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針對全谷物雜糧糙米、黑米、青稞米、豇豆、綠豆和紅小豆等難煮、難吃的問題，采用專利技術(shù)及裝備對其蒸煮食用品質(zhì)進(jìn)行改良，在保持雜糧籽粒天然形態(tài)條件下，實(shí)現(xiàn)了其與白米一起煮飯的同煮同熟，雜糧不用浸泡、氣味芳香，好吃易煮。雜糧的營養(yǎng)健康價(jià)值體現(xiàn)在于主食化，其主食化消費(fèi)痛點(diǎn)就是難煮、難 吃、難貯藏，本項(xiàng)目成功解決了雜糧與白米煮飯難以同煮同熟的行業(yè)痛點(diǎn)問題，滿足了消費(fèi)者對雜糧食用方便，好吃易煮的需求，產(chǎn)品受到消費(fèi)者廣泛好評。技術(shù)與裝備成果已在企業(yè)產(chǎn)業(yè)化，交鑰匙工程。 創(chuàng)新要點(diǎn) 經(jīng)過六年潛心研發(fā)，構(gòu)建了以全谷物雜糧同煮同熟關(guān)鍵技術(shù)為基礎(chǔ)、產(chǎn)業(yè)化裝備為支撐、高食味值中低 GI 全谷物米飯引領(lǐng)的健康主食（米飯）產(chǎn)業(yè)體系，實(shí)現(xiàn)了全谷物雜糧米飯“比白米飯好吃、像白米樣易煮”。核?技術(shù)被陳福溫院士領(lǐng)銜的專家組評定為“國際領(lǐng)先”（農(nóng)科（中心）評價(jià)字[2018]第 95 號），研 究成果獲得了“黑龍江省科技進(jìn)步一等獎”（證書號：2019-028-02）。同一套裝 備可加工處理多種雜糧，生產(chǎn)自動化、柔性化、環(huán)境友好。

學(xué)諧振子在現(xiàn)代科技和生活中具有廣泛的應(yīng)用，大到引力波探測裝置，小到我們身邊的手機(jī)，涉及傳感、變頻、濾波等重要器件。一般的諧振子器件是互易的，即器件內(nèi)部或者兩個器件之間的聲子傳遞和方向無關(guān)。而非互易的諧振子器件對于全雙工聲子信號收發(fā)、聲子隔離等有著非常關(guān)鍵的作用，甚至還可以用來對熱能進(jìn)行單向傳遞，使冷的物體更冷，熱的物體更熱。圖a，基于光力相互作用的非互易聲子耦合機(jī)制。b，通過控制激光相位，聲子隔離度±30分貝連續(xù)可調(diào)。 光力學(xué)是光學(xué)和力學(xué)相結(jié)合的新興科研領(lǐng)域。光力相互作用可以用于光學(xué)和力學(xué)模式的精密調(diào)控和測量，有著重要的物理意義和實(shí)際應(yīng)用。這個工作中的光力學(xué)系統(tǒng)由超高品質(zhì)因子的氮化硅納米薄膜和高精細(xì)度光學(xué)腔構(gòu)成。激光將聲子從納米薄膜的一個諧振模式轉(zhuǎn)化為光子，再變回另一個諧振模式中的聲子。多束激光的物理效應(yīng)互相干涉，使聲子傳遞增強(qiáng)或者減弱。通過控制激光相位，實(shí)現(xiàn)了聲子隔離度在±30分貝范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)（如圖所示）。在徐海潭等人之前的工作（Nature 537，80 （2016））中，他們通過拓?fù)洳僮鲗?shí)現(xiàn)了瞬態(tài)的非互易聲子傳遞，而在最新的工作中，他們通過光力相互作用產(chǎn)生了聲子模式間靜態(tài)的非互易耦合，從而實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的非互易聲子傳遞。

