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人類在發(fā)展過程中目前面臨能源危機(jī)和環(huán)境污染雙重壓力。在能源消費(fèi)方面，目前世界能源消耗91%的是一次性礦物燃料能源，但礦物燃料是有限的，不可能成為人類的永久性能源。因此尋找可替代化石能源的新能源是人類可持續(xù)發(fā)展的必由之路。 據(jù)估計(jì)，全世界每年由光合作用而固定的碳達(dá)2×1011 噸，含能量達(dá)3×1018 千焦，可開發(fā)的能源約相當(dāng)于全世界每年耗能量的10 倍；生成的可利用干生物質(zhì)約為1700 億噸，而目前將其作為能源來利用的僅為13 億噸，約占其總產(chǎn)量的0.76％，生物質(zhì)資源開發(fā)利用潛力巨大。據(jù)測算，我國擁有的生物質(zhì)能資源為50 億噸左右，是我國目前總能耗的4 倍左右[5]。生物質(zhì)資源雖然豐富，但由于保存和轉(zhuǎn)化的技術(shù)落后導(dǎo)致生物質(zhì)資源浪費(fèi)嚴(yán)重，如秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物在田間焚燒，林業(yè)產(chǎn)品加工產(chǎn)生的木屑、鋸末等被直接丟棄，食品加工的殼、皮等被當(dāng)作垃圾填埋，這不僅污染了環(huán)境，還造成了生物質(zhì)資源的巨大浪費(fèi) 利用生物質(zhì)制備炭材料，在能源領(lǐng)域利用可以直接作為燃料使用，可以避免生物質(zhì)原料本身能量密度低、體積龐大難于運(yùn)輸?shù)缺锥耍瑫r(shí)相對于燃煤可以減少硫排放，從而減少對環(huán)境的污染，但目前制造成本高，只有在特定的場合才使用，目前生物質(zhì)炭在能源方面主要作為高端的燃料電池正極材料。另一方面生物質(zhì)炭本身的多孔性致使它具有巨大的比表面積、發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)以及較好的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度，在環(huán)保領(lǐng)域?qū)χ亟饘倭己玫奈叫阅埽虼藢χ亟饘購U水處理及土壤恢復(fù)與改良具有巨大的應(yīng)用潛力[8-14]。 由于傳統(tǒng)工藝制造活性炭成本高，因此限制了其應(yīng)用范圍。如何最大限度降低制造成本是科研工作必須努力的方向。 生物質(zhì)炭的制備方法主要分為：熱分解法，微波炭化法，水熱炭化法。熱分解炭化法是目前制備生物質(zhì)炭的主要方法，熱分解制備生物質(zhì)炭是在隔絕空氣條件下生物質(zhì)的高溫裂解成炭，一般需要炭化與活化兩個(gè)過程且二者可分步或同步進(jìn)行。首先炭化過程是在300 –1000 0C下使生物質(zhì)中分子鏈中C-O、C-C鍵斷裂成炭，隨著溫度的升高, 生物質(zhì)炭的產(chǎn)量降低, 含碳量逐漸增加。活化的目的是利用氣體或化學(xué)物質(zhì)改變炭化料的內(nèi)部結(jié)構(gòu), 擴(kuò)大孔體積, 增加活性炭的吸附性能。物理活化采用如水蒸氣、空氣、CO2進(jìn)行活化；化學(xué)活化則采用化學(xué)物質(zhì)如NaOH，ZnCl2，KOH, K2CO3等在600~11000C下活化，得到活性生物質(zhì)炭產(chǎn)品。熱分解法的缺點(diǎn)在于反應(yīng)時(shí)間長，反應(yīng)耗能大，傳熱效率低和反應(yīng)原料加熱不均勻等。微波炭化法則是通過被加熱體內(nèi)部偶極分子的高頻往復(fù)運(yùn)動，使分子間相互碰撞產(chǎn)生大量摩擦熱量，繼而使物料內(nèi)外部同時(shí)快速均勻升溫從而達(dá)到裂解及炭化的目的。