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一、項目分類 顯著效益成果轉化 二、成果簡介 南開大學（天津市生物質類固廢資源化技術工程中心）的“生物質固廢資源化技術研發(fā)及應用”項目屬于生物質固體廢棄物處理處置領域（環(huán)境保護專業(yè)）。該項目成果經天津市科學技術評價中心組織的以院士為主任的鑒定委員會鑒定，結論是“該項目達到國際領先水平”。 1、主要研究內容 （1）開發(fā)了可降解生物質固廢（園林綠化垃圾、秸稈、禽畜糞便等）的微生物菌劑和除臭技術，可將生物質固廢在5-10天內快速轉化為復合微生物有機肥，其各項指標均達到或優(yōu)于國家農業(yè)部標準（NY525-2012、NY884-2012）。 （2）研發(fā)的酵母菌劑能有效利用玉米芯、秸稈等農業(yè)固廢，通過生物發(fā)酵技術提高了飼料中蛋白含量并改善飼料適口性。 （3）開發(fā)了能在6小時內將廚余垃圾減量化80%以上的無臭降解技術，該技術達到國際領先水平。 （4）開發(fā)了新型設施化蚯蚓養(yǎng)殖技術及裝置，有效提高蚯蚓養(yǎng)殖效率，提高蚯蚓品質，降低人力成本。 （5）設計功能化離子液體用于提取秸稈、園林綠化垃圾等生物質固廢中纖維素，以及離子液體催化水解纖維素生產化工基礎原料5-羥甲基糠醛。 （6）研發(fā)了多種基于生物質的防結焦、防結渣添加劑和清潔燃料，開發(fā)了生物質鍋爐系統，有效降低 SO2的排放。 （7）根據微生物降解菌群及酵母菌群的生長、代謝特征，開發(fā)了基于太陽能技術的生物反應裝置，大幅提升了資源利用效率。 2、經濟社會效益 本項目以生物質固廢為原料，開發(fā)了有機肥生產技術、飼料生產技術、高效纖維素提取技術、綠色5-羥甲基糠醛合成技術。本項目的核心技術已被天津、山東、江蘇、深圳等省市14家企業(yè)應用，近三年累計銷售收入1.03億元。 本項目的實施，對區(qū)域的循環(huán)經濟產業(yè)示范和節(jié)能減排起到了積極的推動作用。

糠醛來源于自然界的C5糖，是已大規(guī)模工業(yè)化生產的生物質基化工產品，其原料來源是農業(yè)和林業(yè)的廢料，包括玉米芯、稻殼、木材廢料等。由于這些可再生資源數量非常龐大，且其綜合利用不與人類競爭糧食，通過它們生產糠醛，進而發(fā)展生物質糠醛基化工產品具有非常大的潛力。 一、項目分類 關鍵核心技術突破 二、成果簡介 隨著碳中和概念的提出，生物基材料，乃至生物基可降解材料，憑借其良好的環(huán)保特性而受到人們的廣泛關注。糠醛來源于自然界的C5糖，是已大規(guī)模工業(yè)化生產的生物質基化工產品，其原料來源是農業(yè)和林業(yè)的廢料，包括玉米芯、稻殼、木材廢料等。由于這些可再生資源數量非常龐大，且其綜合利用不與人類競爭糧食，通過它們生產糠醛，進而發(fā)展生物質糠醛基化工產品具有非常大的潛力。關鍵挑戰(zhàn)在于糠醛是單官能團化的化合物，在聚合物工業(yè)中難以發(fā)揮重要作用，因此盡管其生產原料廣泛、工業(yè)生產技術成熟，但市場容量非常有限，嚴重限制了以糠醛為基礎原料的聚合物工業(yè)應用。

項目的背景及主要用途： 真菌疏水蛋白是由絲狀真菌在生長的特定時期分泌的一類具有特殊理化性質的分泌型的小分子量、疏水性蛋白質，它們可以通過自我裝配在兩相界面形成兩親性蛋白膜，改變介質表面的親水性和疏水性，是已知表面活性最高的蛋白之一，有著很高的理論價值和應用價值。 真菌疏水蛋白是純天然生物提取制品，無毒害，無污染；耐酸堿，抗相變能力強。自我裝配形成有活性的蛋白膜，具有良好的熱穩(wěn)定性和透氣不透水性。由于它的特性，使得它具有眾多優(yōu)點：（1）自