1. 高品質(zhì)納米鈦白粉的研究及結(jié)構(gòu)化成型納米二氧化鈦由于具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、高比表面積、熱穩(wěn)定性、無毒性等特點(diǎn)，并易于與負(fù)載金屬間產(chǎn)生SMSI效應(yīng)，在催化工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，諸如：火電廠尾氣脫硝處理、VOCs(揮發(fā)性有機(jī)化合物)催化燃燒處理、柴油車尾氣排放控制等。以火電廠的煙氣脫硝SCR催化劑為例，納米級鈦白粉作為催化劑載體，占催化劑粉體的80?90%，總成本的40?50%，是SCR脫硝催化劑的重要組成。但是目前全球只有日本和歐洲的少數(shù)廠家可以生產(chǎn)高品級納米鈦白粉。在我國，目前應(yīng)用于催化劑工業(yè)的納米鈦白粉尚未完全國產(chǎn)化，這是煙氣SCR脫硝催化劑等環(huán)保催化劑的價(jià)格居高不下的主要原因之一。大多數(shù)國內(nèi)SCR脫硝催化劑是通過引進(jìn)技術(shù)、設(shè)備和納米鈦白粉粉體等原料，其后自行壓縮制作蜂窩式、板式等催化劑，并沒有完全掌握催化劑中所有成分的制作及依據(jù)不同燃料尾氣進(jìn)行配比的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和訣竅?？傮w上說，SCR脫硝催化劑在國內(nèi)基本還處于“來料加工”的狀態(tài)(即使是國內(nèi)市場份額較大的東方凱特瑞、無錫龍?jiān)吹绕髽I(yè))。我們研究室通過探索鈦白粉的物化性質(zhì)、成型性及催化性能三者之間的關(guān)系，嘗試從科學(xué)角度去構(gòu)建適用于SCR脫硝催化劑等環(huán)保催化劑的納米鈦白粉的制備關(guān)鍵技術(shù)。進(jìn)而在此基礎(chǔ)上，制備高品級的納米鈦白粉，包括鎢鈦，硅鈦，釩鈦等一系列產(chǎn)品，達(dá)到國外同類產(chǎn)品技術(shù)水平。同時(shí)通過探討不同因素在蜂窩狀脫硝催化劑成型過程中的影響，制備工業(yè)級別的蜂窩狀催化劑，從而最終改變目前國內(nèi)煙道氣脫硝催化劑尚處于的“來料加工”狀態(tài)，掌握完全自主的知識產(chǎn)權(quán)。在研究中，我們采用改進(jìn)的水熱合成法，在較為溫和的條件下(< 100°c的低溫、常壓下)，以偏鈦酸為原料出發(fā)，制備具有高比表面積和良好耐熱穩(wěn)定性的納米鈦白粉(圖-1)。同時(shí)在制備鈦白粉的過程中，充分考察漿料的ph值、雜質(zhì)含量、助劑(鎢、硅)等的添加、煅燒溫度等對最終產(chǎn)品的影響。另一方面，在催化劑成型中，我們對添加劑種類、加入順序、加入量和操作條件等對催化劑機(jī)械性能和活性等的影響進(jìn)行了徹底的研究。在充分考慮泥團(tuán)的酸堿，硬度，塑性等多種指標(biāo)的前提下，采用獨(dú)自的多段攪拌技術(shù)制備了蜂窩狀催化劑(圖-2)。在納米鈦白粉粉體及成型性研究的同時(shí)，我們對其作為載體或催化劑在脫硝、脫臭及光化學(xué)催化中的應(yīng)用也開展了研究，例如電廠、大型鍋爐、垃圾焚燒廠、船舶(新型輕質(zhì)波紋板催化劑)等大型設(shè)備的煙氣SCR脫硝催化劑、VOCs(揮發(fā)性有機(jī)化合物)催化燃燒催化劑等，以及小型工廠、自動車、民用等SCR脫硝、VOCs催化燃燒等。圖-3為納米氧化鈦在VOCs催化燃燒中的應(yīng)用，圖-4為工業(yè)級火電廠脫硝用納米氧化鈦擠出型蜂窩狀SCR催化劑，圖-5為工業(yè)級柴油車尾氣脫硝用涂層式蜂窩狀催化劑。