针对海水淡化产业链及浓水资源利用的现状,申报单位在"十一五"、"十二五"期间联合攻关,完成系列海水淡化浓海水制盐及制溴关键技术并实现产业化应用。以淡化浓海水为进滩卤水,以日晒海盐、精制海盐、药用盐、溴素及四溴双酚A等生产的关键技术为研发重点,开发自然蒸发条件与卤水条件协同作用日晒海盐增产技术、真空膜蒸馏浓缩淡化浓海水技术、饱和卤和苦卤真空制盐技术、膜法卤水处理及二效强制循环药用盐生产技术、卤水吸收空气吹出法制溴新技术、两级混合吸收及两级分离制溴关键技术。研创了具有国际领先水平的盐田结晶区塑苫装备、活碴和收盐系列关键设备、药用盐生产干燥系统粉盐高效回收装备、中度卤水制溴酸化氧化新型设备、溴素分析取样及规模化储运装备。解决了制约海盐产业发展制卤占地面积大和工人劳强度负荷大、制约药用盐产业发展的品质低和能耗高、制约溴素生产配氯率高收率低和产品质量不稳定、溴素小容量储运对环境污染及人体伤害等产业化难题。引领了淡化浓海水生产日晒海盐等行业科技进步及产业发展,在全国海水淡化产业链及浓海水资源利用领域起到示范作用。取得鉴定成果2项(国际先进)、发表论文11篇,授权国内发明专利21项,其中发明专利10项,实用新型专利11项。项目成果已在北方海盐区三家年产百万吨海盐生产企业推广转化。近3年来,天津长芦海晶集团有限公司、天津长芦汉沽盐场有限公司和大连盐化集团有限公司三家代表企业累计新增利润2.25亿元。
功能性低聚糖是赋予健康要素的重要糖品,在超过500种产品中使用。制约我国功能糖产业发展的技术瓶颈之一是,制造用关键酶制剂生产技术落后或缺乏,核心酶制剂依赖进口并存在技术和商业壁垒。
本成果就其关键酶研制、酶高产菌株创建和高效制备进行研究,获得了多项技术创新并全数实现工业化应用。
转移酶、高转苷乳糖酶、转葡糖苷酶和β-淀粉酶新分子
移酶、高转苷乳糖酶和转葡糖苷酶高表达新菌种
备技术以及红薯β-淀粉酶分离精制技术
本成果酶制剂制造技术全部实现了工业化生产与应用,近3年累计获得直接
经济效益1.72亿元,利润4273万元。产品在国内外100余家企业得到批量应用,经济效益显著。本成果获得授权专利3项。
农村生活污水处理的难点在于农村居住分散、地势差异大、水质水量波动、环境温度变化以及现有城市生活污水处理模式难以适用,缺乏污水收集和处理模式。因此,因地制宜分散处理更加适合我国农村,小型污水处理装置、户用型污水收集装置以及输送管网的优化是农村生活污水处理系统的重要内容。在天津市科委和农委各2个水专项课题的大力支持下,开展了科学研究、技术开发和示范工程,形成了4项关键集成技术:(1)生物滤床替代活性污泥的平推流与全混流耦合的净化槽的科技创新、(2)无动力增氧归一模块化水解槽的科技创新、(3)净化槽串并联系统的科技创新以及(4)无回流多级A/O脱氮工艺和电解法与生态滤床的耦合除磷技术的科技创新,构建了国际先进的、适合于我国农村生活污水的归一模块化净化槽串并联处理系统。水解槽集成技术能使污水预处理后转化为统一类型的可溶态污水,降低管网投资,减少后续的处理负荷;净化槽集成技术能减少浮渣、抑制污泥、高效处理以及无人值守,避免日本式净化槽的定期清淤和排泥的复杂过程。二者优化组合,既可解决污水收集和输送难题,也可减少农村管网建设投资;既可单户,也可多户联用;采用地埋形式,不受环境温度影响,适合我国不同地域。通过矿化、脱氮、除磷、污泥减量化工艺的优化组合,达标排放,在国内起到了分散处理的技术与装备的引领作用,具有鲜明的中国特色。
2011年11月22日央视七频道“科技苑”专门报道了本项目的净化槽,在全国起到了一个引领的示范作用,其成果鉴定为国际先进;拥有国内净化槽相关的几乎所有的19篇科技论文和23项授权专利,荣获天津市科技进步一等奖、日本水环境学会国际交流奖、农业部丰收奖一等奖、全国大学生挑战杯一等奖以及全国优秀指导教师。
