一、 技术研发背景 （1 1 ）近年来我国垃圾焚烧飞灰产生量快速大幅增长，处置能力严重不足随着我国经济的快速发展和人民生活水平的提高，生活垃圾产生量大幅增加，年产生垃圾量约为 2.5 亿 t，占世界总量的 1/4，相当长一段时间内还将以每年8%-10%的速度增长。目前我国垃圾焚烧飞灰的处置受场地和技术的制约越来越严重，局部地区已出现不能及时安全处置或处置成本过高而不能维持运行的尴尬局面，并严重阻碍了这部分地区生活垃圾处置由传统填埋向焚烧发电的转型。 （2 2 ）垃圾焚烧飞灰属于危险废物，需得到妥善处置根据《国家危险废物名录》，垃圾焚烧飞灰属于危险废物。垃圾焚烧飞灰对环境和人类生活的危害在于其重金属不能依靠水体和土壤自身的净化作用消除，只能迁移。由于重金属容易在生物体内聚积，随着时间的推移，当重金属在生物体内积聚到一定量以后就会导致生物体畸形或导致突变，甚至生物体死亡。重金属对人体的另一危害途径是通过食物链传递。例如，生活在重金属含量较高环境下的鱼、虾体内会富集重金属，一旦这些食物被人体摄入，经过一段时间的积累，就会对人体健康造成极大的危害。特别是发生在日本的由汞污染引起的“水俣病”和由镉污染引起的“骨痛病”事件、以及在欧洲陆续发现的由重金属污染导致的一系列公共卫生健康问题，都使重金属污染引起人们广泛的关注。垃圾焚烧飞灰中的二噁英是一种非常稳定的亲脂性固体化合物，可溶于大部分有机溶剂，容易在生物体内积累。二噁英的污染具有持久性、脂溶性和蓄积性等特点。 未来随着垃圾焚烧飞灰产量的快速增加，如果不能妥善解决无害化处置垃圾焚烧飞灰的问题，不但会制约垃圾焚烧产业的健康发展，同时会对该地区的环境造成严重影响。 （3 3 ）垃圾焚烧飞灰的处置问题已经受到了国家相关部门的高度重视2016 年 10 月，国家住建部、发改委、国土部、环保部联合发文《关于进一步加强城市生活垃圾焚烧处理工作的意见》（简称《意见》），意见提出在生活垃圾设施规划建设运行过程中，应当充分考虑垃圾焚烧飞灰处置出路，鼓励跨区域合作，提出“推进区域性垃圾焚烧飞灰配套处置工程建设”，统筹生活垃圾焚烧与垃圾焚烧飞灰处置设施建设，并开展垃圾焚烧飞灰资源化利用技术的研发与应用。 （4 4 ）北京地区的垃圾焚烧飞灰处置问题十分迫切截止至 2017 年底北京市已建成并投产 5 座垃圾焚烧厂：鲁家山垃圾焚烧厂、高安屯垃圾焚烧厂、海淀大工村垃圾焚烧厂，顺义垃圾焚烧厂，南宫生活垃圾焚烧厂，2018 年北京市正在加紧推进建设阿苏卫、通州、顺义二期、密云、怀柔 5处垃圾焚烧厂，按照规划到“十三五”末，北京市垃圾焚烧飞灰年产生量将达35 万吨以上，目前北京市的垃圾焚烧飞灰处置方式主要为水泥窑协同处置和制备陶粒资源化利用，这两种处置方式的消纳能力无法满足北京市的需求，垃圾焚烧飞灰无害化处置迫在眉睫。基于以上现状，研发团队开发出了一种可安全并大规模资源化利用垃圾焚烧飞灰的新技术¬——深部胶结充填采矿协同资源化利用垃圾焚烧飞灰技术。 二、技术原理 （1 1 ） 全固废充填料强度形成机理 胶结充填采矿协同资源化利用垃圾焚烧飞灰技术充分利用了“硅的四配位同构化效应”和“复盐效应”。钙矾石（Ca 6 Al 2 (SO 4 ) 3 ·(OH) 12 ·26H 2 O）是普通水泥混凝土中最常见的复盐矿物，也是大部分地下采矿胶结充填硬化体中最常见的复盐矿物。钙矾石的溶度积常数为 1.1*10-40 。