碳气凝胶因在同类气凝胶材料中具有良好的导电性（5～40s/cm），以及高比表面积 而使其成为一种新型的理想电极材料．目前国外的研究集中在将碳气凝胶应用于超级电 容器（双电层电容器）电极、气体扩散电极，燃料电化学电池的电极、可充电电池电极 等，同济大学在这方面的研究工作也已开展了近十年，取得了一定的成果。 研究的目标是用碳气凝胶作电极，试制海水淡化原理型装置，进行各项参数的优化 研究。本材料是典型的环保与能源材料，所以有利于保护环境与资源综合利用。研究成 果应用于海水淡化、新能源器件等领域。

气凝胶（Aerogel）是一种具有超高孔隙率的三维纳米多孔材料，是目前世界上质量最轻、保温隔热性能最好、孔隙率最高、比表面积最高的固体材料。其密度极低，在3~500 mg/cm3之间可调，孔隙率高达80 %~99.8 %，比表面积可达1000 m2/g，常温下的热导率低至0.015 W/m·K，典型的孔径尺寸在1~100 nm之间。独特的纳米多孔结构使气凝胶具有许多特殊的物理性能，例如低热导率、低折射率、低声阻抗、低介电常数、强吸附性、高催化活性等等。这些优异的物理性能使气凝胶在航空航天、保温隔热、高效吸附、隔音、催化和储能等领域具有广阔的应用前景。 气凝胶比表面积高、孔隙率高、孔洞又与外界相通，性能稳定，因此它是很好的吸附材料，可以用来吸附有害气体和过滤有机物，有利于保护环境。碳气凝胶结合了碳材料本身的导电特性与气凝胶材料多孔的结构特性，可以应用在海水淡化等领域。 目前技术采用高比表面积的多孔碳气凝胶制成电极，制成海水淡化原理型装置。通过正反接电压实现装置的连续脱盐，提高装置的脱盐效率。

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内容摘要：对植物营养元素碳的定位及其来源的认识偏差，是造成“化学农业”耕作方式缺陷的重要原因。土壤中有机养分的有效物质是植物根系可直接吸收的小分子水溶有机碳。以提供小分子水溶有机碳为目标的有机碳肥，具有广泛的农业功能和环保功能，它将推动农业走上土壤肥力阴阳平衡、作物高产优质和生态改善的发展之路。 关键词 有机碳养分 有机碳肥 阴阳平衡 物质大循环 一、对“碳”认识的偏差造成农业重大损失 肥料总体可分为有机肥料和无机肥料两大类，它们互相不能取代，也不能一衰一盛，而应阴阳结合，阴阳平衡，形成土壤和农作物的良好的营养基础，才有农业的繁荣发达。 综观我国肥料行业，化肥品种繁多产能过剩。而有机肥料却成本高、肥效低，农民不爱用。又由于它的标准不科学，还被不法厂商钻空子，粗制滥造，劣质有机肥坑农害民的现象不断发生。农民极难买到优质放心的商品有机肥。本应撑起肥料领域“半边天”的有机肥料逐渐被边缘化。 有机肥料落到今日这种地步，原因何在呢? 首先，在上世纪五十年代我国建设肥料产业时，有机肥料就拜错了师门。我国农业文明延续几千年，这在世界上是罕见的奇迹。几千年农业文明传承的密码是什么?物质循环!有机农业耕作中注重培肥地力，把有机废弃物通过堆肥的方式进行腐解处理然后反哺土地。这个循环中最主要的物质是碳，物质循环也即归碳于土、贮碳于土。我国农村过去几乎家家户户搞“堆肥”。这种堆肥的要点就是半厌氧发酵(不翻堆)和自然堆积焖干。这种“安安静静”的生产工艺既达到有机物料的腐解，又最大限度减少了碳损耗。然而我国商品有机肥的生产技术不采堆肥技术之所长，却采用“轰轰烈烈”的新工艺：又是好氧高温发酵，又是多次翻堆，还有高温烘干，把有机物料中的碳养分大量氧化成二氧化碳排掉。