與商業(yè)鈦白粉的耐熱性對比(900°C 9 h in air)    不同摻雜物質(zhì)對納米氧化鈦比表面積的影響圖-1 高比表面積和良好耐熱穩(wěn)定性的新型納米鈦白粉2. 新型金屬整體式催化劑載體(PCT專利WO2005/089939A1，日本專利2011-31162) 催化劑的活性組份、結(jié)構(gòu)化載體和反應(yīng)器三者集成化的思想，已成為當(dāng)前催化領(lǐng)域重要的且被逐漸接受的新思維。從宏觀尺度出發(fā)研制的具有結(jié)構(gòu)化的整體式催化劑，由于糅合了催化劑設(shè)計(jì)和反應(yīng)器設(shè)計(jì)，從而具有傳質(zhì)傳熱好、床層壓降低、緊湊小型、工程放大簡單等優(yōu)點(diǎn)，有利于提高催化反應(yīng)的活性和選擇性等。在大氣環(huán)保和催化燃燒等氣固相反應(yīng)中已得到廣泛應(yīng)用，在多相反應(yīng)中也顯示了巨大的潛力。但傳統(tǒng)的涂層式整體式催化劑，因活性組分涂層與基材物性(堇青石或金屬合金)的較大差異，使得涂層的粘附穩(wěn)定性不高，易剝離的問題尚未得到完善解決。針對傳統(tǒng)涂覆法制備的金屬基體整體式催化劑(MMC)的活性涂層易剝離的瓶頸，以及近年來發(fā)展的非涂覆式MMC的比表面積小、孔道難以調(diào)控的缺點(diǎn)，我們利用多孔陽極氧化鋁材料(PAA)的金屬自生長氧化鋁膜與金屬基體間具有高度粘附性的特點(diǎn)，在保持其有序孔骨架結(jié)構(gòu)的前提下，通過“陽極氧化-擴(kuò)孔-水熱反應(yīng)-焙燒”的方法，對其孔道結(jié)構(gòu)和化學(xué)特性進(jìn)行改性修飾，制備一種具有大比表面積的新型非涂覆式MMC。在材料合成過程中，結(jié)合陽極氧化和擴(kuò)孔處理對多孔膜的幾何參數(shù)的調(diào)變，解析水熱反應(yīng)中擬薄水鋁石層的形成機(jī)制以及由此帶來的封孔效應(yīng)，創(chuàng)新性地利用金屬自生長和原位相變技術(shù)在MMC上實(shí)現(xiàn)大范圍尺度可調(diào)的規(guī)則雙孔道結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)之上，我們通過探索PAA催化劑的構(gòu)效關(guān)系，獲得既利于分散和反應(yīng)又有利于擴(kuò)散傳質(zhì)的孔道特征，發(fā)展了一套面向具體反應(yīng)可控合成MMC的新方法。改性PAA膜與金屬基材間緊密的一體化構(gòu)造，實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)場上熱量的快速供給與轉(zhuǎn)移。高度可塑性的金屬基材使得催化劑可以具有復(fù)雜的立體結(jié)構(gòu)，確保了裝置的低壓損和小型化(圖-6)。采用Al/Fe–Cr–Ni Alloy/Al覆層鋁材制備的高溫型PAA載體，實(shí)現(xiàn)了快速通電加熱，從室溫到1000°C僅需數(shù)秒，大幅提升了系統(tǒng)啟動性和響應(yīng)性(圖-7)。另外，開發(fā)了金屬中間擴(kuò)散層技術(shù)和微小龜裂技術(shù)用于改善PAA膜在劇烈機(jī)械或熱沖擊下的韌性和穩(wěn)定性，在40000次通電加熱1000°C – 室溫急冷的循環(huán)測試中，未發(fā)現(xiàn)PAA膜的剝落。