本项目组的前期研究结果表明，钙矾石在水中的饱和铝离子浓度比水淬高炉矿渣微粉在水中的饱和铝离子浓度低10 倍以上。因此在有足够 Ca2+ 、OH - 和 SO42- 离子供给的体系中，钙矾石的结晶将能持续促进水淬高炉矿渣微粉中的铝氧四面体从矿渣的玻璃体网络中体解出来，从而促进矿渣中较高聚合度的硅-铝氧四面体的链接被破坏，形成大量的活性硅氧四面体或硅氧四面体团，为发生硅的四配位同构化效应或形成 C-S-H 凝胶奠定基础。其中钢渣主要为胶凝体系要提供 Ca2+ 、OH - 和少量硅氧四面体。而钢渣中的 Mg2+ 和 Fe 2+ 在胶凝体系中起到与 Ca 2+ 类似的作用。较大量的脱硫石膏主要为体系提供源源不断的 Ca2+ 和 SO42- 。垃圾焚烧飞灰的主要成分为垃圾焚烧后产生的无机物和重金属等，当烟气净化采用干式或半干式反应法时，另含有一些反应生成物（如 CaCl 2 、CaSO 4 ）和部分未完全反应的 Ca(OH) 2 等物质。可为胶凝体系提供大量的 Ca2+ 、OH - 和 SO42- 。同时垃圾焚烧飞灰中有含量较高的 Cl- ，在矿渣水化过程中会形成含氯水化产物水化氯铝酸钙，氯盐在矿渣水化过程中会形成 NaOH 等碱性物质，提高液相碱度，促进矿渣水化的进一步进行。 （2 2 ）重金属固化的机理 胶结充填采矿协同资源化利用垃圾焚烧飞灰技术在胶凝材料的水化过程中实现了对垃圾焚烧飞灰中重金属的固化，胶凝材料的主要水化产物为钙矾石、C-S-H 凝胶和类沸石矿物等，几种产物对该体系固化重金属均有贡献。重金属元素能够以类质同象的方式进入钙矾石的晶格而被固化，而 C-S-H凝胶具有很强的吸附重金属的能力。另一方面，以砷菱铅矾-砷铅铁矾类复盐矿物（(Pb, H+ )(Al 3+ , Fe 3+ , Fe 2+ )3 (SO 42- , AsO43- )2 (OH) 6 ）为代表的含砷铅矾类复盐矿物也可以在砷、铅化合物的参与下快速消耗溶液中的 Al3+ 、Fe 3+ 、Fe 2+ 、OH - 和 SO42-等离子，因此也能促进体系中矿渣微粉、钢渣微粉和脱硫石膏的消耗，这类复盐在水中的溶解度极低。在较高 pH 值条件下，这类复盐的结晶可以使砷和铅在水中的浓度都达到饮用水的标准。近些年的研究结果还表明，砷和铅可以进入类沸石相的水化硅铝网络体中平衡电荷，或作为网络体骨干的一部分而被高度固化。 （3 3 ）二噁英固化的机理 二噁英（dioxin，DXN），化学名为二氧杂环乙烷，标准状态下一般呈白色固体，无色无味；熔点约为 303～305℃，当温度达到 705℃以上时开始分解；难溶于水，美国环保局（US EPA，1900）推荐 2，3，7，8—TCDD 的水溶解度为 19.3ng/L，易溶于有机溶剂和脂肪；二噁英的蒸气压很低，大致为 8.3×10-13 ～4.8×10 -8 mmHg，一般随取代氯原子数目的增加而降低，在大气环境中超过 80%的二噁英分布在大气颗粒物中。大部分的二噁英在生物体内不易被代谢，具有生物蓄积与生物放大作用。现行的垃圾焚烧技术的炉内温度可以达到 850℃～900℃，绝大部分二噁英已经被分解，加之二噁英具有极低的溶解度和饱和蒸汽压和极高的脂溶性，所以垃圾焚烧飞灰中二噁英通过溶解于水中和挥发传播的比例很小，只可能通过随垃圾焚烧飞灰颗粒进入土壤和水环境以造成污染，本技术通过物理包裹的方法断绝了其污染传播途径，具体为矿渣基胶凝材料-垃圾焚烧飞灰水化反应所形成的固化体系中含有大量的 C-S-H 凝胶，其紧致的结构可降低整体固化体的渗透性，把含二噁英颗粒包裹固定其中。

