【项目推荐】中科院系统环保类项目

一、抗水解水溶性阳离子聚合物的产业化技术

• 项目背景 

随着国家对节能环保日益重视，对废污水、污泥处理的要求也在不断提高，给污水处理企业提出了更大的处理量与更高的技术要求。开发高质量、低成本、品种系列化的污水、污泥处理用阳离子聚合物的生产技术和产品系列十分必要。 

• 项目简介 

本项目采用自制高纯度的阳离子单体（甲基）丙烯酰胺丙基三甲基氯化铵与丙烯酰胺共聚得到系列高相对分子质量的新型阳离子高分子絮凝剂，并进行其在废污水、污淤泥处理、纺织印染、造纸等领域中应用工艺开发，以克服目前占据主要国内外市场的（甲基）丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC,DAC）系列聚合物絮凝剂在使用浓度下（0.1%）易水解而减低应用性能的缺点。目前得到的阳离子高分子絮凝剂产品阳离子度为5%~50%，相对分子质量以特征黏度计在20.0~6.0dL/g，用于污水、污泥处理效果明显优于市售阳离子聚合物产品。

• 市场前景 

  新型阳离子聚合物主要在以下领域获得应用：

废污水处理——生活污水，工业废水处理用混凝凝剂 ；

污、淤泥脱水——抗水解污、淤泥快速絮凝脱水剂 ；

除此之外，还可衍生出以下应用系列产品群；

纺织印染领域——无醛纺织印染固色剂 ；

造纸领域——造纸助留剂 ；

日用化学品领域——增稠剂 。

二、光-热协同催化消除气相污染物

• 项目背景 

室内装修材料释放的甲醛、苯系物等挥发性有机物（VOCs），汽车排放的碳氢化合物、氮氧化物等会引起严重的空气污染。光催化技术可用于净化气相污染物，且具有无二次污染、可持续利用等特点受到广泛关注。然而，经过多年研究，光催化技术离实际应用仍有较大差距。大部分光催化剂仅能吸收紫外及少部分可见光，且量子效率较低，太阳光能量中约48 %的红外光不能用于激发光催化材料，仅转换为热量、提升环境温度。 

• 项目简介 

为提高光催化对太阳能的利用率，本项目提出以光致热催化的方式利用红外波段能量，并与紫外-可见光激发下的光催化耦合，得到远超单一催化过程的协同催化效率。已经制备出的介孔结构的Co3O4超薄纳米片，对丙烷、丙烯碳氢化合物的降解率(72%、90%)远超作为对比的Co3O4粉体（0、17.7%）以及TiO2粉体（0、50%），基于Co3O4的光催化特性及Mars-van Krevelen氧化还原循环共同作用，Co3O4在发挥光催化作用的同时可通过光热效应达到其热催化起燃温度（高达180 oC），展现出光-热协同催化降解。 

• 市场前景 

目前光热协同催化已经应用到环境净化、可再生能源生产、有机合成等多个领域，并且已经证实了利用光热协同效应可以明显改善单一光催化、单一热催化的不足。光催化和热催化的完美耦合，既能实现天然能源太阳光的高效利用，又能降低反应的能耗。从能源、环保、经济效益多角度考虑，这无疑是一种必要而全新的手段。

三、聚乙烯废塑料温和可控降解

• 项目背景

塑料作为三大材料之一，在我们日常生活中具有极其重要的作用。但是塑料使用后回收利用率很低，被弃置后难以降解，构成“白色垃圾”，成为目前世界各大城市面临的严峻问题。而聚乙烯是年产量最大的塑料产品（年产超过上亿顿），同时又是最惰性和稳定的高分子之一，相比较其它类型聚烯烃（如聚丙烯、聚苯乙烯），更加难以降解。目前绝大部分的废塑料，主要通过填埋和燃烧的方法处理：前者占用土地资源，且易造成地下水污染；后者增加大气碳排放，并会造成大气污染。

