1、项目简介 从含铬电镀废水回收铬黄的资源化处理即采用过量的Pb2+ 沉淀含Cr6+电镀废水中的Cr6+，生成铬黄。此工艺比还原—沉淀法处理不但降低了成本，充分利用了宝贵的资源，而且排出液易处理，水质达到排放标准。从资源化利用的角度看，电镀槽废液由于铬含量高，比冲洗废液的利用价值更高。合成的铬黄，铬酸铅含量、吸油量、105℃挥发物、水溶物等指标均合格，利用天然改性磷灰石去除废水中的重金属离子，使得Pb2+、 Cr6+、Cr3+达到排放标准，2. 技术特点：含铬的电镀废水，经过氧化、净化后，加入适量的硝酸铅溶液或冶炼的铅废水形成铬黄变废为宝，在利用高效铅离子去除剂进行处理回收铬黄后的废水，使铅离子、铬离子含量远低于国家排放标准，不仅降低了污染，而且提高了经济效益。

成果与项目的背景及主要用途： 随着经济发展，我国能源需求快速增长，富煤贫油少气的能源禀赋决定了我 国仍需以煤为基础能源，直接燃煤则造成了严重的环境污染。使用清洁燃料，煤 制油、煤制天然气是解决东部地区雾霾污染的重要措施。然而煤制气装置会产生 大量高有机物含量的废水，不能直接生化处理。内蒙新疆等地区，煤资源丰富但 环境脆弱，水匮乏。煤制气、焦化、兰炭等煤化工企业的废水治理已成为制约其 发展有瓶颈之一。 煤化工废水主要来源于煤气化或焦化炉后的急冷洗涤及净化等工段，气化及 焦化过程产生的焦油、酚、氨等物质大部分进入洗气废水中，含有氨氮、硫化物、 （硫）氰化物等无机物及焦油、酚类等有机物。其特点是水量大、污染物浓度高 成分复杂。目前对煤化工废水进行处理的要求是去除废水中的粉尘、焦油、硫化 氢、二氧化碳、氨氮、酚等无机和有机物，经过深度净化，进行达标回用。一般 流程为：隔油除尘→脱酸蒸氨脱酚→生化处理→深度处理。首先通过重力沉降， 旋流气浮等隔油除尘措施进行初级处理，然后进行物化处理，通过汽提进行脱酸 脱氨以及萃取脱酚，再经过生化，通过 RO、蒸发结晶等过程，实现水的深度净 144天津大学科技成果选编 145 化及达标回用，实现零排放。 技术原理与工艺流程简介： 本技术主要从煤化工废水处理技术流程的前三步——隔油除尘、脱酸蒸氨脱 酚及生化处理进行工艺设计改进。 （1） 隔油除尘 我们通过重力沉降及离心力场，使与水不相溶的与水密度有差别的游离油及 尘与水进行初步分离。为提高处理效率，通过 CFD 模拟计算与实验测试，对装 置进行优化设计，开发了平流隔油与旋流气浮结合的隔油除尘工艺与设备。 （2） 脱酸蒸氨脱酚 A、脱酸蒸氨，我们开发了专门适于脱酸蒸氨的板式形式，在提高传质效率 的同时，可显著防止结垢堵塞，延长检修周期（一年以上），该塔板形式已成功 用于工业实践。 B、萃取除油脱酚，经过脱酸蒸氨后的废水，不能直接进入生化系统，还需 要脱除其中的油及酚类。通常仍用萃取的方法。我们经过大量筛选与测试，开发 出了性能优良的萃取剂，在核心设备—萃取塔方面，开发了专门用于萃取的专利 填料，显著提高了萃取效率，降低了过程能耗。 （3） 生化处理 为提高生化处理效率，我课题组专门筛选和优化了适于酚类染污物的微生物 菌群，提高了生化速度，降低了处理成本。 技术水平及专利与获奖情况： 通过与企业的合作，可在我们已取得成果基础上，做进一步开发与优化，以 继续降低废水处理成本。形成新的具有知识产权的工艺技术，并进行工程示范。 合作方式及条件：具体面谈