达到了生产“矿化腐殖质”的目的:生产出了一堆“粗、重、慢”的空壳。这里明显有化工工艺的痕迹。 有机肥料现行标准(NY525-2012)规定有机肥料正面的质量技术指标是：“有机质含量(干基计)≥45%”，“总养分(干基计)N+P2O5+K2O≥5%”。内行人都知道，有机物料发酵过程中消耗的就是有机碳，同一批物料发酵后干物质中有机质含量是下降的，那么以“有机质含量”作为质量指标有何意义?而“总养分”指标中，全是无机养分，不见有机养分(水溶有机碳)的影子。 有机肥料不提供有机养分，三十多年农业耕作不重视有机肥，就导致耕地有机质含量连续下跌，农田贫瘠化严重。 为什么会出现长达三十年的“化学农业耕作”?根本原因在于化学植物营养学理论的如下重大错漏。 1、认为植物有机营养仅来源于空气中的二氧化碳经叶片吸收和叶绿素光合作用转化，不认为植物根系能直接吸收有机碳养分。这就是植物有机碳来源“一通道说”。实际上存在由根系吸收的第二碳通道。不了解第二碳通道，就不重视给土壤补碳，导致土壤碳贫瘠和农作物缺碳。 2、对植物营养元素碳的定位不准确。植物干物质中碳占35%左右，再加上植物生长过程新陈代谢消耗大量碳，所以植物所需碳总量超过总养分量的50%。而植物各营养元素区划原则是根据植物实际需求量的多、少、微来区分的。碳元素所需总量与其他各“大量元素”不在同一数级上，它在植物物质结构形成过程中起着“组合者”的作用。所以从理论上把碳正名为“基础元素”以区别于大量元素，才有利于正确研究植物营养。 基于这样的认识，我们重新检视传统植物营养学的“木桶规则”。当碳(C)“板条”宽度相当于其他十几块“板条”宽度的总和时，还能箍成木桶吗?所谓量变到质变，碳已经不是组成木桶壁的一块板条，而是以碳为阴面，以十几种矿质元素为阳面的阴阳关系，而氢和氧(即H2O)属中性，穿合于阴阳之间，没有它，阴阳不可能结合。这就是土壤肥力阴阳平衡关系。 图1.土壤肥力阴阳平衡动态图 阴盛阳衰(纯有机种植)，农作物没有高产;阳盛阴衰(化学农业耕作)，农作物也没有高产。只有阴阳平衡且肥水充盈时，农作物才能发挥出最佳生产能力。所以阴阳平衡是大平衡，主平衡，无机元素平衡是小平衡、次平衡。只有阴阳平衡，无机元素平衡才能发挥实际效果。 3、把无机养分“离子说”绝对化，造成对无机养分利用率低的原因的误判。植物在原生态或肥沃的土壤中，无机养分与有机养分以多种形态结合成“有机无机”零电价态被植物根系吸收，有机养分利用率更高。可见无机养分离子态被吸收是在贫瘠土壤中才会出现。同性离子间互相排斥，异性离子结合成水不溶物，化肥利用率就低。另一方面，有机碳和各无机元素是以严格的配比，按植物DNA指令组装到植物细胞的，有机碳养分匮乏，无机养分离子比例过大，就会富余出大量无机离子，游离于植物胞外液中，导致植物对无机养分的需求弱化，这是化肥利用率低的深层次原因，也是农作物低产的根本原因。 4、对土壤中碳养分存在形态的误判。土壤有机质中的有机碳，绝大部分是不溶于水的，它不是真实的碳养分。没能向土壤微生物提供足够的可直接吸收的水溶有机碳肥料，微生物不能正常繁殖才导致土壤板结。对这个问题缺乏清晰的认识，微生物制剂不带有机碳养分，相当于不备军粮的空降兵，这是目前大量微生物制剂施到土壤中效果不佳、秸秆腐熟剂农民不爱用的原因。土壤板结与施用化肥没有太多关联。 以上各点都可以归结为对植物碳养分认识的偏差。这些理论的重大错漏影响我们几十年，造成农业领域的政策、技术、产业和耕作方式等方面都产生大量的失误。耕地普遍缺碳，农作物大面积缺碳病，其造成的损失是难以用数字表达的。