本专利在原有光卤石冷分解过程制备氯化钾结晶工艺基础上,创造性开发了高钠钾盐矿的冷分解结晶及浮选方法制备大颗粒氯化钾工艺和系统。高钠钾盐矿利用领域关键性、共性的技术难题为高钠钾盐矿分解速率不可控,导致氯化钾成核过程难以控制,最终氯化钾产品粒度小,并导致氯化钾产品离心分离过程和干燥过程运行成本高。本专利技术基于分解动力学,晶体成核动力学和生长动力学研究,解析冷分解结晶器内高钠钾盐矿分解工艺参数与氯化钾晶体粒度的构效关系,指导优化高钠钾盐矿冷分解结晶生产氯化钾工艺过程,获得大颗粒的氯化钾产品,为钾盐矿分解制备大颗粒氯化钾提供了理论依据和技术支撑,有效解决了高钠钾盐矿制备氯化钾过程分解速率不可控以及产品粒度小的关键性、共性技术难题。专利技术基于Na+、K+、Mg2+∥Cl-、H2O 四元体系相图对钾石盐分解生成氯化钠、氯化钾的热力学行为进行了研究,以此为基础指导高钠钾盐矿冷分解结晶器工艺参数的调控,合理确定停留时间和反应温度提高析出氯化钾的纯度,氯化钾纯度由合格品提高至优级品标准。基于成核与结晶动力学和计算流体力学(CFD)模拟设计开发了高钠钾盐矿冷分解结晶器,提高了高钠钾盐矿生产氯化钾过程中钾的回收率,有效解决了高钠钾盐矿为原料制备氯化钾领域中氯化钾的纯度低、粒度小和回收率低的关键性、共性技术难题。
一种多户生活污水水解槽与多台处理装置联用的组合设备属于生态型污泥零排放系统,适合于我国农村各种不同情况的污水处理,2015年推广应用以来,已在天津市6个区和南方的广东湛江、四季分明的江苏扬州、安徽马鞍山、山东德州以及冬季寒冷的宁夏银川、甘肃等地区建成了上百个净化槽污水处理系统,占有天津现有农村污水处理的40%。水解槽的开发替代了传统的,仅用于厕所废水厌氧生化处理的化粪池,将农户家庭的厕所废水、厨房、洗涤、洗澡以及各种废水集中于此,不仅能够很好地分离颗粒物,而且还对废水中的污染物水解,变复杂为单一,形成可溶态的、便于后续生化降解的废水,减少农村大口径管网的投资;后续的处理装置主要是生物滤床替代活性污泥的净化槽装置,可以根据不同村庄,不同地势,更多地将各户水解槽的污水集中,根据集中后的污水总量,采用净化槽串并联方式,加以处理。每个净化槽都是相互独立的生物反应器,配有独立的气泵,即使有一台净化槽出现故障也不会影响整个系统,抗冲击性能力强。净化槽系统串联系统,形成了一个平推流模式,而实际内部是由若干个全混流模式的生化反应器所构成,内部装有特有的微生物着床的填料,生物膜中的微生物种群和总数完全与水相中的污染物底物呈相对平衡,首次把平推流和全混流耦合理论应用于净化槽串并联系统,验证了一种多户生活污水水解槽与多台处理装置联用的组合设备具有生态型污泥零排放的先进集成技术,2017年经日本水环境二位资深教授提名,获得了日本水环境学会2017年的国际交流奖,2020年获得了天津市专利金奖,生态型污泥零排放的净化槽纳入了天津市创新科技成果展,并且载入2020年天津市科技年鉴。
本项目针对我国柴达木盆地盐湖资源循环经济支撑技术中亟待解决的重大基础性、关键性科学问题,创新了介稳相平衡研究方法和浓电解质溶液理论,系统地开展富锂钾镁硼卤水体系介稳相平衡与化学模型研究,构建了复杂卤水体系溶解度数据库及溶解度动态预测模型。
在邓天龙教授科研团队主持完成的国家自然科学基金重点项目(20836009)、面上项目(40773045)和青年基金(21106103、21306136)等项目的持续资助下,取得了一系列标志性成果:
(1)首次构建了具有国际影响、系统性强的水盐体系溶解度特色数据库系统;
(2)采用国际先进的低温量热技术创新硼酸盐溶液体系热力学研究方法,丰富硼酸盐溶液化学理论;
(3)发展电解质溶液理论,构建柴达木盆地盐湖复杂卤水体系溶解度动态预测化学模型;
(4)科学出版社出版《柴达木盆地盐湖卤水体系介稳相平衡与相图》等专著3部,本领域国际主流刊物I&ECR、JML、JCT、FPE、JCED等发表SCI论文56篇,JCR I-II区30余篇。
本成果具有重要的科学价值和实际应用价值,开发的水盐体系溶解度特色数据库及溶解度动态预测系统已在青海中信国安、国投新疆罗钾、天津长芦汉沽盐场等卤水化工行业企业应用,指导和改进盐田滩晒工艺、盐类分离、兑卤方案设计等。这一成果对于促进柴达木盆地盐湖卤水资源综合利用的系统性、配套化和精细化分离具有重要的学术理论意义和实际应用价值,同时对实现我国“一带一路”和西部大开发战略,亦具有十分重大的社会经济意义。该项成果由实验室科研人员独立完成。
项目筛选出适用于面团发酵的益生菌,采用宏基因技术分析益生菌代谢过程中相关酶系的表达,发现关键性酶表达的上升与面筋结构中二硫键的合成有高度关联性,从而为益生菌发酵改善面团流变性能提供理论依据及应用价值;同时采用多组学研究益生菌在面团发酵过程中次级代谢产物的合成规律,筛选出多个对淀粉消化酶有一定抑制活力的寡肽代谢产物,该类代谢产物的合成降低淀粉酶对淀粉底物作用的敏感性,从而降低面团中淀粉的消化速率与程度,面团中功能性碳水化合物的水平提升了5倍。