• 项目简介

利用交叉烷烃复分解催化策略，使用价廉量大的低碳烷烃作为反应试剂和溶剂（此类低碳烷烃在石油炼制中大量生成，不能作为燃油或天然气，使用价值非常有限），与聚乙烯发生重组反应，有效降低聚乙烯的分子量和长度。在反应体系中低碳烷烃过量存在，所以可多次参与与聚乙烯的重组反应，直至把分子量上万、甚至上百万的聚乙烯降解为清洁柴油。这种技术可以降解所有类型的聚乙烯：包括高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯 (LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)等，并且催化剂可以兼容商业级别聚乙烯中各种添加剂，被证明可以适用于实际生活中各种聚乙烯废塑料，包括废塑料瓶、废塑料膜以及废塑料袋的降解。相比较传统高温裂解（pyrolysis）方法，黄正、管治斌等发展的方法具有反应条件温和、产物选择性高的优点。高温裂解方法往往需要超过400度反应温度，产生包括气、油、蜡、焦等非常复杂的产物；产物分子结构包括直链烷烃、支链烷烃、烯烃、芳烃等，产物利用价值低。而黄正、管治斌等发展的降解体系温度较低（150-200度），无论起始聚乙烯废塑料结构如何，均以产生直链烷烃为主，且可以通过催化剂结构调控或反应时间控制，选择性生成可作为柴油的C9－C22烷烃或者分子量分布窄的聚乙烯蜡（这些聚乙烯腊可作为添加剂在聚烯烃加工领域得到应用）。

• 市场前景

该催化体系为解决“白色垃圾”环境污染提供了一种可能的途径；另一方面“变废为宝”，促进碳资源循环利用。目前该团队正在发展更高效、成本更低的聚乙烯降解催化剂，为聚烯烃降解中试反应做积极准备。

四、绿色高效2,4-二氯苯酚催化合成技术

• 项目背景 

2,4-二氯苯酚是重要的有机合成中间体，主要用于生产农药、除草剂、染料、医药、防霉剂、精细化学品和各种助剂。目前，国内企业主要使用苯酚和氯气直接反应制备2,4-二氯苯酚。这种工艺不但对设备腐蚀非常严重，而且原料利用低，约有50%的氯气转化为氯化氢并以废气形式排出，浪费资源，环境污染非常严重。

• 项目简介 

针对上述技术难题，中科院生物基及仿生高分子材料团队成功开发了一种经济环保的2,4-二氯苯酚催化合成技术。目前，已完成公斤级阶段的合成实验。该技术使用苯酚和盐酸（或废盐酸）作为原料，在常压、温和条件下可以实现苯酚的完全转化，2,4-二氯苯酚的选择性超过85%，并且无废气、废渣产生。反应结束后2,4-二氯苯酚从反应体系自动析出，产物分离非常简单。 

该技术无需特殊设备，反应条件温和，原料成本低，既大大降低了能耗，又解决了现有工艺原料利用率低、污染严重的缺点，是一条绿色环保的高效催化合成技术。

• 市场前景 

本技术属于完全自主的创新技术，可以彻底解决2,4-二氯苯酚生产企业面临的污染问题。 

五、硅藻土高值化应用

• 项目背景 

硅藻土是一种轻质、多孔、易于功能化的无机材料，在涂料、过滤等工业领域应用广泛。国内硅藻土储量及产量分布的省份较多。但目前硅藻土资源利用主要依赖于助滤剂及晶体硅片的生产加工，产品单一、污染严重，科技及经济附加值低。如何提高硅藻土产品科技与经济附加值是目前整个行业急需解决的核心技术问题。

• 项目简介 

为解决地方工业技术难题，依托自身技术积累和优势，着眼于硅藻土高值化应用研究领域，通过数年刻苦技术攻关，成功研制系列高效耐盐性硅藻土复合絮凝材料。复合絮凝材料利用有机及无机材料的协同作用，不仅具有絮凝效果优异、溶解快等优点，而且对高盐、高矿化度等复杂污水体系（如造纸工业废水、油田作业废水等）表现出良好的适应性，产品的耐盐絮凝性能远超目前国内市场同类产品。由于无机硅藻土的加入，复合絮凝材料成本较同类产品可大幅降低30%左右。 

同时科研人员积极开展硅藻土在多领域的高值化应用研究，也取得可喜进展。目前以硅藻土为主要原料制备复合型农用缓释材料，可以实现尿素、复合肥等肥料的有效控释，其性能达到或超过国内市场现有产品水平。

另外，课题组人员充分利用Pickering乳液形成机理，通过引入硅藻土（改性硅藻土）同传统表面活性剂构成复合稳定体系，成功实现了高分子量水溶性高分子的O/W型乳液聚合。 

• 市场前景 

复合型农用缓释材料体系内硅藻土含量高达80%-90%，是硅藻土高值化的重要应用方向。相关产品已经完成规模化中试生产，进入农田实验阶段。 

复合稳定体系内硅藻土（改性硅藻土）组分含量高达30-40%，可实现传统表面活性剂的大幅替代，显著降低产品生产成本。同时，所制备水溶性高分子产品分子量较传统方法制备的产品可提升10-20%，具有明显技术和经济优势。