我们祖先五千年积累的农业文明遗产将因五十年的“化学农业耕作方式”而耗尽。算起来历史留给我们挽救的时间只剩二十年了。 二、有机碳肥产品的研发 人类在一百七十多年前开始创建化肥工业，解决了向农作物高效富集地提供矿物质养分的技术问题，却至今未能建立高效富集的植物有机质养分的工业化体系。肥料工业的一条腿早已跨进了农业现代化门坎，另一条腿却还拖在小农经济时代。 有机碳肥研发的目标，就是生产富含植物有机养分的肥料。植物有机养分的有效物质是植物根系可直接吸收的小分子水溶有机碳。这种“有机”分子粒径小于800纳米，亲水性，其在水溶液中呈无定形“云团状”，能随水流被吸入口径小得多的植物根毛孔。 利用固液有机废弃物为原料，经微生物发酵或生化裂解，生产出液态有机碳肥和高碳有机肥，再利用这两种基础产品生产其他衍生产品。有机碳肥制造工艺路线图如下： 图2.有机碳肥生产工艺路线 有机碳肥系列产品，都以小分子水溶有机碳为主要有效成份，以保证施用后短期内其所提供的植物有机养分不少于10倍传统有机肥的有机养分。以下是目前有机碳肥各品种的技术指标，其中“EC”即有效碳，指小分子水溶有机质的含碳量。 表1.现有各有机碳肥品种的技术指标及性能特征用全新的检测方法进行检测：严格界定是否合格时，以DLS纳米测粒仪，测出水溶上清液中的分子粒径平均小于650纳米，且该部分在溶液中含碳量与样品总质量之比符合上表为合格。工厂化验室快速测试方法，是将样品水溶上清液通过650纳米滤膜后，测得过滤液中含碳量与样品总质量之比达到上表为合格。 有机碳肥还可以同化肥、微生物制剂复配开发出多款衍生产品，适合一切农作物，可作基肥、追肥、叶面肥和管道输送，因此它是一类市场前景无比广阔的高效绿色环保肥料，其在我国潜在的市场用量每年几千万吨。 三、有机碳肥的功能(8+1) 有机碳肥在农业方面有八大功能，加上其环保贡献，可概括为(8+1)： 1、有机碳肥是传统有机肥的升级换代品 有机碳肥“有效碳”6%～15%，其有机肥力是传统有机肥的5～10倍，同功能微生物相匹配使用更能使肥力倍增。每亩每茬用量20～100公斤就见显效，用量相当于有机肥的5%-10%，使用成本300～500元，相当于使用有机肥成本的40%-50%.有机碳肥单位面积用量少、水溶性好，就能象化肥那样方便施用，可上山、可入水。填补传统有机肥难于应用的大量空间。有机碳肥还可管道输送、可滴灌、可进入无土栽培系统，甚至还可用于气雾栽培。所以有机碳肥是信息化时代的精品有机肥。 2有机碳肥是化肥的最佳伴侣 有机碳肥与化肥混合施用与纯化肥对比，在化肥用量不减的情况下，农作物增产30%-100%，有机碳肥与三大化肥配合施用的合理配比如下： EC/W=0.2～0.3 式中：EC为有机碳肥中“有效碳”含碳量; W为(N+P2O5+K2O)总量; 0.2适用于土壤有机质含量较丰富情况; 0.3适用于土壤有机质匮乏的情况; 复合造粒EC/W值建议用0.25～0.3。 我国多年来有机无机复混肥料推广不开，主要原因是粗重的有机肥与精细的化肥门不当户不对。有机碳肥单位面积用量与化肥相当，混合使用门当户对。“有机碳无机复混”肥料必成未来主流肥料。 3、有机碳肥是微生物肥料的补碳剂 通过施用有机碳肥可以给微生物肥料补碳以提高其有效率。施用有机碳肥后，功能微生物迅速发展成土壤中的优势种群，随着土壤水气热环境改善，土壤生态良性循环产生的生物多样性又进一步推动生物肥力的提高，如此，有机碳肥就帮助微生物肥料发挥出真正威力。 