项目研究了海洋多糖(壳聚糖)与淀粉分子之间耦合作用以及形成复合物的分子结构特征,通过提升复合物抗氧化能力以及抗菌水平使得该复合物在主食产品中产品保质期提高170%。
项目基于上述两种干预机制,在降低淀粉的消化速率和提升淀粉的抗消化性上取得显著效果;另外,本项目进行了营养学评价,与对照组相比,发现新技术所赋予的产品具有更高的抗性淀粉含量,赋予该类产品在改善肠道代谢功能以及改善肠道菌群的结构上有显著的积极作用,肠道菌群中丁酸菌丰度显著增加,使肠道中丁酸含量是对照组的2.1倍,为提升主食的营养价值以及储藏稳定性和延缓主食主成分的老化趋势等方面提供了新的干预思路。项目进行了有效的试生产,取得了良好的社会和经济效益。
该成果首次构建了复杂卤水体系溶解度数据库专家系统,预测功能强大(2018年6月以韩布兴院士为组长的专家组鉴定意见“首次建立了具有国际影响、系统性强的水盐体系溶解度数据库,…动态预测模型),解决筛选共晶水合物相变储能材料的“战略地图”,改变了国际上靠“炒菜配伍”摸索寻找储能材料的模式,发表系列论文(代表性SCI论文5篇)、论著(教材1部、专著1部、合著2部)。
该成果挖掘出新型室温储能材料,开发了具有源头创新的源料易得、储能密度大、绿色环保的钠钙镁基相变储能材料,形成了具有自主知识产权的系列产品(受理发明专利8项,授权3项,2016年获天津市专利优秀奖),研制了储热换热器、集热相变储能采暖供热的技术发明(已授权发明专利1项,实用新型专利3项)。
本项目运行期间,邓天龙教授团队组织承办了“盐湖与盐业国际高级学术交流会”,并针对盐化企业定期举办“水盐体系相图及应用培训班”,推动了无机盐制盐行业的学术交流及技术发展组建成立了“中国轻工业制盐与盐化工重点实验室”、与企业合作建立研究生教育校外创新实践基地等,在此期间培养了博士后2名、博士7名、硕士30余名,有力地推动了我国制盐行业及技术创新平台和人才的建设。
其开发的钠钙镁基绿色环保相变储能材料,已在10余家企事业单位推广应用,近三年仅天津长芦汉沽盐场有限责任公司产生直接经济效益5000余万元,开发的水盐体系溶解度数据库专家系统已服务于盐业化工行业企业。该项成果由实验室科研人员独立完成。
基于所开发的水盐体系溶解度数据库专家系统和预测模型为指导,开发了系列具有自主知识产权的钠基、钙基、钙镁基无机相变储能材料,具有相变温度可调、相变潜热大、制备简单、无毒无污染、原料来源广泛等特征。
该成果挖掘了新型室温储能材料,开发了具有源头创新的源料易得、储能密度大、绿色环保的钠钙镁基相变储能材料,形成了具有自主知识产权的系列产品(受理发明专利8项,授权3 项),研制了储热换热器、集热相变储能采暖供热的技术发明(已授权发明专利1项,实用新型专利3项)。项目“一种室温无机相变材料的制备方法”于2016年获天津市专利优秀奖。2018年6月以韩布兴院士为组长的专家组成果鉴定,项目总体研究成果达到国际先进水平”。
针对无机相变储能材料的推广应用,开发了几种具有自主知识产权的相变储能材料应用系统,包括几种新型相变储热换热器、智能控温杯、太阳能集热相变储能采暖供热系统,一定程度上解决了能源的储存和释放及能量需求和供给失配的问题。
在国家科技成果网联合国防科技工业科技成果推广转化研究中心开展的优势科技企业和优质科技成果征集工作中,本项目所涉及的“相变储能材料关键技术”于2016 年通过“国家科技成果库”项目遴选,入选“将军民融合上升为国家战略”的军民成果转化项目。基于项目核心技术成立了“天津市欧威科技发展有限公司”,并通过与天津米柏科技有限公司合作,成功将相变储能材料应用于“轻钢结构装配式标准住宅项目”。目前,本项目发明专利“一种室温无机相变材料的制备方法(ZL201110232156.9)”已完成对天津米柏科技有限公司的技术转让。本项目所开发的无机相变储能材料及其相关技术填补了无机储能材料工业化生产应用的国内空白,可显著提升我国无机相变材料生产和应用水平,促进我国装配式绿色建筑行业技术的创新。同时,相关技术为我国无机水合盐相变储能材料的开发提供了技术支撑,也为我国建筑行业节能技术的发展奠定了基础。
项目的主要完成人员为实验室的骨干成员,在相变材料的研发、材料合成以及项目推广中的技术指导等工作由实验室成员完成。
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