微波加熱具有操作簡單、升溫速率快、反應(yīng)效率高、可選擇性均勻加熱等優(yōu)點(diǎn)。生物質(zhì)通過微波炭化處理其活性炭得率較高(一般達(dá)到40%左右)且表面積大。但微波炭化的不足在于物料的反應(yīng)溫度不能精確控制，過量的微波輻射將對人體健康有損害且工業(yè)化放大過程比較困難。水熱炭化法是在一定溫度(一般200 ℃)和壓強(qiáng)（下將水熱反應(yīng)釜內(nèi)的生物質(zhì)( 碳水化合物、有機(jī)分子和廢棄生物質(zhì)等) 、催化劑和水進(jìn)行加熱，實(shí)現(xiàn)對生物質(zhì)炭化的過程。水熱炭化一般制得的生物質(zhì)表面積小一般500m2/g以下，同時(shí)反應(yīng)時(shí)間長，因此生產(chǎn)成本較高。 總之制備生物質(zhì)炭材料具有豐富的原料來源，同時(shí)在能源及環(huán)境方面具有廣闊的應(yīng)用前景，尤其在重金屬污染治理及土壤恢復(fù)及改良前景更為廣闊。但目前生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為炭流程長，分解溫度高，造成生產(chǎn)成本高而致使生物質(zhì)的利用率低。如何更高效、成本更低廉實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)的炭轉(zhuǎn)化，無論對于人類能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化及環(huán)境保護(hù)均有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。 本項(xiàng)目提出了一種酸催化裂解炭化生物質(zhì)原料的方法，采用酸催化直接將生物質(zhì)分解及炭化，并在低溫下(2000C左右)加速炭化及活化(6000C以下) 過程，吸收炭化及活化過程蒸發(fā)的酸及液態(tài)有機(jī)物，酸進(jìn)行循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)炭材料綠色制備。由此可以制備出生物質(zhì)炭材料比表面在1000m2/g以上，得率達(dá)到50%以上，從而降低生物質(zhì)炭的制造成本，拓寬其應(yīng)用范圍。二．技術(shù)路線酸催化生產(chǎn)技術(shù)路線見下圖，生物質(zhì)粉碎后，采用一定酸浸濕潤，干燥后進(jìn)行炭化及活化，控制在4000C下炭化完全冷卻，炭化活化過程進(jìn)行酸回收并返回使用，炭化完全后冷卻，加粘結(jié)劑壓塊便得到生物質(zhì)炭。  圖1 酸催化制備生物質(zhì)炭工藝流程三．技術(shù)開發(fā)內(nèi)容及指標(biāo)技術(shù)開發(fā)內(nèi)容生物質(zhì)原料的篩選及酸種類的篩選溫度、時(shí)間工藝參數(shù)的優(yōu)化；粘結(jié)劑的選擇與添加工藝確定日處理1噸中試放大設(shè)備選擇與設(shè)計(jì)；技術(shù)指標(biāo)生物質(zhì)炭得率大于50%；生物質(zhì)炭的碳含量高于80%；生物質(zhì)炭燃燒后的灰分小于5%；生物質(zhì)炭材料比表面在1000m2/g以上。四．經(jīng)濟(jì)效益初步分析生物質(zhì)炭售價(jià)按3000元/噸計(jì)算，原材料及處理成本約1500元/噸；按年生產(chǎn)1萬噸計(jì)算，年效益為=（3000-1500）x10000=1500萬元。 本項(xiàng)目作為生物質(zhì)炭新工藝相對于傳統(tǒng)工藝，大幅度提高了生物質(zhì)炭的轉(zhuǎn)化效率及降低了生產(chǎn)成本，因此經(jīng)濟(jì)效益非常顯著，如果作為活性炭使用效益更加顯著。同時(shí)具有很好的推廣前景。