該研究集中于探索發(fā)酵肉制品中生物胺的檢測、主要來源以及控制措施。研究建立了用液相色譜檢測常見生物胺的方法。研究還發(fā)現，在肉制品發(fā)酵成熟階段存在于其中的生物胺產生菌是生物胺的“主要貢獻者”，通過添加發(fā)酵劑可以有效控制發(fā)酵肉質品種生物胺的產生。研究結果為肉制品生產者控制生物胺的產生提供了有效的方法。

人類在發(fā)展過程中目前面臨能源危機和環(huán)境污染雙重壓力。在能源消費方面，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。 據估計，全世界每年由光合作用而固定的碳達2×1011 噸，含能量達3×1018 千焦，可開發(fā)的能源約相當于全世界每年耗能量的10 倍；生成的可利用干生物質約為1700 億噸，而目前將其作為能源來利用的僅為13 億噸，約占其總產量的0.76％，生物質資源開發(fā)利用潛力巨大。據測算，我國擁有的生物質能資源為50 億噸左右，是我國目前總能耗的4 倍左右[5]。生物質資源雖然豐富，但由于保存和轉化的技術落后導致生物質資源浪費嚴重，如秸稈等農業(yè)廢棄物在田間焚燒，林業(yè)產品加工產生的木屑、鋸末等被直接丟棄，食品加工的殼、皮等被當作垃圾填埋，這不僅污染了環(huán)境，還造成了生物質資源的巨大浪費 利用生物質制備炭材料，在能源領域利用可以直接作為燃料使用，可以避免生物質原料本身能量密度低、體積龐大難于運輸等弊端，同時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。另一方面生物質炭本身的多孔性致使它具有巨大的比表面積、發(fā)達的孔隙結構以及較好的化學穩(wěn)定性和機械強度，在環(huán)保領域對重金屬良好的吸附性能，因此對重金屬廢水處理及土壤恢復與改良具有巨大的應用潛力[8-14]。 由于傳統工藝制造活性炭成本高，因此限制了其應用范圍。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炭的主要方法，熱分解制備生物質炭是在隔絕空氣條件下生物質的高溫裂解成炭，一般需要炭化與活化兩個過程且二者可分步或同步進行。首先炭化過程是在300 –1000 0C下使生物質中分子鏈中C-O、C-C鍵斷裂成炭，隨著溫度的升高, 生物質炭的產量降低, 含碳量逐漸增加。活化的目的是利用氣體或化學物質改變炭化料的內部結構, 擴大孔體積, 增加活性炭的吸附性能。物理活化采用如水蒸氣、空氣、CO2進行活化；化學活化則采用化學物質如NaOH，ZnCl2，KOH, K2CO3等在600~11000C下活化，得到活性生物質炭產品。熱分解法的缺點在于反應時間長，反應耗能大，傳熱效率低和反應原料加熱不均勻等。微波炭化法則是通過被加熱體內部偶極分子的高頻往復運動，使分子間相互碰撞產生大量摩擦熱量，繼而使物料內外部同時快速均勻升溫從而達到裂解及炭化的目的。微波加熱具有操作簡單、升溫速率快、反應效率高、可選擇性均勻加熱等優(yōu)點。生物質通過微波炭化處理其活性炭得率較高(一般達到40%左右)且表面積大。但微波炭化的不足在于物料的反應溫度不能精確控制，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（下將水熱反應釜內的生物質( 碳水化合物、有機分子和廢棄生物質等) 、催化劑和水進行加熱，實現對生物質炭化的過程。水熱炭化一般制得的生物質表面積小一般500m2/g以下，同時反應時間長，因此生產成本較高。 總之制備生物質炭材料具有豐富的原料來源，同時在能源及環(huán)境方面具有廣闊的應用前景，尤其在重金屬污染治理及土壤恢復及改良前景更為廣闊。但目前生物質轉化為炭流程長，分解溫度高，造成生產成本高而致使生物質的利用率低。如何更高效、成本更低廉實現生物質的炭轉化，無論對于人類能源結構優(yōu)化及環(huán)境保護均有十分重要的現實意義。 本項目提出了一種酸催化裂解炭化生物質原料的方法，采用酸催化直接將生物質分解及炭化，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)有機物，酸進行循環(huán)利用，實現生物質炭材料綠色制備。由此可以制備出生物質炭材料比表面在1000m2/g以上，得率達到50%以上，從而降低生物質炭的制造成本，拓寬其應用范圍。二．技術路線酸催化生產技術路線見下圖，生物質粉碎后，采用一定酸浸濕潤，干燥后進行炭化及活化，控制在4000C下炭化完全冷卻，炭化活化過程進行酸回收并返回使用，炭化完全后冷卻，加粘結劑壓塊便得到生物質炭。  圖1 酸催化制備生物質炭工藝流程三．技術開發(fā)內容及指標技術開發(fā)內容生物質原料的篩選及酸種類的篩選溫度、時間工藝參數的優(yōu)化；粘結劑的選擇與添加工藝確定日處理1噸中試放大設備選擇與設計；技術指標生物質炭得率大于50%；生物質炭的碳含量高于80%；生物質炭燃燒后的灰分小于5%；生物質炭材料比表面在1000m2/g以上。四．經濟效益初步分析生物質炭售價按3000元/噸計算，原材料及處理成本約1500元/噸；按年生產1萬噸計算，年效益為=（3000-1500）x10000=1500萬元。 本項目作為生物質炭新工藝相對于傳統工藝，大幅度提高了生物質炭的轉化效率及降低了生產成本，因此經濟效益非常顯著，如果作為活性炭使用效益更加顯著。同時具有很好的推廣前景。