4、有机碳肥是多功能高效土壤调理剂 有机碳肥是有机碳养分富集的有机肥，与普通有机肥相比，它不但用量少，而且它的使用浓度恰与功能微生物的需求相适应，能迅速调动和扩大功能微生物的作用，快速改良土壤。有机碳肥的原材料是有机废弃物，其中的高浓度有机废水保留并浓缩了有机物质中的水溶碳和中微量元素，这更使它兼具补碳与补素(中微量元素)的双重功能，所以有机碳肥是一种高效多功能土壤调理剂。 5、有机碳肥是农作物光合作用增强剂 有机碳养分经由被土壤微生物吸收、被根系吸收和与矿物质养分融合三种直接作用引发土壤生物肥力、物理肥力和化学肥力连环促进的能量传递，这个过程的发展变化导致土壤肥沃和根系发达，肥水供应充足，从而使植物叶片宽厚，叶绿体硕大、叶绿素丰富，植物光合作用效率大大提高，请看以下两组对比图。 图3.有机碳肥对农作物光合作用的影响 植物体内每日积累的碳水化合物(有机碳养分)越多，其所吸纳的矿物质养分就越多，大体呈正比的关系，所以施用少量有机碳肥，就能使农作物呈现30%甚至100%的增产，就连最难大幅度增产的水稻都能增产30%以上。 6、有机碳肥是农作物防病抗逆机能的促进剂 农作物有机碳养分充足，无机养分配套，土壤三大肥力连环促进，农作物就根深叶茂，对抗病害能力和自我修复能力就增强。土壤肥沃，生物多样性丰富，气场旺盛，土壤中和空气中有益微生物活跃，致病菌难以繁衍，农作物染病的机会就少。所以说有机碳肥是农作物防病抗逆机能的促进剂。 7、有机碳肥是激活农作物生产潜力的能源 有机碳肥能激发农作物的生产潜力。一些禾本科作物，例如水稻、小麦，施用有机碳肥后，有效分蘖数能增加30%以上，增产30%以上。对采摘期长的作物，使植株避免早衰、果实更丰满，还能延长採摘期。例如蕃茄、茄子、辣椒、四季豆、黄瓜等增产50%以上。利用“有机碳肥+化肥”技术使青花菜一株采三次花，产值增加150%。这方面更大的经济价值表现在使果树树势壮旺，延长生育树龄，成为接近原生态的“长寿树”。由于有机碳肥助根的“天性”，块根类作物如：红薯、马铃薯、淮山、萝卜、胡萝卜、人参、三七等，使用后块根硕大、风味特佳。 缺碳使许多化肥离子失去了被组合的机会滞留在植物胞外液中，使农产品质量下降口感差。有机碳养分的进入组合了这些垃圾变废为宝，使农产品既高产又优质。例如小番茄甜度提高33%，南方大棚哈密瓜的甜度达到18～19。发现灾害后及时灌施液态有机碳肥，可使农作物在短时间内恢复长势，取得较好收获。施用有机碳肥的豆科作物不倒伏，产量提高30%左右。 西兰花：底肥每亩用复合肥50kg加有机碳菌肥50kg;追肥每亩浇施液态有机碳肥4次共3kg;  玉米：底肥每亩用复合肥40kg加有机碳菌肥40kg;追肥每亩浇施液态有机碳肥3次共3kg。  图4.有机碳肥对农作物的增产增收的促进作用 8、有机碳肥护航土地永续耕作 常态化地开展物质循环，才能培肥地力。过去行之有效的千家万户“积肥”下地的“局部物质循环”已经式微了，土地缺碳、土壤贫瘠，农作物在亚健康中生长。有机碳肥产业就是建立大物质循环的产业。局部碳循环没有了，大量有机废弃物却乱堆乱排，我们顺势而为，建立起以有机碳肥为核心的大的碳循环，就能形成新的培肥地力机制，使土地永续耕作。 9、有机碳肥产业对环境保护的贡献 首先表现在节能减排和循环经济方面。当有机碳肥年产达到3000万吨时，全国每年可减排COD约400万吨。这是一种有别于传统环保措施的“完全碳回收”措施。请看以下比较图。 图5.有机碳肥处理技术对环境保护的重要作用 其次表现在对自然环境的改善方面。有机碳肥是高效土壤调理剂。