01

碳纳米导电纤维的规模化制备技术

• 技术成熟度：

成熟应用阶段

• 技术简介及特点：

导电纤维作为智能纤维在航天航空、汽车、电子、机械、化工、通信、建筑、医疗、轻纺、军工和民用等领域取得广泛应用。目前国内外导电纤维主要以碳纤维为主，但碳纤维的制备技术难度大，国内的碳纤维应用还主要以进口为主。本项目将高导电和环保性能于一体的纳米材料与纺丝技术相结合，以离子液体为分散剂制备柔软性导电纤维，解决碳纤维制备工艺复杂、导电性不高的问题。技术优势：1）制备过程无需高温，节能，且制备过程易于操作；2）以离子液体为分散剂，可使碳纳米材料更好的分散在导电溶液中，进一步提高导电性能，且可解决传统有机分散剂对环境的污染，过程清洁；3）导电性能优良，且可根据需求调整工艺，制备不同导电范围的纤维。 

• 专利及进展情况：

已申请中国发明专利1项。结合不同种类的纤维，可制备出不同导电范围、柔软耐折的导电纤维，且碳纳米导电液的制备技术成熟。结合实验室制备工艺条件，委托企业对该方法制备导电纤维的生产条件进行了验证和摸索，可成功制备出性能优良的导电纤维。

• 产业化前景分析：

从2000年到2012年，导电类纤维的产量由61万吨，增长到近420万吨，显然，随着国内外导电类纤维的市场需求不断增加，其未来的需求量必将出现急剧攀升。据统计，至2015年，中国对导电纤维的需求量将达到1.6万吨/年，千吨级工业化示范装置运行的原料成本、设备成本、人工成本等综合成本共计1亿/年，年收益3亿/年，年利润约2亿元。

• 转化方式：

许可使用

▲1K，300D涤纶丝导电碳纤维

02有机硅单体合成高效铜基复合催化剂制备技术

• 技术成熟度：

示范工程、成熟应用阶段

• 技术简介及特点：

有机硅材料的基本原料是有机硅单体，有机硅单体生产过程中的二甲基二氯硅烷（M2）是有机硅材料的主要原料，占有机硅单体总量的85-90%，而铜基催化剂对M2的选择性是有机硅行业的关键技术指标。基于此，本项目开发了有机硅单体合成工业使用的多种高效铜基复合催化剂产品，目前已完成实验室研发，建立了10吨/年的催化剂放大生产线，进行了初步的工业测试，M2选择性高于进口催化剂3-10%，产品性能优于进口，并且本项目使用先进的生产工艺和廉价原料，注重优化工艺设备，降低能耗，产品成本上能够比一般企业节约10-20%以上，加上性能优异，总体成本优势至少在30%以上，充分保证了产品利润。

• 专利及进展情况：

本项目已申请发明专利20余件，授权8件，发表SCI文章12篇，相关工作和项目荣获2011中国产学研合作创新成果奖，形成了具有自主知识产权的规模化制备工艺技术，实现了实验室放大制备并完成了工业生产示范。

• 产业化前景分析：

从国内有机硅市场来看，2013年我国有机硅单体产能达到227万吨（实际产量170万吨），预计到2016年有机硅单体产能将达到440万吨。2013年国内铜催化剂实际用量为5000多吨，约4-5亿元，预计到2016年将达到1万多吨（约10多亿元），到2020年将达到2万多吨（约20亿元）。本项目产品的全面推广预计在3-5年后产品垄断市场。

• 转化方式：

技术转让、许可使用、合作开发、风险投资

03

页岩气超轻支撑剂

• 技术成熟度：

成熟应用阶段

• 技术简介及特点：

页岩气资源已经成为我国近期能源开发的热点和新的增长点，而支撑剂的性能对压裂液的用量、压裂液的性能、有效裂缝的展布与压后页岩气的产能均具有直接的影响，在页岩气开发中具有重要的作用。

现有支撑剂的真实密度普遍高于2.40g/cm3，需要携砂性能良好的线性胶和滑溜水的有效携带才能进入远井筒地层的裂缝，尚难以满足页岩气清水压裂和无水压裂的技术要求。超轻支撑剂可以有效保证压裂施工过程中远井筒地带支撑剂的数量，减少网状裂缝砂堵的风险，提高压裂时效和压裂效果；还可以有效降低压裂液过高的粘度要求，满足清水压裂或无水压裂的施工要求，这不仅会大幅降低压裂液的成本，而且更利于压后压裂液的返排效果和产能的提高；还可以降低压裂施工中过高的泵排量和压裂机械的要求，这会有效降低压裂的作业成本；同时，由于超轻支撑剂具有更低的密度，因此在同等施工压力、同等压裂液粘度的条件下其产生的有效支撑长度更长、裂缝波及范围更广，这利于油气产能的充分动用，大幅提高整体的压裂效果。因此，超低密度支撑剂的研究与应用是页岩气开发领域研究的一大热点，也是今后页岩气清水压裂和无水压裂技术开发的关键。