在外場(模擬太陽光)輔助下，以常規(guī)浸漬法獲得的二氧化鈦負(fù)載鐵為催化劑、過氧化氫為氧化劑，在常溫常壓下實(shí)現(xiàn)了甲烷一步活化高選擇性制甲醇。3小時(shí)內(nèi)，甲烷的轉(zhuǎn)化率可達(dá)15%，總醇選擇性可達(dá)97%，其中甲醇的選擇性高達(dá)90%，且該催化劑具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。球差校正電鏡和吸收譜學(xué)研究表明，該催化劑的活性中心為高度分散的三價(jià)鐵物種。

該系統(tǒng)是為中水景觀水體的水質(zhì)凈化新技術(shù)提供一套經(jīng)濟(jì)高效無污染的處理裝置。通過構(gòu)建改性沸石生物濾池這樣一種結(jié)合了生物與改性沸石優(yōu)點(diǎn)的處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)小區(qū)中水景觀水體的水質(zhì)凈化，解決當(dāng)前景觀污染水體處理方法所無法根治的氮和溶解性污染物的問題。 小區(qū)中水景觀水改性沸石生物濾池處理系統(tǒng)，包括中水景觀池、進(jìn)水泵、進(jìn)水儲水箱、計(jì)量泵、水量調(diào)節(jié)池、改性沸石填料區(qū)、沉淀池、出水池、曝氣機(jī)，其特點(diǎn)是：受污染的中水景觀池污水由進(jìn)水泵打入進(jìn)水儲水箱，經(jīng)計(jì)量泵及其進(jìn)水管汲入水量調(diào)節(jié)池后，從底部穿孔板流入改性沸石填料區(qū)，并與改性沸石及其附著的生物膜進(jìn)行充分的接觸，使污染物得以去除，然后溢流出沉淀池進(jìn)入出水池，經(jīng)出水管重新排入中水景觀水池。 小區(qū)中水景觀水改性沸石生物濾池處理系統(tǒng)，中水景觀池由進(jìn)水泵經(jīng)進(jìn)水管與進(jìn)水儲水箱連接，計(jì)量泵經(jīng)進(jìn)水管與進(jìn)水儲水箱和水量調(diào)節(jié)池連接，改性沸石填料區(qū)與水量調(diào)節(jié)池之間的壁板底部連接穿孔板；改性沸石填料區(qū)與沉淀池、出水池依次連接，沉淀池低于改性沸石填料區(qū)，出水池低于沉淀池；水量調(diào)節(jié)池、改性沸石填料區(qū)、沉淀池、出水池底部的出口與放空管連接。 水量調(diào)節(jié)池的進(jìn)水管連接在池的側(cè)壁，出水池的出水管連接在出水池的側(cè)壁。 改性沸石填料區(qū)其側(cè)壁上均勻間隔連接有至少3個(gè)曝氣支管，曝氣支管全部并聯(lián)在一個(gè)  曝氣管上，與曝氣機(jī)連接。 該裝置中，改性沸石填料區(qū)液面保持與改性沸石面相平，污水通過改性沸石良好吸附作  用、離子交換性作用和生物膜生物作用聯(lián)合去除中水景觀水體中的污染物，出水水質(zhì)達(dá)犁景  觀環(huán)境用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB／T 1 8921-2002)。 改性沸石填料區(qū)為兼氧環(huán)境，其溶解氧(DO)保持在lmg／L左右，水力停留時(shí)間為lh  左右。 用于小區(qū)中水景觀污染水體的改性沸石生物濾池裝置，可通過計(jì)量泵、電磁閥、控制器  等與計(jì)算機(jī)聯(lián)接，依據(jù)水質(zhì)監(jiān)測儀獲得的水質(zhì)指標(biāo)值，實(shí)現(xiàn)高層次裝置運(yùn)行與水質(zhì)監(jiān)測的自動化。