我国水资源短缺，但工业用水模式粗放、浪费严重。为此国家将“节水减排”作为重大发展战略，“十一五” 规划开始将万元工业增加值用水量定为约束性指标，并逐步下调。水处理过程中水处理药剂发挥重要的作用，适用于多种水处理过程。 产品照片 全国水处理剂需求量达到500亿元，而且每年以超过10%的比例增长。而我国钢铁、化工、金属加工、电子等行业，产生大量的废酸，包括硝酸、氢氟酸、硫酸、盐酸、磷酸等等，其中有些废酸含有大量的重金属离子，由于处置不当，无法回用，产生大量的污染。 同济大学环境科学与工程学院李风亭教授团队提出了利用离子膜分离回用酸——三维聚合物沉降分离重金属联用的方法，实现了酸的高效回收回用，以及重金属的分离资源化工艺，从而可以实现上述行业中含铝含铁刻蚀和酸洗废液资源化的完整工艺，达到酸和各种金属离子资源化的目的。 工业废水处理案例 基于上述含铝铁酸，团队设计了三维结构的无机和有机聚合物水处理剂，广泛用于污水处理和污泥处理，以及各种工业水处理。可以实现提升效率超过20%，已经获得中外发明专利66项，获得上海市技术发明奖一等奖两次。

本课题获得了十余种具有自主知识产权的海藻多糖水解酶，并以此为工具见了海藻功能寡糖的制备工艺和生产线；制备了海洋功能寡糖(褐藻胶寡糖、卡拉胶寡糖)的标准品(聚合度2-9)，发表SCI论文6篇，中文核心论文1篇，申请发明专利3项。

产品简介 云幻教育资源平台是云幻科教国内首创、自主研发的全新一代针对于教学、实验、拓展的综合型虚拟仿真教育资源平台。资源平台教学课件遵循教材，通过3D模型、动画、场景真实再现课本内容，采用国际领先的AR增强现实技术，实现现实课堂与虚拟场景的叠加融合，达到更加真实、自然的效果，平台整个交互过程通过手势（兼容鼠标、触控）简单完成，完美解决师生在日常教学和动手实验中的痛点、难题。 u  学科：科学、物理、化学、生物、地理 u  阶段：小学、初中 u  教学形式：AR教学、3D教学、虚拟仿真教学 资源平台内容介绍 科学： 科学学科包括1-6年级地球与宇宙、技术与工程、物质科学、生命科学分类内容，资源内容设置与教学环环相扣，综合各个领域的知识与技能，为课堂教学提供丰富的素材，满足学生的好奇心和求知欲，最大限度的将科学探究过程呈现在课程内容中。 地理： 地理学科内容包括自然地理与人文地理，与学科教材配套，将课本知识点涉及的内容以3D模型、视频、图片、动画等形式展示出来，教师可根据自己教学环节的设置使用配套的教学素材，引导学生从现实生活的经历和经验出发，激发对地理的兴趣，帮助学生掌握基本的地理事实、概念和技能，使学生了解地理知识的功能与价值。 物理： 物理学科按照国家课程标准实验要求，将中学物理难懂的抽象的复杂的实验运用3D建模及AR技术营造虚实合一的实验场景，提升了实验的互动性、内容的有趣性、视觉的创新性。让亲眼看或者做一些物理实验，可以激发学生学习物理的兴趣，充分调动学生的学习积极性和主动性，激发和培养学生的科学探究与创新的思想和精神。 化学： 化学学科根据国家课程标准实验要求，收录中学所有重难点的实验，模拟真实实验互动操作，有效辅助老师进行实验操作和实验原理讲解，为学生提供安全的实践探索空间，让学生在实践中去发现和探究问题，发展实践能力和创新能力。 生物： 生物学科内容以直观化立体化的3D知识模型，进行全方位多角度的展示，辅助学生观察与学习知识内容，互动教学实践，引导学生相互比较、探究、鉴别，深入剖析知识点。 