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1 成果簡介我國水污染事故頻發， 以有機污染為主?，F有技術不能迅速確定污染類型，因此事故發生后無法迅速采取恰當的應對， 是產生重大經濟和環境損失以及負面國際影響的主要原因。為維護水環境安全，保障人民生活和生產， 需要一種能迅速確定污染類型的、環境友好的水體有機污染預警技術。 水質指紋與水樣唯一對應， 簡稱水紋。課題組從 2003 年開始從事水紋研究，在清華大學基礎研究基金、教育部科技重點項目、教育部清華大學自主研究項目、國家十一五重大水專項等項目資助下， 掌握了上百種水紋，創新性開發出基于水紋比對的新型污染識別原理，并研發出有機污染溯源儀，填補了迅速確定污染類型的儀器的空白。該儀器由水紋采集儀、水紋比對軟件和豐富的水紋數據庫組成，可以識別數十種有機污染類型。儀器的特點如下：自動取樣，自動測量，自動比對；數據庫設計人性化，可以自動添加新指紋；數據自動保存；水紋采集儀性能穩定，使用、維護簡便，當儀器光源老化時，自動提示更換等。上述優點表明該儀器既適合在線實時監測，也可以作為監測車和實驗室的專用儀器。查新表明，國內外目前尚未發現有相似原理的儀器。 性能參數：靈敏度高，信噪比達到 250；完成一次溯源任務不足 15 分鐘，測量時間短，重現性好；工作溫度/濕度 15-350℃， 45-80%（不可有冷凝現象，350℃以上時濕度為 70%以下)；不加任何試劑，取樣量少，不產生二次污染；連續 24 小時使用耗電僅數度，成本低。 圖1 有機污染預警溯源儀2 應用說明2011 年 7 月至 2012 年 3 月，水質有機污染溯源預警儀在京杭運河江蘇蘇州段進行了為期 3 個月的實地連續測試運行， 儀器檢測出數次水質異常，并及時進行了報警， 現場測試表明，該儀器能夠靈敏、及時地監測到污染的發生和變化， 預警迅速，并能給污染類型的信息，對于快速確定有針對性的采取污染應對措施大有益處。 目前正在太湖水源地進行示范運行。 儀器經過了權威第三方的檢測。3 效益分析由于目前國內外尚無同類產品，而污染預警和溯源的需求比較迫切，因此本儀器具有較大的推廣空間。本儀器價格每臺約 60 萬元。而本儀器運行穩定、靈敏?？傮w上，儀器成本低，維護省，快速，無二次污染， 24 小時連續使用，運行費每月在 3000 元左右，具有明顯的經濟和技術優勢。

化學化工與材料、生命科學類等研究與實踐應用中，在對樣品進行凍干處理時必須用到冰凍干燥儀，傳統冰凍干燥儀由真空泵（油泵）、制冷壓縮機（-55℃——-60℃）、保護瓶及樣品室等主要部件組成。該設備的凍干原理是：通過油泵創造一個真空環境，加速冰凍生物樣品（≤-20℃）中的水分子的升華；通過制冷壓縮機將升華的水分子再次冷凝于-55℃——-60℃的冷阱中，以免與油泵中起密封作用的機油混合。近年來，該設備的改進主要僅是將樣品冷凍單元并入，實現冷凍、干燥、參數控制一體化的原位制冷但成本高，不便小規模市場應用。 傳統冰凍干燥儀的不足之處主要體現在以下5個方面：①能耗高，油泵運轉、制冷機運轉都高耗能；②使用繁瑣，不便捷。機油需要定期更換；③污染嚴重，這種污染主要是油泵啟動初期，大量油煙從排氣口噴出，造成嚴重的污染；④不便移動，為了將油煙排到戶外，通常要連接并固定一根長管到戶外，導致移動不便；⑤噪音大、耗能高，自連續運轉的油泵和短時停運的制冷機需耗能并產生大量噪音。 與傳統冰凍干燥儀器相比，本實用新型具有低能耗、低噪音、無污染、便于移動、使用與維護簡單、工作量低等優點，在處理不易受溫度制約樣品的小型干燥儀方面有一定的創新性、優越性與市場推廣應用價值，有持續性的市場應用前景。目前在本單位內部實驗室的實際應用中取得了良好效果。 圖1.本項目自制的一體式凍干機