在研究PAA載體的同時(shí)，對其在環(huán)保和新能源領(lǐng)域，尤其是對系統(tǒng)壓損、啟動性、熱應(yīng)答性/熱耦合、輕質(zhì)化及小型化等具有嚴(yán)格要求的體系中的應(yīng)用，均開展了長期的研究，例如自動車尾氣脫硝處理，VOCs/CO/NH3的催化燃燒，甲烷/甲醇/乙醇/DME/煤油的重整制氫等等。3. 貴金屬替代型高效催化燃燒(含尾氣污染的催化燃燒治理)目前在工業(yè)催化燃燒中，主要以貴金屬為活性組分，多使用顆粒狀充填反應(yīng)器或堇青石蜂窩狀反應(yīng)器。主要問題是：① 貴金屬催化劑性能優(yōu)異，但價(jià)格昂貴；② 設(shè)備較為龐大，能量利用率低和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用過高，從而嚴(yán)重限制了向中小型企業(yè)的普及應(yīng)用。貴金屬替代催化劑和高效節(jié)能的緊湊型反應(yīng)器的開發(fā)成為該領(lǐng)域的主要發(fā)展趨勢。我們對于有機(jī)揮發(fā)性氣體VOCs、CO及NH3的催化燃燒凈化，使用多種類型的催化劑進(jìn)行了研究。主要包括：傳統(tǒng)的粒狀負(fù)載催化劑、負(fù)載型改性PAA整體式催化劑、Bulk型復(fù)合金屬氧化物催化劑、改性TiO2催化劑、含碳素的非貴金屬催化劑等。目前為止，所開發(fā)的Bulk型Cu-Co系、Cu-Mn系、Fe-Mn系等催化劑，在芳香族(苯、甲苯、二甲苯)的燃燒上接近貴金屬催化劑。在CO、NH3、乙酸乙酯、己烷等的燃燒上達(dá)到或超越貴金屬催化劑(表-1)。當(dāng)前，我們在整合PAA改性修飾技術(shù)和復(fù)合金屬氧化物技術(shù)的基礎(chǔ)之上，正在從事負(fù)載非貴金屬的PAA催化燃燒催化劑的開發(fā)，并把它用于化工供熱源及大氣污染的燃燒治理(VOC、NH3、CO、HC等)。充分利用金屬整體式催化劑在可塑性和傳熱性上的優(yōu)異性能，通過合理的催化劑成型及反應(yīng)器設(shè)計(jì)，提高放/吸熱耦合性，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能和小型化的目的(諸如采用Multi-tube型、Wall-type型、多層同心圓等反應(yīng)器設(shè)計(jì)，在平板狀催化劑的兩側(cè)分別設(shè)置燃燒反應(yīng)和換熱介質(zhì))。同時(shí)，在結(jié)合金屬整體式催化劑特性的基礎(chǔ)之上，根據(jù)具體的用途對反應(yīng)體系進(jìn)行合理的工藝設(shè)計(jì)。例如對于低濃度大風(fēng)量尾氣的處理，采用“濃縮–燃燒”一體化設(shè)計(jì)，并在反應(yīng)啟動階段采用通電啟動催化反應(yīng)(圖-8)。圖-8 大中小型VOCs催化氧化處理系統(tǒng)4. 多功能型重整制氫催化劑的研究 (日本專利2011-31162) 碳?xì)浠衔锏闹卣茪渲饕猛緸镻EFC燃料電池的制氫及H2和CO化工原料的制備。但是由于重整制氫多為強(qiáng)吸熱反應(yīng)，反應(yīng)體系對吸/放熱的耦合有嚴(yán)格要求，另外PEFC制氫的啟動性和小型化等也被較多地關(guān)注。2004年起，我們啟動了多功能重整制氫催化劑的開發(fā)(甲烷、DME、甲醇、乙醇、煤油等)，為降低催化劑成本，使用低價(jià)Ni為主要活性成分(圖-9)。為解決鎳催化劑中常出現(xiàn)的鎳氧化、結(jié)焦、燒結(jié)等失活問題，在孔道控制的基礎(chǔ)之上，通過Nickel Aluminate中間層及痕跡量貴金屬添加等技術(shù)的開發(fā)，制備了具有較高壽命并且可以自活化?