资源平台功能特点 1、多项功能设置满足教学需求 云幻教育资源平台设置检索、录屏、画图、微观、辅助线、数据记录、背包等多项功能，满足多种教学需求，让师生的教与学更加的便捷。 检索功能：可以根据教学需求“选年级”“选分类”，直达需求内容，精准检索 录屏功能：设置录屏功能，满足教微课录制需求 画图功能：可对界面进行随意圈点和涂鸦，标注重点讲解/提示内容 微观：虚拟再现原子、分子等微观现象，辅助理解 辅助线：将力、电、磁感线等不宜观察的内容直观展示出来 数据记录：实时记录，辅助数据原理讲解及对比分析 背包：提供实验相应实验器材，修复因失败破损器材 2、结构化系统化课程资源 云幻教育资源平台资源紧扣国家标准课程教学大纲实验要求，包括课本教材的重难点内容，科学规划、明晰逻辑，应用最新的理念和技术，为学校教学改革和教学实施提供优质的资源。 同时每个栏目内含有丰富的知识内容，为教师提供全面、系统的教学素材，让学生的课堂更有趣、更充实。 3、提供丰富多样的教学素材 云幻教育资源平台融合视频、动画、图片、音频等素材及互动操作内容，对素材类型、内容、质量都有着高要求，改变单一文本类、扫描类等简单素材形式，教师与学生均能够通过自主使用资源库实现系统化、个性化教与学。 4、AR教学与2D教学轻松切换 云幻教育资源平台支持AR手势、鼠标操作，一体机等触屏显示设备还支持触屏操作，教师可以根据自己的教学需求选择合适的操作方式，多种选择满足不同教学需求。 5、易安装易部署 云幻教育资源平台可直接与常规教室显示设备等融合使用，无需进行大规模改建调整，平台易安装易使用。 云幻教育资源平台应用优势     1、直观化的内容知识易于学生学习理解 云幻教育资源平台资源使用多种素材形式，将知识内容以最优质的形式展示出来，达到知识讲解的最优化，多维度地呈现知识内容，便于学生理解与学习。 2、满足学生课下深入探索与研究需求 云幻教育资源平台内容丰富，形式丰富，学生可以在课下自由的运用平台进行探索与学习，鼓励学生多动手、多应用，通过体验对知识理解更牢固。 3、互动教学体验，活跃课堂气氛 AR互动教学体验虚虚实实，实实虚虚，虚拟与现实的交互，老师与互动的交互，3D虚拟的互动和联系，加强老师与学生的联系，学生可以在互动中发散思维进行思考，提高学生参与度活跃课堂气氛。 4、智能化便捷化教学 教师可以针对不同学习对象和课程要求，利用云幻教育资源平台资源库灵活组织教学内容、辅助实施教学过程、实现教学目标；学生在教学素材的指导下较容易地理解知识及完成实训任务。 5、丰富课堂教学形式 云幻教育资源平台可进行AR教学及2D教学，通过AR技术，教师可以将学生学习中无法触及、无法看到的事物带进课堂，丰富课堂教学形式，智慧化课堂教学模式。 6、创新微课录制模式 AR模式将教师与虚拟实验器材融入到一个画面之中，在教师进行微课录制时，可摒除单一录屏PPT等模式，AR技术将老师也融入到实验画面中去，真实的人物操作虚拟的实验器材，知识演示直观生动，微课形式创新、实用、高效。 8、节约学校教学器材成本 云幻教育资源平台将课本需求的知识内容、实验素材、教学器材等虚拟化展示出来，不会产生器材的损耗，避免实验仪器、药品、素材等的浪费，节约学校教学经费。 电话：0755-86093522/33/99,4008-988-168！ 网址：www.magicloudedu.com