一、項目分類 關鍵核心技術突破 二、成果簡介 近年來隨著我國生態文明建設發展和長江黃河大保護等政策的頒布實施，高污染行業逐步關停，產生大量工業污染場地。化工行業退役場地由于其生產工藝復雜、污染程度較高，亟待合理修復，降低風險，以滿足土地再利用的要求。然而，這些場地通常具有芳烴、石油烴、鹵代物、重金屬等復合污染特征，難以通過單一技術一步完成修復。因此，針對工業遺留場地有機-重金屬復合重度污染土壤需要快速修復的需求。

成果描述：吸附法是處理大量低濃度(<100mg/L)有毒重金屬廢水的最有效方法，是廢水末端處理的關鍵技術之一。而吸附材料是吸附過程的重要物質基礎，我國目前工業上普遍使用的活性炭吸附劑，其吸附容量低、適用范圍不寬，而且再生困難、價格較高，使吸附法的廣泛應用受到限制。從而導致我國廢水處理工藝中，末端處理成本高，而且往往難以達標排放，這是困擾我國廢水處理的關鍵技術難題。 單寧是具有與金屬離子較強結合能力的天然多酚類化合物。本技術以制革廠的邊角料獲取膠原纖維，開發出了膠原纖維固化單寧吸附材料，主要用于水體中有毒重金屬的吸附脫除。 該技術已獲得國家發明專利(膠原纖維固化單寧吸附材料及其制備方法和對金屬離子的吸附分離，發明專利，專利號：ZL021341745)。市場前景分析：廢水中有毒重金屬離子的去除，有用金屬的回收。金屬離子廢水約占整個廢水量的20%左右，市場需求很大。與同類成果相比的優勢分析：與傳統吸附劑相比，具有吸附容量大、吸附速度快的優點。噸水處理成本降低50-70%。國際先進。

變壓吸附制氧制氮技術是近來發展起來的高心技術。它利用取之不盡的空氣作原料，在有電能的條件下，可以源源不斷地制取氧氣和氮氣。具有投資少、成本低、規模靈活、自動化程度高等顯著優勢，可以廣泛用于冶金、化工、醫療、環保等廣大領域，市場前景極好。 變壓吸附制氧技術作為具有實用價值的技術概念，是70年代提出的。當時開發這一技術是滿足對氧氣純度要求不高，用深冷裝置氣量偏小，而用低溫槽車運輸氣量又不方便的這一類用戶的要求。國外真正進入工業應用是80年代初期。我國在70年代末也開始研究，80年代末期進入工業應用。經過近30年的研究開發，進入90年代后，變壓吸附裝置在降低能耗，降低投資、工藝流程簡化、提高可靠性方面，都有了很大的進步，使之成為成熟的高新技術。 北京科技大學熱能工程系長期開展變壓吸附氣體分離技術研究，具有相當的研究條件和科研隊伍。開發的微型變壓吸附醫用制氧機已由國家計委中國高新投資集團投資組織批量生產，形成了一定的市場分額。為國家西部開發重大工程——青鐵路藏的世界第一隧道——海拔高達5000米風火山隧道，研制了世界上第一套5000米海拔地區制氧供氧系統。該系統為風火山隧道工程的順利進行提供了有利保障。