發(fā)現在過去十萬年海平面的快速變化過程中，紅樹植物雖然存活卻極大地丟失了遺傳多樣性，現存紅樹植物的遺傳多樣性水平與氣候改變時的死亡率存在顯著負相關，未來海平面變化對紅樹林生態(tài)系統具有很大威脅。?研究指出，現存的遺傳多樣性極低的紅樹植物演化潛能較小，廣泛的海岸建設限制了紅樹植物向內陸撤退的物理空間，紅樹林面臨非常嚴重的脅迫。為了更好地保護紅樹林，該文提出建設保護區(qū)時僅圈住紅樹林現生分布區(qū)不夠，還應該留出充分的緩沖區(qū)以幫助紅樹林應對未來海平面上升。

基于導模共振效應的生物檢測系統是基于導模共振濾波器共振原理來進行生物樣品的檢測，具有高靈敏度，高分辨率等優(yōu)點。主要是依靠檢測導模濾濾波器的共振峰值的移動來實現的，當生物分子附著導模共振濾濾波器，就會引起透過或者反射峰值的變化。通過檢測峰值的移動量可以分析出生物分子中抗原和抗體的結合度。

對于難降解的有機高濃度廢水，采用常規(guī)污水處理工藝難以達到排放標準，本發(fā)明，涉及光催化和生物處理協同作用，與其它處理設備或構筑物相比較，工藝流程短，處理效果明顯提高30％～ 60％，運行費用降低21％～ 38％。對于一般性質的難以降解的污水，去除率可以達到90％以上；處理設備可與多種處理工藝的組合，運行方式靈活，節(jié)省工程的投資，減少占地面積。處理水量及對象：依據設備規(guī)模而定；難降解高濃度廢水，如印染廢水，化工廢水出水水質：可以達到國家排放標準的一級標準或更高標準要求產生的污泥量：少

主要用于保存生物大分子及部分小分子及組織生物活性，為生物樣本提供超低溫（-80℃）、深低溫（-196℃）環(huán)境下的自動化無人存儲及管理服務，包括生物樣本穩(wěn)定存儲、信息記錄與追溯、自動挑取整盒或單支管等。

油脂是天然可再生的資源，用其作原料所開發(fā)與生產的化工產品具有低毒性、易生物降解、人體親和性和環(huán)境適應性好等特點。生物柴油（脂肪酸甲酯）研究始于20世紀50年代末60年代初，20世紀80年代飛速發(fā)展。早期研究目的替代化石柴油作燃料，目前已形成廣泛的應用。脂肪酸甲酯既是生物柴油的基礎組分，又在化工領域有廣泛的用途。 本技術采用動植物油脂、廢棄餐飲油、酸化油脂或棕櫚油等為原料，通過與甲醇酯交換工藝生產脂肪酸甲酯產品，可進一步通過環(huán)氧化生產環(huán)氧化脂肪酸甲酯。產品閃點180℃以上，酸值0.6～0.8，轉化率95%以上。