自復(fù)活的AAO鎳催化劑。在與商業(yè)催化劑（SüD–CHEMIE的RUA和FCR-4，新日本石油的RUA-2）的對比測試中，該催化劑表現(xiàn)出更加優(yōu)異的性能。使用都市煤氣13A為原料，3000h靜態(tài)壽命測試及500回DSS模式測試(Daily startup and shutdown)均取得良好結(jié)果(圖-10)。基于板式通電加熱型PAA催化劑的水蒸氣重整制氫的測試結(jié)果表明，采用階段式通電加熱，系統(tǒng)啟動時(shí)間可從傳統(tǒng)的外加熱式的1h縮短為10min，從而為實(shí)現(xiàn)PEFC的快速啟動提供了有力的技術(shù)保障。多用途是該催化劑的重要特點(diǎn)。除天然氣的水蒸氣重整之外，在甲醇、乙醇、燈油的水蒸氣重整，甲烷直接部分氧化重整，甲烷二氧化碳重整等體系中均取得了良好結(jié)果。迄今為止，在非貴金屬催化劑中，多功能型重整催化劑尚未見報(bào)道。目前的主要工作是：1) 催化劑的進(jìn)一步改良優(yōu)化；2) 以流程集成化和強(qiáng)化傳熱為目的，進(jìn)行Multi-tube或Wall-type型反應(yīng)器的設(shè)計(jì)(重整–燃燒一體化) (圖-11)；3) 整合非平衡式“CO2吸附–重整”一體化設(shè)計(jì)，超越CO的SHIFT反應(yīng)的平衡限制，例如采用CO2吸附技術(shù)，或催化膜反應(yīng)器等；3) 生物質(zhì)原料(生物質(zhì)甲醇、乙醇、甲烷等)的重整制氫，及CO2的重整等研究；5. 整體式催化劑的新用途在上述研究的基礎(chǔ)之上，我們根植于材料化學(xué)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和化學(xué)工程與技術(shù)國家一級重點(diǎn)學(xué)科，進(jìn)行跨專業(yè)跨學(xué)科的合作，充分發(fā)揮整體式催化劑的特點(diǎn)，逐步拓展其在能源和環(huán)保等領(lǐng)域中的應(yīng)用，例如：1) 金屬基催化劑的放電電極和催化反應(yīng)效果的疊加2) 再生式環(huán)控生保系統(tǒng)二氧化碳的Sabatier反應(yīng)3) 加氫、裂解、C1及C2合成4) 水污染治理上的應(yīng)用5) 傳統(tǒng)化工領(lǐng)域的技術(shù)革新，例如，在催化精餾中實(shí)現(xiàn)流道設(shè)計(jì)用的塔填料與反應(yīng)用的催化劑的一體化構(gòu)造，用以實(shí)現(xiàn)裝置的小型化、降低床層壓降以及解決催化精餾常出現(xiàn)的液泛等問題。

汽車行業(yè)發(fā)展迅猛，能源需求巨大，機(jī)動車尾氣的排放造成的環(huán)境污染日趨 嚴(yán)重。氫-氧質(zhì)子交換膜動力燃料電池（PEMFC）以其高效、潔凈、兼容可再生能 源技術(shù)等特點(diǎn)，被認(rèn)為是后石油時(shí)代解決移動高性能動力電池的理想方案。然而, 當(dāng)前PEMFC所使用的催化劑為貴金屬Pt基催化劑，其對Pt資源的需求巨大，成 本高昂，難以成功商業(yè)化推廣。因此，開發(fā)出符合動力輸出性能的非鉗燃料電池 技術(shù)，契合我國對高效節(jié)能、環(huán)境友好的高性能動力電池汽車的迫切需求。 以該項(xiàng)目為依托制備的非貴金屬燃料電池催化劑以可以使單電池的最大輸出 功率達(dá)到0. 