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成果簡介：  本團隊經過近十年的研發，突破多項關鍵技術，開發出具有自主知識產權的綠色、高效、廉價稀土基催化劑，可以替代貴金屬催化劑（國內外），大幅度降低生產成本，總體上達到國際先進水平，具有極強的市場競爭力，也符合“中國制造2025”稀土資源高端產業戰略布局。 構建了稀土（Ce，L

(1)以表面活性劑-高分子復合體系在溶液中形成的軟物質團簇為模板，采用普通市售白熾燈為輻射源，在溫和條件制備納米鈀催化劑，已獲發明專利授權（授權號：ZL 201210262888.7）。(2)以表面活性劑為模板，采用普通市售白熾燈為輻射源，在溫和條件下獲得有良好光學性質的鈀納米薄片材料。該制備方法條件溫和，制備得到的鈀納米薄片材料，發現在 340nm 附近出現等離子共振吸收峰，發明專利授權（專利號：ZL 201210210613.9）。(3)以六角相溶致液晶為軟模版，分別在避光和可見光的條件下獲得納米 Pd電催化劑，適合用于作電催化劑。此項工作生產周期短，產物均勻性好，易于規模化生產。發明專利授權號：ZL 201210387737.4。(4)以表面活性劑-高分子復合體系為軟模板，利用乙醇為還原劑，采用簡易加熱方式，首次合成了多面體納米鈀材料。發明專利授權號:ZL 201210403633.8。(5)采用超聲波輻射技術，以表面活性劑-高分子復合體系構筑為軟模板，獲得一種具有菊花狀納米鈀聚集體材料。

催化劑是現代化學工業的基石，高效催化體系的構建對于實現化學反應的快速化、專一化和溫和反應具有決定性的作用，對于實現綠色化學、節能減排意義重大。本團隊在承擔了 3 項國家自然科學基金項目（20771046，20903048，21106054）的基礎上，針對催化酯化、催化環氧化、催化臭氧化等反應開發了多種不同的體系，包括固體酸、分子篩、離子液體、納米氧化物、金屬配合物等多個類型，其中部分催化環氧化和催化酯化體系已經應用于工業催化。關鍵技術、指標及創新點 （1）開發了針對植物油脂的無羧酸環境下催化環氧化的新工藝。先后開發了以錸系配合物、HMS 分子篩、光催化及 SALEN 配合物為代表的催化體系； （2）開發了針對酯化、酯交換反應的非質子酸新催化體系。先后開發了雜多酸、固體酸、離子液體、有機酸和納米氧化物為代表的催化體系； （3）開發了針對有機物臭氧化降解的新催化體系。先后開發了納米氧化鋅、納米氧化鈰、分子篩和磁性納米結構為代表的催化體系。 

一、項目分類 關鍵核心技術突破 二、成果簡介 化石燃料燃燒產生的CO2是溫室氣體的主要來源。開發具有CO2捕集功能的新型化石燃料燃燒技術是實現“2030碳達峰、2060碳中和”愿景目標的關鍵。富氧燃燒技術采用大規模空分系統所產生的氧氣(純度>95%)代替助燃空氣，同時采用煙氣再循環調節爐膛內的介質溫度和傳熱特性，可實現煙氣中CO2高濃度富集，便于CO2的分離與捕集。該技術可以降低煙氣CO2排放(約90%)，同時易于實現NOx、SOx等污染物的協同控制。在國家重點研發計劃的資助下，華中科技大學牽頭十余家著名大學、研究所和企業圍繞富氧燃燒CO2捕集技術開展合作研究，系統掌握了富氧燃燒碳捕集技術的著火/燃燒、輻射傳遞等基礎理論，揭示了新型燃燒技術的原理和規律；突破了富氧燃燒專用鍋爐、燃燒器、氧注入器、煙氣冷凝器、低能耗三塔空分系統等一批新型關鍵技術和裝備的設計原理及其放大設計規則，發明了“空氣燃燒-富氧燃燒”兼容設計成套裝備并完成了技術放大驗證，為低成本規模化CO2捕集技術的工業化應用奠定了基礎。