南京师范大学课程资源研究所是专门从事省地市级、社区科普教育资源、中小学、幼儿园和大学课程教学资源研究、开发与应用的研究机构。 下设科普教育资源研究室、自动测量与控制工作室、物理课程资源研究室、化学课程资源研究室、生命科学课程资源研究室和教育科学课程资源研究室，并有17000平方米的研制生产基地。研究所有一支由南京师范大学的专家教授带领的50多人的技术研发团队，先后承担了教育部“高等师范教育面向21世纪教学内容和课程体系改革计划”和 “新世纪教育教学改革工程”等各类教育教学改革研究项目30多项，30多位老师参加了国家新课程标准的制定和新教材的编写工作。研究所成立以来，累计已经获得了50多项教育技术产品发明专利，在科普教育资源和课程教学资源研究、开发与应用等研究领域形成了明显的优势。 南京师范大学课程资源研究所可提供的系列教育产品有：科技馆、科普馆、科技创新实验室、科学探究实验室、数字化实验室、通用技术实验室、机器人实验室、航天航空科普馆、航天航空科技馆、地震科普馆、地震科技馆、安全教育科普馆、安全教育科技馆、交通安全科普馆、交通安全科技馆、消防科普馆、消防科技馆、幼儿园科学发现室、农业科普馆、社区科普馆、社区科技馆、壁挂式科技馆、科普大篷车、示范性综合实践基地、综合实践活动室、生命健康科普馆、低碳环保科普馆、军事教育科普馆、儿童乐园。 　　研究所研制的系列教育产品已推广应用到了全国各省市5000多家学校和科普场馆，建立了广泛的用户群。南师大系列产品以其卓越的性能成为同类品牌中的佼佼者，正受到越来越多的学校和科普场馆的关注。 　　公司现有生产车间、研发办公楼等，总建筑面积为16000平方米左右，其中生产车间12000平方米左右，研发办公楼4000平方米左右，并且拥有多种设备及生产流水线。  　　南京师范大学课程资源研究所　　邮政编码：210009　　地　　址：江苏省南京市鼓楼区山西路67号 　　电　　话：025-83204284，83302681，025-83301983　　传　　真：025-83302681　　网　　址：www.kczyyjs.com　　邮　　箱：306824063@qq.com 

项目成果/简介:项目在多年国家项目的支持下，在项目“面向工厂规划和生产过程的数字化工厂技术”获2013年教育部科技进步二等奖的基础上，进行持续开发完善，与沈阳机床合作，在智能制造领域进行了深入的合作研究， 在沈阳机床智能制造展示线开发完成数字化孪生仿真模型及基于互联网的定制信息系统，系统实现了网络化定制下达生产订单，数字化孪生系统在线仿真模拟，真实展现生产场景，并可通过移动设备进行浏览和信息管理。项目符合中国制造2025所倡导的智能制造和互联网+技术的发展，对中国制造向智能化转型起到促进作用。项目通过展示真实个性化印章的智能加工、检测和装配，体现网络化的定制及数字化双胞胎技术。应用范围:项目所开发完成的技术符合中国制造2025所提出的智能制造技术路线，已应用于工业实际和大专院校的教学培训。目前国家大力资助建立智能制造试点示范项目，制造企业也在积极转型，向数字化和智能化转型发展，这些都需要数字孪生和互联网+技术的支持。 项目成熟度：小批量生产，项目已独立以及结合沈阳机床的生产线及教育系统得到市场的应用，特别是在中国航发商用航空发动机有限责任公司相关项目中得到应用。 拟在全国范围内推广：1.项目可应用于离散制造业的规划、调试、运行和维护阶段的仿真优化，通过建立工厂、生产线、设备的三维模型，实现虚实结合的数字双胞胎。 