本课题组采用热等离子超高温动态瞬时烧结工艺和回转窑二次烧结工艺相结合的新型制备方法制备超轻支撑剂（如图1），其真实密度为1.6-2.0 g/cm3，堆积密度为1.0-1.5 g/cm3，圆度和球度均大于0.9，承压强度大等于40MPa。

• 转化方式：

技术转让、合作开发

04

新型绿色PVC多功能热稳定剂

• 技术成熟度：

示范工程

• 技术简介及特点：

聚氯乙稀（PVC）是五大通用塑料之一，广泛应用于建筑、化工、包装等行业，在国民经济发展中具有举足轻重的地位。但是，PVC分子链上存在不稳定的氯原子，在加工过程中会发生明显降解，严重影响制品的性能，因此在加工时必须添加热稳定剂。目前我国PVC热稳定剂的主要品种有铅盐类、有机锡类、金属皂类等，但是这些稳定剂中含有毒重金属元素，在生产和废弃物处理过程中会对人类健康和生态环境造成损害。因此，无毒无害、高效、经济的多功能热稳定剂市场需求前景广阔。本技术采用均相共沉淀法，通过层间吸附和酸碱中和相结合，制备了高性能的类水滑石热稳定剂，热稳定性能优于日本进口产品，且产率高、成本低。

• 专利及进展情况：

申请国家发明专利一项，已获授权。采用均相共沉淀法，通过控制金属离子含量、pH值、反应时间和总金属离子浓度等实验参数，成功合成了高结晶度的类水滑石热稳定剂。镁锌铝三元类水滑石粒径为100-200nm，尺寸分布均一，产率高达96%，热稳定时间是同类型日本产品的1.4-1.6倍，产品无毒无害、安全性高。

• 产业化前景分析：

我国是世界最大的PVC生产和消费国，2014年国内PVC总产能超2500万吨， 1万吨PVC产品所带动的一次性经济产值在10亿元人民币以上。PVC热稳定剂作为PVC制品生产必需的添加剂，是一种高附加值的产品。国内规模化生产的热稳定剂有40-50种，而低档的铅盐类热稳定剂占绝对主导地位，行业中60%的企业以生产铅盐热稳定剂为主，PVC制品的80%以上还是用铅盐作稳定剂，每年用量高达7万吨左右。推进热稳定剂环保化进程，加快PVC制品行业禁铅的步伐，是中国塑料行业发展的大势所趋。热稳定剂必将朝着低毒、无污染、复合和高效的方向发展，类水滑石热稳定剂作为其中极具竞争力的产品，市场需求巨大，将获得高额的经济效益和环境效益。

• 转化方式：

合作开发

▲类水滑石热稳定剂SEM照片

05

超级电容器电极材料的研发及产业化项目

• 技术成熟度：

小试阶段

• 技术简介及特点：

目前超级电容器主要应用于混合动力汽车、风力发电、电力设备、军工大功率装备和轨道交通等领域。电极材料是影响超级电容器电性能的核心因素之一，项目组针对实际应用中超级电容器在满足高功率密度、高循环寿命的同时所面临的能量密度偏低、制备工艺复杂、难以实现宏量制备的问题，目前已成功研发出超级电容器用电化学性能优良低维无机纳米粒子／导电聚合物复合碳基电极材料、中空结构的RuO2和RuO2-过渡金属氧化物复合纳米材料，并推进其产业化。其中，无机纳米粒子／导电聚合物复合电极材料在电流密度为0.2A/g时，比电容可达346F/g，循环9850次后比电容约106F/g。RuO2-过渡金属氧化物复合纳米材料在以 H2SO4为电解质的超级电容器中， 电流密度为50 mA/g 时的比容量分别为 537.7 F/g 和 558.2 F/g，当电流密度为 200 mA/g 时，比容量分别能达到 350.1 f/g 和 478.5 F/g，并且能保持非常好的循环稳定性。

• 专利及进展情况：

项目产品的关键技术成果具有独立知识产权，已申请国家发明专利12项，其中，授权8项，项目产品在产业化应用推广方面已完成小试，其核心技术具有先进性和创新性。

• 产业化前景分析：

项目总投资2000万元，其中，设备投入需要1000万元。项目产品的产能初步设计为20吨/年，达产后产值约为1000万元，可带动行业新增收益2亿元，项目筹建期短，投产1～2年即可收回全部投资，经济效益可观。本项目的实施对解决我国节能与新能源汽车零部件关键技术及产业规模化发展的瓶颈问题，缓解能源安全危机、降低废气排放和改善环境和气候有着十分重要和深远的意义，并能为满足我国新能源产业的需求做出积极贡献。

• 转化方式：

技术转让、许可使用、合作开发

▲聚吡咯/石墨烯/SCNTs复合电极材料的SEM图 

▲RuO2-过渡金属氧化物复合纳米材料的透射电镜图像及其超电容性能评估曲线

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