滌綸織物具有良好的挺闊性、褶皺彈性，是紡織服裝行業(yè)應(yīng)用最廣泛的面料。但滌綸織物不親水、易 燃、生物相容性差、對皮膚不友好。目前的親水劑整理方法制備的滌綸織物其親水性不耐洗滌。全新開發(fā)的HSP改性劑，對滌綸織物和纖維進(jìn)行改性，制備岀具有永久超親水/阻燃隔生物相容性的改 性滌綸織物。改性滌綸織物可以無限次洗滌，而親水性、阻燃性、高生物相容性都完全保持。決不因洗滌和 服用而降彳魂性能。這大大提高了滌綸織物的服用性能，適合制備高檔滌給服裝面料。該改性工藝流程短、成本低、效果好，無需購買新設(shè)備。

多孔骨支架材料是修復(fù)骨缺損最有前景骨替代材料，但制約其臨床應(yīng)用的瓶頸是支架深部骨再生能力，本研究在復(fù)習(xí)文獻(xiàn)，總結(jié)現(xiàn)有骨支架材料的優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出仿生多孔復(fù)合骨支架材料的設(shè)想。自骨單位——哈弗斯系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)得到啟發(fā)，從結(jié)構(gòu)與成分仿生出發(fā)，結(jié)合現(xiàn)有的生物合金、水凝膠及陶瓷支架的優(yōu)勢特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種新型鎂合金/水凝膠/生物陶瓷復(fù)合骨支架。支架內(nèi)部由力學(xué)強(qiáng)度較高的多孔鎂合金支架構(gòu)成核心，支撐支架形態(tài)，可體內(nèi)降解，且降解產(chǎn)物有助于成骨；支架其余部分由仿生多孔水凝膠/陶瓷復(fù)合骨支架填充，具有中央大孔和周圍放射層板狀孔隙結(jié)構(gòu)（圖1）。該孔隙結(jié)構(gòu)開放度高，骨傳導(dǎo)性強(qiáng)（圖2）；水凝膠/陶瓷支架可在體內(nèi)降解，并模擬骨組織細(xì)胞外基質(zhì)特點(diǎn)，為成骨細(xì)胞提供適宜的微環(huán)境（圖3）。新型仿生多孔鎂合金/水凝膠/生物陶瓷復(fù)合支架具有力學(xué)強(qiáng)度適宜，可體內(nèi)降解，生物活性優(yōu)良等特點(diǎn)，有望逐步取代現(xiàn)有的陶瓷或金屬骨支。

該系統(tǒng)是為中水景觀水體的水質(zhì)凈化新技術(shù)提供一套經(jīng)濟(jì)高效無污染的處理裝置。通過構(gòu)建改性沸石生物濾池這樣一種結(jié)合了生物與改性沸石優(yōu)點(diǎn)的處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)小區(qū)中水景觀水體的水質(zhì)凈化，解決當(dāng)前景觀污染水體處理方法所無法根治的氮和溶解性污染物的問題。 小區(qū)中水景觀水改性沸石生物濾池處理系統(tǒng)，包括中水景觀池、進(jìn)水泵、進(jìn)水儲水箱、計(jì)量泵、水量調(diào)節(jié)池、改性沸石填料區(qū)、沉淀池、出水池、曝氣機(jī)，其特點(diǎn)是：受污染的中水景觀池污水由進(jìn)水泵打入進(jìn)水儲水箱，經(jīng)計(jì)量泵及其進(jìn)水管汲入水量調(diào)節(jié)池后，從底部穿孔板流入改性沸石填料區(qū)，并與改性沸石及其附著的生物膜進(jìn)行充分的接觸，使污染物得以去除，然后溢流出沉淀池進(jìn)入出水池，經(jīng)出水管重新排入中水景觀水池。 小區(qū)中水景觀水改性沸石生物濾池處理系統(tǒng)，中水景觀池由進(jìn)水泵經(jīng)進(jìn)水管與進(jìn)水儲水箱連接，計(jì)量泵經(jīng)進(jìn)水管與進(jìn)水儲水箱和水量調(diào)節(jié)池連接，改性沸石填料區(qū)與水量調(diào)節(jié)池之間的壁板底部連接穿孔板；改性沸石填料區(qū)與沉淀池、出水池依次連接，沉淀池低于改性沸石填料區(qū)，出水池低于沉淀池；水量調(diào)節(jié)池、改性沸石填料區(qū)、沉淀池、出水池底部的出口與放空管連接。 水量調(diào)節(jié)池的進(jìn)水管連接在池的側(cè)壁，出水池的出水管連接在出水池的側(cè)壁。 改性沸石填料區(qū)其側(cè)壁上均勻間隔連接有至少3個(gè)曝氣支管，曝氣支管全部并聯(lián)在一個(gè)曝氣管上，與曝氣機(jī)連接。 該裝置中，改性沸石填料區(qū)液面保持與改性沸石面相平，污水通過改性沸石良好吸附作用、離子交換性作用和生物膜生物作用聯(lián)合去除中水景觀水體中的污染物，出水水質(zhì)達(dá)犁景觀環(huán)境用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（GB／T 1 8921-2002）。