2、教育培训领域：通过实现智能制造理念的面向教育和培训的生产线系统，通过模块化的系统，实现对智能制造教学和培训。项目阶段:小规模生产效益分析:项目的技术创新点、先进性在于实现了数字孪生技术在生产线中的应用，达到了生产线的虚实融合。不仅可在规划阶段对生产线进行仿真验证，还可在生产运行过程中实现虚实融合，并通过AR-VR技术对操作指导、维修指导和生产过程监控提供支持，从而实现多维的虚实融合，是实现智能制造的关键技术之一。项目相关技术不仅能够应用于工业实际的智能化制造之中，还特别适合面向智能制造的教育和培训。

面向工业制造的非接触式在线摄影测量系统，结合了主动式面结构光投影测量和被动式双目视觉摄影测量的特点，对物体的三维形貌与变形进行在线测量。具有非接触、高精度、自动化、测量点密度大、实时、高效和不易受温度变化、振动等外界因素干扰等优点，对于提高切削加工效率、质量和降低成本具有重要意义，具有广泛的应用前景。

该项目针对装备智能化改造、智能个体自治技术、多智能体协商规则和自组织生产策略进行了深入研究，开发了相应原型系统——基于物联技术的自组织智能制造实验系统，形成了一套以物联技术为基础，通过自治与协商方式，实现车间自组织实时生产的“智能工厂”模式。 技术优势 该系统具备自组织、自决策、自适应、自学习的功能特征，可适应目前动态多变的制造环境，满足多品种、变小批量、高度定制化的生产需求。通过提供模块化热插拔的智能接口装置，可以帮助企业快速实现智能化改造升级。该智能制造系统可以高效柔性自治的应对加工、装配、检测等作业任务。

成果描述：针对目前中国大型石化公司从国外引进的聚乙烯聚合装置的工艺包落后、只能生产低档通用料的难题，自主开发一系列具有独立知识产权的高档聚乙烯专用树脂的先进制造工艺技术，取得了巨大的经济效益。 根据产品使用性能和加工性能要求，设计并定制聚烯烃专用树脂的关键结构，提供结构内控方案，指导聚烯烃聚合大装置制定催化剂体系和聚合工艺调整方案。 研究的聚合工艺包括：Basell公司Hostalen淤浆法工艺、Spherilene气相工艺；BP-Solvay公司Innovenes低压淤浆工艺；Univation公司的Unipol工艺；三井化学的CX工艺等。 开发产品包括：PE100、PE125、PERT等高档管材料、LDPE涂覆料、LLDPE电子膜保护膜专用料等。市场前景分析：PE100管材料主要用于制造燃气管、各种给水管材等压力管道系统，而绝缘电缆聚乙烯专用树脂主要应用于高压电缆绝缘、电缆护套，用量大、附加值高、近年来市场需求量持续保持高速增长。然而由于技术附加值高，目前我国的高档PE100管材料、绝缘电缆料基本全部依赖进口，被国外大公司所垄断。 拥有其他高性能专用料制造技术，制得的产品如LDPE涂覆料、耐热PERT管材料、LLDPE电子膜保护膜专用料等，均具有高附加值，市场需求巨大。与同类成果相比的优势分析：完成高档聚乙烯专用料产品的结构－性能剖析,提供关键结构性能控制指标，建立聚乙烯专用树脂的结构特性数据库；提供各种聚合工艺方案，指导装置进行生产调整，建立快速表征方法，实现生产工艺的快速调整和质量控制。制备的产品满足其加工及使用性能要求，获得市场认可。 如PE100管材专用树脂：耐快速、慢速应力开裂、抗蠕变、刚性和抗冲性等性能，以及焊接性和加工性加工要求；聚乙烯电缆绝缘专用树脂：力学性能、加工流动性能、洁净度。 国际先进。