環氧苯乙烷作為一種重要的化工中間體被廣泛應用于化工與醫 藥生產等眾多領域，傳統的制備方法——鹵醇法在生產過程中環境污 染嚴重、對原料的利用率不高，導致生產成本居高不下。隨著整個社 會環保意識的不斷增強，綠色化學日益受到重視。在催化苯乙烯環氧 化反應的研究過程中，開發高效、低污染、低能耗、環境友好的催化 劑一直是研究的主要方向。雖然在許多研究人員的不懈努力下，催化 劑的研究取得了可喜的進展，但是現有的催化劑還存在著一些缺陷， 新型高效催化劑的研發仍然是當前研究的熱點之一。我們發現將普魯 士藍類配合物用

配位聚合物是由無機金屬中心與橋連的有機配體通過自組裝相互連接，形成的一類具有周期性網絡結構的晶態多孔材料。 一、項目進展 創意計劃階段 二、負責人及成員 姓名 學院/所學專業 入學/畢業時間 祝渙鈞 化學與化工學院應用化學專業 2019年9月至2023年6月 吳凌志 化學與化工學院應用化學專業 2019年9月至2023年6月 鄭毅 化學與化工學院應用化學專業 2019年9月至2023年6月 王梓 化學與化工學院應用化學專業 2019年9月至2023年6月 武辰禹 化學與化工學院應用化學專業 2019年9月至2023年6月 三、指導教師 姓名 學院/所學專業 職務/職稱 研究方向 覃玲 化學與化工學院 副教授 多功能配位聚合物材料的合成及應用研究 四、項目簡介 配位聚合物是由無機金屬中心與橋連的有機配體通過自組裝相互連接，形成的一類具有周期性網絡結構的晶態多孔材料。它具有多樣的拓撲結構，并且稀疏多孔，密度較低。這些特點使得它在吸附，催化，儲能的各個方面有著優良的效果。 本項目主要目的在于合成鈷/鎳基配位聚合物，選擇合適的有機配體與金屬離子鈷/鎳通過配位鍵構筑得到鈷鎳基配位聚合物，利用單晶衍射、元素分析、紅外光譜等方法對其結構及組成進行表征，或者通過合成和摻雜的方式，調控它的析氫性能，設計出高催化活性和穩定性、低成本的非貴金屬催化劑。 項目組成員通過設計選擇有機配體與金屬離子，通過溶劑熱方法合成了多種金屬有機框架材料，并將其熱解得到衍生材料。通過線性伏安掃描法等多種實驗方法測試了它們的電催化性能，其中化合物Ni-MOF的初始電位為-356mV，Tafel斜率127.3 mV⋅dec-1。Co-MOF通過摻雜Zn2+后，過電位降低到-307 mV，Tafel斜率150.2 mV⋅dec-1。我們還合成了一種對金屬離子（Fe3+）與抗生素（加替沙星）有明顯檢測效果的鋅基材料，可作為多功能探針檢測水中金屬離子和抗生素的殘余量。由于化合物沒有催化位點，我們通過摻雜鈷金屬的方式，改善了它的電催化析氫性能，使它具有較低的初始電位(-423 mV)、較低的Tafel效率(101.9 mV⋅dec-1)和較好的循環穩定性。 項目為研究高性能和穩定性的HER電催化劑及金屬離子和抗生素熒光探針材料的設計合成提供了可行的思路。

在二氧化碳綠色溶劑中低溫一步法實現納米金屬顆粒的控制性合成；2. 合成后直接得到大量的固體催化劑，無需高溫高壓，無需使用任何的有機或無機溶劑；3 . 生物質固體廢物碳中性是可再生的低碳能源，實現生物質廢物能源化的價值；4. 液體燃料高選擇性（接近100%）高產率合成。

本成果提出了一種富氧燃燒高效低成本運行關鍵技術與其對應示范裝置。著眼于發展經濟、安全和可靠的富氧燃燒技術需求，本成果重點圍繞兩個關鍵科學技術問題： (1)基于氧/燃料雙向分級的富氧燃燒火焰組織、傳熱調控與污染抑制原理； (2)基于靜/動態仿真的富氧燃燒系統集成優化和控制技術，組織共性技術研發和工程示范。 本成果建立了常壓與加壓富氧燃燒條件下的分級燃燒、傳熱和污染物控制理論，開發了常壓富氧燃燒的分級燃燒系統，研制了加壓富氧燃燒的燃燒、換熱及返料等關鍵裝備，突破了酸性氣體共壓縮純化等共性關鍵技術，掌握了常壓富氧燃燒的系統集成、優化與控制方法，并提升富氧燃燒大型化設計能力。 其中，運用富氧壓縮S/N/Hg一體化脫除技術，SO?/NOx/Hg脫除率分別達到99%，93%和98%；35MWth富氧燃燒工業示范連續運行168h，鍋爐燃燒效率90.68%，煙氣中CO?濃度71-82%，NOx濃度（等效空氣燃燒）110mg/Nm³。相比空氣工況，富氧工況下脫汞效率（以ESP前為基準）和ESP除塵效率進一步提升。 圖1 應城35MWth富氧燃燒工業示范裝置平面圖 圖2 應城35MWth富氧燃燒工業示范系統及現場實時運行 【技術優勢】 與現有的其它碳捕集技術，包括燃燒前、燃燒后碳捕集技術，富氧燃燒碳捕集技術的改造成本更低，系統效率更高、生成成本更低、投資與碳減排成本更低。