能驅動吸附制冷技術是利用工業余熱、廢熱、地熱和太陽能輻射熱作為驅動熱源，通過固體吸附劑對吸附質（制冷劑）的周期性吸附、解吸過程實現制冷循環。吸附制冷技術是以吸附器（發生器）代替常規壓縮制冷過程中的壓縮機，幾乎不消耗高品位電能，相對于壓縮制冷而言，可以省電能70%以上。不使用會破壞大氣臭氧層的制冷劑（氟里昂等氯氟烴類物質CFCs），臭氧層破壞指數（ODP）和溫室效應指數（GWP）均為0。吸附制冷技術具有環保和節能兩大優勢。吸附制冷系統無運動部件，抗震、抗顛簸，可應用汽車空調、漁船制冷和宇航制冷等特殊場合。

在十月召開的十七屆五中全會上，黨中央多次強調了：“建設資源節約型、環境友好型社會；發展循環經濟，加大環境保護力度，加強生態保護體系建設，增強可持續發展能力?！边@說明，當前我國環境治理工作的重要。發展循環經濟，除了資源節約，更重要的是環境友好，因為這涉及到子孫后代的健康和國民身體素質的優劣。隨著我國經濟的快速發展，環境的污染越加嚴重，特別是有毒重金屬的污染不僅蔓延到江河湖泊地下水，也已滲入到植物、動物，因此通過食物、藥物已影響到國民的健康及生命。有毒重金屬污染的治理較為理想的方法是：即可去除污染的重金屬，使污染的水達標排放；又可將重金屬資源循環再利用；其三，用以處理重金屬的材料也可循環多次使用，從而達到“三循環”，實現最大資源化。本成果可根據具體污染源，設計專一性的重金屬離子吸附材料，該材料可高效專一性吸附所涉重金屬離子，使污染水質達標排放后，所吸附的重金屬離子可選擇性解吸附使重金屬離子資源回收再用，而所用吸附材料也可再生重復使用。應用領域: 廢水中重金屬離子的吸附與回收利用

甲烷-氮氣分離體系的高選擇性吸附劑是現在面臨的一項巨大挑戰，常規吸附劑如活性炭、沸石分子篩、碳分子篩等對甲烷和氮氣的分離效果都不理想，分離因子都小于3，并且由于甲烷氣體為強吸附組分，不能通過變壓吸附分離直接得到甲烷產品氣。本項目合成的吸附劑以氮氣為強吸附組分，分離可以直接得到甲烷產品氣，并且氮氣/甲烷分離因子達到4.5，是非常好的分離氮甲烷分離吸附劑。本吸附劑現正通過小型變壓吸附對吸附劑性能進行氮甲烷分離性能測試。

本項目在前期研發的基礎上，針對廢氣間歇排放、濃度波動幅度大等化工廢氣最普遍、迫切的問題，通過設計最經濟有效的緩沖裝置來優化來調控復雜VOCs組分的濃度吸附緩沖過程，為RTO、低溫等離子、光催化氧化等常見廢氣治理設備的安全、穩定運行提供技術支持和保障。圍繞超高交聯樹脂常溫下吸附脫附不同VOCs的負荷緩沖方式，以南京大學江寧環保技術創新研究院為成果轉化平臺，與相關VOCs治理公司合作開發具有普適性的VOCs吸附緩沖裝備，并優化負荷緩沖預處理工藝的設計運行參數，為建立高效、經濟、安全的工業VOCs緩沖調節

該技術是一種新型樹脂的制備方法，適用在藥物分離、食品脫色、蛋白提純、有機物富集分離、燃油深度脫硫和有機工業廢水的治理與資源化等領域。 與同行業同類試驗產品相比，本技術制備的咪唑基修飾復合功能超高交聯吸附樹脂，兼備親水性和親油性，克服了一般的吸附樹脂只能通過疏水作用吸附分離親油性有機物以及常見的咪唑改性苯乙烯型大孔吸附樹脂只能通過離子交換（配位）作用吸附分離親水性有機物的缺點，具有吸附與離子交換的雙重作用。隨著國家對環保的越來越嚴格，該領域的樹脂需求量有著巨大的市場前景。