2O 0℃ 时相平衡的研究,中国化学会1963年年会论文摘要集,1963。

19柳大纲、陈敬清、张长美,各类型盐湖的分布,第一届全国盐湖学术会议论文 摘要汇编,1965。

20柳大纲、陈敬清,察尔汗盐滩及达布逊湖区的物理化学调查,第一届全国盐湖 学术会议论文摘要汇编,1965。

21柳大纲、胡克源,盐湖化学,中国化学五十年,科学出版社,1985。