常态化施用有机碳肥，土壤物理结构优化，水气热协调，有机、无机养分均衡，生物多样性丰富，土壤就能恢复生命力，提高自净能力和缓冲调节能力，温室气体排放减少，还给我们一个洁净清纯的大气环境。土壤团粒化，壤土层增厚，持水能力增强，有效缓解雨水对地表的冲刷，既保护了土地，又减少对河流湖泊的污染。有机碳肥与化肥配合使用，能使化肥利用率提高30%-50%，这就相应减少了化肥的挥发和流失，可大大减轻湖泊和近海富营养化的程度。 四、有机碳肥产业展望 有机碳肥不但功能广泛，而且适于解决当前我国农业面临的耕地贫瘠，农作物缺碳，农业环境恶化等紧迫问题。有机碳肥又是以固液有机废弃物为原料，原料来源取之不尽，生产过程耗能低，不产生二次污染，完全能发展成全国性大产业。我国垃圾围城、污水横流的局面，将因有机碳肥产业的兴起而改变。面对着大量有机废弃物，我们顺势而为建立起大物质循环体系，请看以下流程图。 图6.有机碳肥与大物质循环的关系 二十多年来我国耕地有机质含量平均每年下跌0.05个百分点，现在已经跌到2.08%，这种状况不能在短时期内根本扭转，农业现代化就失去土地基础。如何扭转?要使1亩耕地有机质含量提高1个百分点，必须施用8吨传统有机肥。18亿亩耕地必须用144亿吨。全国有机肥厂卯足劲干，需要70年!怎么办?面对悬崖绝壁，我们必须另辟蹊径：找有机碳肥! 有机碳肥产业加上使用有机碳肥技术改造的化肥、有机肥、微生物肥料产业，再加上用有机碳肥技术将大量分散的有机废弃物就地处理成肥料，特别是使用有机碳菌剂快速腐解的秸秆还田技术，形成对我国耕地多渠道多层面的沃土肥田覆盖，就可以化险为夷，使我国大部分耕地有机质含量每5年升1个百分点，10年内便可以使耕地有机质平均含量大于3.5%。达到此局面，在使用等量化肥的情况下，农业将整体增收30%以上。与此同时，我国将因上述措施每年减排COD近千万吨。有机碳肥技术是一项强国富民的创新技术，它将推动农业彻底告别“化学农业耕作”方式，走上土壤肥料阴阳平衡、农作物优质高产、农业环境日益改善的健康发展之路。

此连续铁碳微电解流化床设备的主要原理是将铁屑和碳粒等填充料，填装在主要包括一筒体的特定装置中，制成所谓的电解床。当污水通过时，铁成为阳极，碳成为阴极，产生各种微电化学反应，从而实现废水处理目的。

轴承是重要的机械基础件，它在很大程度上决定了装备的性能、寿命与可靠性等。随着社会的发展与进步，人们对它的寿命提出了越来越高的要求。经过几十年的发展，中国已经发展成为轴承钢的生产大国。产量已基本能满足国内市场的需求。但是国产轴承钢的质量与瑞典SKF、日本山阳等先进厂家相比还存在一定差距。迫切要求提高其疲劳寿命。延长轴承钢寿命的尝试主要包括降低氧含量与提高钢的洁净度；表面改性处理；以及通过探索新的热处理工艺来提高轴承钢的疲劳寿命。然而通过以上方法获得的较长寿命并不总是能够满足要求的，特别是在高负载荷等严酷条件下使用时，更是如此，所以一直有需求开发一种具有更长使用寿命的钢材。 当钢的含碳量大于0.77%以后成为过共析钢，过共析钢在铸造态、退火态与正火态的正常组织为网状二次渗碳体与珠光体。渗碳体的硬度高，耐磨性好，增加渗碳体明显可以提高材料的硬度与耐磨性。但以网状形态存在是导致钢变脆的主要原因，为了减少脆性，避免较多的网状渗碳体，轴承钢的含碳量一般都小于1.0左右，高于此含碳量将导致后续锻造、轧制难以将大的网状渗碳体破碎，将使钢的性能变脆。为了破碎网状渗碳体，在轧制与锻造工艺中都增加了变形量同时降低变形温度，这样都增加了工艺成本，浪费了能源。本项目得到了一种无网状渗碳体的高碳钢，这个钢比较容易球化，经850C°加热15min，1 C°/min冷却到750 C°出炉后就得到了理想的球化组织，见图1。