【研究背景】 我國以煤為主的能源稟賦決定了煤電將會在未來一段時間內充當托底角色，燃煤發電過程中產生的CO?作為主要碳排放源，成為了“2030碳達峰、2060碳中和”愿景目標的現實約束。開發具有大規模CO?捕集功能的新型低碳燃燒技術是實現“雙碳”目標的關鍵。其中，富氧燃燒技術采用空分系統所產生的氧氣(純度>95%)代替助燃空氣，同時采用煙氣再循環調節爐膛內的介質溫度和傳熱特性，實現煙氣中CO?高濃度富集，便于CO?的分離與捕集，是最具發展前景的規模化碳捕集技術。 【成果介紹】 本成果提出了一種富氧燃燒高效低成本運行關鍵技術與其對應示范裝置。著眼于發展經濟、安全和可靠的富氧燃燒技術需求，本成果重點圍繞兩個關鍵科學技術問題： (1)基于氧/燃料雙向分級的富氧燃燒火焰組織、傳熱調控與污染抑制原理； (2)基于靜/動態仿真的富氧燃燒系統集成優化和控制技術，組織共性技術研發和工程示范。 本成果建立了常壓與加壓富氧燃燒條件下的分級燃燒、傳熱和污染物控制理論，開發了常壓富氧燃燒的分級燃燒系統，研制了加壓富氧燃燒的燃燒、換熱及返料等關鍵裝備，突破了酸性氣體共壓縮純化等共性關鍵技術，掌握了常壓富氧燃燒的系統集成、優化與控制方法，并提升富氧燃燒大型化設計能力。 其中，運用富氧壓縮S/N/Hg一體化脫除技術，SO?/NOx/Hg脫除率分別達到99%，93%和98%；35MWth富氧燃燒工業示范連續運行168h，鍋爐燃燒效率90.68%，煙氣中CO?濃度71-82%，NOx濃度（等效空氣燃燒）110mg/Nm³。相比空氣工況，富氧工況下脫汞效率（以ESP前為基準）和ESP除塵效率進一步提升。 圖2 應城35MWth富氧燃燒工業示范系統及現場實時運行 【技術優勢】 與現有的其它碳捕集技術，包括燃燒前、燃燒后碳捕集技術，富氧燃燒碳捕集技術的改造成本更低，系統效率更高、生成成本更低、投資與碳減排成本更低。 【技術指標】 【資質榮譽】 獲日內瓦國際發明展金獎(2017)、國際自動化學會電力工業設施獎(2017)、湖北省技術發明一等獎(2018)。

 該技術開發了稀土摻入的過渡金屬復合氧化物脫硝催化劑新體系，無毒、無二次污染，可替代現有商用有毒的釩鈦體系，取得了脫硝催化劑的自主知識產權；研發了具有助催化功能的支撐體及支撐體與催化活性組分高強結合的制備新技術，實現了脫硝催化劑原料國產化，大幅降低了催化劑的生產成本；在國華太倉電廠脫硝旁路系統進行了工況測試，在江蘇華爾潤集團有限公司建立了煙氣處理量為1～2萬Nm3/h的首個玻璃行業工業應用脫硝裝置。測試和示范應用結果表明：新型脫硝催化劑效率高，活性溫度窗口寬，機械強度高，耐水洗，失活后可再生，廢棄的催化劑可資源化利用。研發出的稀土基脫硝催化新體系，具有無毒、高效；適溫度范圍寬；抗中毒能力強；壽命長，失活后可再生，降低運行成本50%，廢棄的催化劑無二次污染，并可資源化利用等特點。  該項目受到國家科技部、發改委、環保部高度重視和大力支持，先后獲得國家及部省級10項項目的資助。