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环境水化学与环境工程领域美国杰出学者巡礼

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原作者:张力为 中国科学院武汉岩土力学研究所
经作者同意,本文转载自“环境人”公众号,有改动。
笔者注:本文最早以《漫谈美国环境工程领域的学术大师们—谨以此文纪念环境水化学领域开山鼻祖James J. Morgan教授》为题,在“环境人”公众号发布。该文发布后,获得了热烈反响,很多读者提出了宝贵的修改建议。笔者基于读者的修改建议,结合查阅的相关资料,对文章进行了进一步的完善,增加了Werner Stumm院士、Charles O’melia院士、Mark Wiesner院士等学术大师的内容。在此也欢迎读者继续批评指正,也希望借此文为有志于赴美留学、有志向从事环境科学与工程研究的学子们指点迷津。
1. 环境水化学领域的泰山北斗们:Stumm--Morgan--Morel--Dzombak四代师徒
1.1 杰出的水化学领域宗师Werner Stumm

Werner Stumm教授
Werner Stumm教授于1924年10月出生于瑞士。在几十年的科研生涯中, Stumm教授深耕金属在水中氧化腐蚀、颗粒物在水中的运移和凝聚等领域,作出了突出的贡献。Stumm教授科研生涯的最高光时段是20世纪50年代至70年代,在哈佛大学建立了卓有盛名的水化学研究中心,吸引和云集了一大批的博士和博士后,很多人后来成长为环境科学与工程领域的院士。Stumm教授在这一时期培养出的大师不胜枚举,比如James J.Morgan院士和后文将要提到的Charles O’melia院士(约翰霍普金斯大学)、James Leckie院士(斯坦福大学)、Philip Singer院士(北卡大学教堂山分校)等。从同一个课题组走出如此之多的环境工程领域院士,堪称空前。1999年Stumm教授逝世时,他最优秀的学生之一James J.Morgan教授在悼文中对恩师表达了深切的怀念:“Werner Stumm was a man of great scientific and personalgenerosity. His contributions to the environment will be lasting. We cherishhis legacy”。


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1.2 环境水化学领域的开创者:James J. Morgan

James J. Morgan教授
水化学是一门古老的学科,而系统地应用水化学知识解决实际的环境工程问题,Morgan教授则堪称第一人。他系统地研究了含锰离子在水体中的迁移转化并将研究成果应用于给水处理之中,也是最早提出混凝技术并将其实践于给水处理工艺的先驱之一。Morgan教授是《EnvironmentalScience & Technology》(ES&T)的创刊主编,该刊目前是环境领域内的旗舰期刊,为该领域的后辈们提供了展现自己研究成果的平台。他与其导师WernerStumm共同编写的经典教材《AquaticChemistry》已成为环境水化学领域的标准参考资料,迄今已被引用超过25000次。Morgan教授一门树大根深,培养才俊无数,其中很多后来成为了美国两院院士。


2025-09-03 09:33:55
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1.3 承前启后的环境水化学理论学家:François Morel

François Morel教授
Morgan教授的学生François Morel教授的强项是吸附水化学,主要研究吸附反应的机理。1990年,他与学生David Dzombak教授的合著《Surfacecomplexation modeling: Hydrous Ferric Oxide》正式问世,该书是第一本详细论述水中离子在金属水合物表面吸附机理的著作,其理论可广泛用于解释水中离子在其他金属氧化物及水合物表面的作用机制,对研究水体中污染物的迁移转化具有十分重要的指导意义。Morel教授门下人才辈出,在环境领域比较有代表性的有David Waite教授(澳大利亚新南威尔士大学教授,美国工程院外籍院士,Morel教授的弟子,ES&T现任副主编,主要研究方向是铁、锰、铜、银、铀等元素在自然环境和人工系统中的迁移转化)、Daniel Giammar教授(华盛顿大学圣路易斯分校教授,ES&T现任副主编,主要研究方向是重金属元素在固-液界面的吸附与转化过程,与国内高校合作密切)等。


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1.4 环境水化学理论与实际结合的典范:David A.Dzombak

David A. Dzombak教授
François Morel教授的学生David A.Dzombak教授擅长将环境水化学的基本理论应用到解决跨度极其广泛的实际工程问题中。作为理论和应用的双重大家, Dzombak教授在市政废水回用作冷却水、碳埋存、低pH采矿废水的处理、气候变化和人口增长对美国水资源的影响等领域做出了重要的贡献。作为水中离子在金属水合物表面吸附机理的奠基人之一, Dzombak教授及其合作者AthanasiosKaramalidis教授于2010年出版了《Surface Complexation Modeling: Gibbsite》一书,对水中离子在金属水合物表面的吸附机理进行了开创性的扩充。Dzombak教授后期将环境水化学相关理论与方法应用于二氧化碳地质利用与封存的相关研究,培养了一批在二氧化碳地质利用与封存领域卓有建树的学者。Dzombak教授对于科学理论的工程实际应用非常重视,鼓励学生们在不同的实际应用情境下提出新想法、新创意,大胆探索,不盲从权威。他经常同学生们谈起卡耐基梅隆大学创办人Andrew Carnegie的经典名言:“Do not look for approval except for the consciousness of doing your best.”


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上述学者当选美国两院院士时间:
Werner Stumm教授:1991年
James J. Morgan教授:1978年
François Morel教授:2009年
David A.Dzombak教授:2008年
任职地:
WernerStumm教授:曾任哈佛大学教授,已逝世
James J.Morgan教授:加州理工学院(Caltech)荣誉教授,于2020年逝世
FrançoisMorel教授:曾任麻省理工学院(MIT)教授和普林斯顿大学教授,现已退休
David A.Dzombak教授:现任卡耐基梅隆大学土木与环境系系主任(仍招收博士生)


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【补充材料1】另一位很多人熟悉的环境工程领域学术大师、密歇根大学Walter J. Weber, Jr.教授是与Morgan教授同辈的环境水化学领域知名学者,于1985年当选美国工程院院士,开创了与Morgan教授一派呈鼎立之势的密歇根大学水环境化学研究流派。Weber教授门下知名的弟子包括现在佐治亚理工学院任职的John Crittenden院士、曾在UIUC任职(已退休)的Vernon Snoeyink院士、现任普林斯顿大学土木与环境工程系主任的Catherine Peters教授等。John Crittenden教授的事迹将在下文详述。Weber教授于2018年去世。
【补充材料2】在水化学领域另一位知名学者是毕业于斯坦福大学,现在华盛顿大学(University of Washington)任教的Mark Benjamin教授。他所写的教材《Water Chemistry》是水化学领域的知名教材。他和James J. Morgan教授等人可共同追溯到同一位师祖——Werner Stumm教授。
【补充材料3】另一位属于James J.Morgan教授一门的后起之秀是Young-Shin Jun教授(韩裔)。她目前任职于华盛顿大学圣路易斯分校,主要研究方向是环境纳米技术在二氧化碳地质利用与封存中的应用等。


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