一、項(xiàng)目分類 關(guān)鍵核心技術(shù)突破 二、成果簡介 隨著工業(yè)化的快速發(fā)展，環(huán)境污染問題日益突出。磺胺類抗生素、酚類等持久性有機(jī)污染物引起的水體污染，二氧化碳與氮氧化物的大量排放產(chǎn)生的氣候變暖與大氣污染，成為當(dāng)前社會可持續(xù)發(fā)展面臨的重大問題。光催化技術(shù)由于可以直接利用可持續(xù)的太陽能驅(qū)動化學(xué)反應(yīng)，而成為水/氣環(huán)境凈化和清潔能源利用的理想途徑之一。因此，開發(fā)高性能的光催化劑意義重大。

本專利技術(shù)由二氧化碳和水為原料，KHCO3 作助劑，催化劑由配體功能化、金屬沉積和染料敏化的 TiO2-FTO 玻璃電極構(gòu)成的光陰極催化劑和 Co-Pi 修飾 W 參雜的 BiVO4 光陽極催化劑在光電池中模擬植 物光合作用制備出高純度的乙醇水溶液并放出氧氣。人工光合成電池的效率可以達(dá)到 0.3~0.6%，與大田農(nóng)作物相似。光電池在模擬太陽光或室外太陽光照射下均能實(shí)現(xiàn)合成乙醇，將太陽能轉(zhuǎn)化為碳基能源分子。電極催化劑制備簡單、成本低廉、污染很小；生產(chǎn)乙醇的過程中無廢水、廢氣和固體廢物產(chǎn)生。催化電極的壽

利用 外源化學(xué) 手段 實(shí)現(xiàn) 生物大分子的功能 調(diào)控 ，一直以來都是化學(xué)生物學(xué) 的重要研究方向之一。陳鵬課題組長期致力于 “ 活細(xì)胞上的化學(xué) 反應(yīng) ” 的開發(fā)與應(yīng)用 ， 提出 并發(fā)展 了 “ 生物正交斷鍵反應(yīng)（ Bioorthogonal  c leavage reaction ） ”  這一 新反應(yīng)類型 ，突破了在活體內(nèi)研究蛋白質(zhì)功能的技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)了一系列原始創(chuàng)新 （ Nat. Chem.   2014,  6 , 352-61 ;  Nat. Chem. Biol.  2016,  12 , 129-37 ;   Nature  201 9,   569 , 509-13 ） 。

以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo)，通過建立生物催化與轉(zhuǎn)化關(guān)鍵技術(shù)平臺，大力發(fā)展工業(yè)生物技術(shù)；以生物技術(shù)高效制造精細(xì)化學(xué)品為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)高值精細(xì)化學(xué)品的原料替代和生產(chǎn)路線替代，促進(jìn)化工產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與升級，應(yīng)對市場競爭和經(jīng)濟(jì)危機(jī)，最終實(shí)現(xiàn)生物產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展，引領(lǐng)生物經(jīng)濟(jì)浪潮。以國家重大需求和科學(xué)前沿為導(dǎo)向，以工業(yè)生物技術(shù)為中心，形成基礎(chǔ)研究－共性關(guān)鍵技術(shù)－產(chǎn)品工程一體化的研究體系。