这将大大节省球化处理的时间，可以提高功效，节约能源。 该材料经840℃加热淬火，155±5℃回火，组织为马氏体和残余奥氏体加剩余碳化物，见图2。图3为对照GCr15经同样热处理后的组织，比较看出，本项目的组织明显比较细，残余奥氏体量也比较奥少，这些特征都十分有利于提高轴承钢的性能。 该材料和对照材料GCr15进行耐磨实验和接触疲劳实验，结果见图4和5，.结果表明本发明的材料比典型的轴承钢GCr15有更高的耐磨性和更长的接触疲劳寿命。 该材料的成本与GCr15相当，热处理工艺也相同，所以不增加额外成本。

传统的锂离子具有高比能量的特点，现在广泛用于移动电话、笔记本 电脑等通讯工具、电动工具等。但由于其安全性，循环寿命和对极限 温度耐受性等负面问题，已成为制约其在大规模储能以及电动汽车中 广泛使用的瓶颈。而上述三大问题产生的根本原因就在于现在锂离子 电池采用的负极石墨材料。我们采用独特的固相合成技术结合碳包覆 技术 (ZL. 200510030998.0), 制备了高电子导电性的纳米钛酸锂材料。 其特点:1. Li4Ti5O12 可以实现颗粒大小和形状可控，

本技术对农林有机固体废物好氧发酵堆肥过程中的潜热与显热均予以回收，大大提高了热回收效率。并开发了适于典型应用场所（温室大棚、禽畜棚舍及农村住宅）的肥热联产热回收装置。 一、项目分类 显著效益成果转化 二、成果简介 有机固废（如秸秆、动物粪便等）好氧发酵堆肥（Composting）是在微生物作用下使有机物矿质化、腐殖化和无害化而变成腐熟肥料的过程。其过程中产生的生物热约为燃烧时热值的1/2~2/3（约相当于0.25-0.35倍同质量标煤），堆内最高温度可达70°C以上。用好氧发酵生物热为建筑、温室大棚及禽畜棚舍等冬季供暖，可视为（近）零碳排放。“肥热联产”是消纳秸秆及动物粪污的一种颇具发展前景的新思路。 本项目对典型的有机固废-秸秆开展了“肥热联产”研究，成果先进性体现在以下几个方面： 1）本技术对农林有机固体废物好氧发酵堆肥过程中的潜热与显热均予以回收，大大提高了热回收效率。并开发了适于典型应用场所（温室大棚、禽畜棚舍及农村住宅）的肥热联产热回收装置。 2）本技术实现了静态堆肥，方法简单易行、经济高效。解决了传统堆肥中需要人工或机械“翻堆”的问题，大大提高了生产效率。 3）适于典型应用场所的“肥热联产”供暖系统设计方法。秸秆肥热联产的发酵周期、产热率、热回收率、供暖热媒温度等参数都有其独特的规律性。相应供暖系统设计方法异于常规。 4）结合物联网技术与人工智能的秸秆肥热联产供暖系统智慧化调控方法，实现热能生产、供给与需求以及肥料生产所需理化条件的动态最优匹配。 5）技术应用范围广泛、应用形式灵活。可分散式利用，如田间地头、温室大鹏、禽畜圈舍、孤立场站、冰雪旅游景区等；也可集中式利用（大型发酵工厂），为供热厂、工业企业补充廉价热量。

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针对地下开采深度不断增加，地下采空区体积日益增多，地压区残留矿等复杂难采矿体难以回采的难题开展研发，本成果主要技术内容如下：（1）建立了钨矿山地压与残留矿体可回采性的定量评价体系。（2）研发了复杂采空区三维模型和稳定性计算分析集成化分析方法。（3）研发了基于能量分析法的钨矿山难采矿体回采方案判别技术。该技术已在赣南钨矿山、铜陵凤凰山铜矿、焦冲金矿、太白金矿等十多个矿山进行了应用，取得了显著的经济和社会效益。