6 W. cm-2,已經(jīng)完全達(dá)到貴金屬Pt基燃料電池的輸出性能，可以滿 足動力輸入應(yīng)用要求。目前，該催化劑形成完全自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，屬于國際 一流國內(nèi)領(lǐng)軍的高科技技術(shù)。該催化劑的成功推廣勢必將從根本上解決機(jī)動汽車 尾氣對我國環(huán)境的污染問題，降低對石化能源的需求。市場及經(jīng)濟(jì)效益分析： 全球范圍內(nèi)，燃料電池行業(yè)發(fā)展迅猛，行業(yè)總體步入正軌。2010年，燃料 電池堆的全球出貨量有23萬臺，而在2007年只有1. 1萬臺出貨量，2011年至 2012年的全球燃料電池的出貨量有85%的年增長速度。在2010年全球售出的燃 料電池中，便攜式燃料電池占到這一總數(shù)的95%,其中超過97%采用質(zhì)子交換 膜燃料電池技術(shù)。2007年至2010年間，燃料電池出貨量翻了 20倍。從應(yīng)用上 看便攜式小幅增長，交通運(yùn)輸應(yīng)用在近幾年大幅增長，而在電站的應(yīng)用則呈現(xiàn)平 穩(wěn)增長態(tài)勢。2012年，燃料電池行業(yè)的收入超過10億美元的全世界市值，并且 亞太國家運(yùn)送超過3/4的燃料電池系統(tǒng)到世界各地。2014年起，按每年22. 6% 的復(fù)合年增長率計(jì)算，全球燃料電池產(chǎn)能在2020年預(yù)計(jì)將達(dá)到664.5兆瓦。在 未來六年時(shí)間里，各國政府對加氫站及相關(guān)氫基礎(chǔ)設(shè)施的投入將成為這一增長的 推動力量。隨著燃料電池技術(shù)在全世界范圍內(nèi)的廣泛應(yīng)用，作為其關(guān)鍵材料的催 化劑必將具有廣闊的市場應(yīng)用前景和豐厚的利潤。 另外，制備該催化劑的原產(chǎn)料價(jià)格便宜、方法和工藝非常簡單, 且生產(chǎn)過程中不會對環(huán)境造成污染，很容易開展下一步工業(yè)生產(chǎn)。

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非熱等離子體協(xié)同催化作為室內(nèi)空氣凈化技術(shù)的核心，其原理是借助高壓放電產(chǎn)生的氧化性粒子殺滅微生物，部分氧化降解有機(jī)污染物，并去除空氣中的細(xì)顆粒物。催化劑則起到強(qiáng)化氧化性粒子與空氣中污染物或部分氧化產(chǎn)物之間的作用，從而高效、徹底去除空氣中的污染物，并實(shí)現(xiàn)放電副產(chǎn)物的催化凈化。 根據(jù)應(yīng)用場所的空氣溫、濕度和污染物特性，通過非熱等離子體協(xié)同催化與吸附、過濾功能單元的有機(jī)組合，一方面可實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空氣所含有機(jī)污染物（甲醛和苯系物等）、生物性污染物（細(xì)菌和真菌等）和細(xì)顆粒物的同步高效凈化。另一方面，可確保凈化處理的低造價(jià)、低運(yùn)行費(fèi)用、低運(yùn)行噪聲、無二次污染，便于維護(hù)和長使用壽命?；谠摷夹g(shù)，既可構(gòu)成獨(dú)立式室內(nèi)空氣凈化器，也可作為空調(diào)系統(tǒng)的一個單元，出現(xiàn)在凈化型空調(diào)機(jī)組之中。 圍繞本技術(shù)已申請專利4項(xiàng)，其中，授權(quán)1項(xiàng)。