随着社会的发展与进步，日益突出的能源供需矛盾不断将寻找清洁、高效、经济的新型能源材料推向研究前沿。热电材料是一类能利用热电效应，直接将热能（包括太阳能、地热、工业余热等能量）转换成电能的材料，由于热电转换技术便捷、环保等优势，在车载冰箱、深空探测器电源等领域具有不可替代的地位，受到科学家们的高度重视。而探索发现低成本、高丰度、低毒性的高效热电材料，是该领域基础研究的重点，是一项面临巨大挑战的研究工作。 吴立明2004年发明了独特且安全的固相合成方法——硼硫化法（J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 4676-4681.），近期，课题组利用该方法，发现了一种新的四方相α-CsCu5Se3，并实现宏量合成。该材料拥有前所未见的独特晶体结构：Cs+由类中国结形状的Cu8Se8结构单元构筑的三维无限扩展结构，其中镶嵌Cs+金属阳离子。α-CsCu5Se3热稳定性好，表现出典型晶态固体的热传输行为，并遵循Umklapp散射机制，这与具有类液态的热传导行为的二元化合物Cu2-xSe完全不同。晶体学及热传输性能研究表明α-CsCu5Se3指出了一个有效抑制Cu+液体传输行为特征的方法。与吴立明老师2016年发现的高性能热电材料CsAg5Te3（Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 11431–11436）相比，α-CsCu5Se3的晶体单胞体积减小了30％，导致材料具有更强的原子间d轨道重叠作用，从而显著降低有效质量(m*)，这使得α-CsCu5Se3相比于CsAg5Te3实现了功率因子200％的增长，达到8.17 μW/cm/K2，是目前报道的碱金属富铜硫属化合物中最高值；同时，理论研究表明，由于结构中的Cu–Se软化学键和Cs+ 离子扰动作用，该材料具有很低的热导率。综合上述各方面因素，该化合物的本征热电优值ZT达到1.03（980 K）。进一步通过Sb掺杂优化热电性能的研究发现：Sb3+的孤对电子能够增大材料的晶格非谐性，有效增强Umklapp型散射，从而降低声子速度，使得α-Cs(Cu0.96Sb0.04)5Se3的晶格热导率进一步降低至0.40 W/m/K，热电优值ZTmax提升到1.30。该工作系统深入研究了α-CsCu5Se3体系结构和热电相关性能的关系，为低成本，高丰度，高性能硫属化合物材料的设计探索研究迈出重要的一步。

随着社会的发展与进步，日益突出的能源供需矛盾不断将寻找清洁、高效、经济的新型能源材料推向研究前沿。热电材料是一类能利用热电效应，直接将热能（包括太阳能、地热、工业余热等能量）转换成电能的材料，由于热电转换技术便捷、环保等优势，在车载冰箱、深空探测器电源等领域具有不可替代的地位，受到科学家们的高度重视。而探索发现低成本、高丰度、低毒性的高效热电材料，是该领域基础研究的重点，是一项面临巨大挑战的研究工作。 吴立明2004年发明了独特且安全的固相合成方法——硼硫化法（J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 4676-4681.），近期，课题组利用该方法，发现了一种新的四方相α-CsCu5Se3，并实现宏量合成。该材料拥有前所未见的独特晶体结构：Cs+由类中国结形状的Cu8Se8结构单元构筑的三维无限扩展结构，其中镶嵌Cs+金属阳离子。α-CsCu5Se3热稳定性好，表现出典型晶态固体的热传输行为，并遵循Umklapp散射机制，这与具有类液态的热传导行为的二元化合物Cu2-xSe完全不同。晶体学及热传输性能研究表明α-CsCu5Se3指出了一个有效抑制Cu+液体传输行为特征的方法。与吴立明老师2016年发现的高性能热电材料CsAg5Te3（Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 11431–11436）相比，α-CsCu5Se3的晶体单胞体积减小了30％，导致材料具有更强的原子间d轨道重叠作用，从而显著降低有效质量(m*)，这使得α-CsCu5Se3相比于CsAg5Te3实现了功率因子200％的增长，达到8.17 μW/cm/K2，是目前报道的碱金属富铜硫属化合物中最高值；同时，理论研究表明，由于结构中的Cu–Se软化学键和Cs+ 离子扰动作用，该材料具有很低的热导率。综合上述各方面因素，该化合物的本征热电优值ZT达到1.03（980 K）。进一步通过Sb掺杂优化热电性能的研究发现：Sb3+的孤对电子能够增大材料的晶格非谐性，有效增强Umklapp型散射，从而降低声子速度，使得α-Cs(Cu0.96Sb0.04)5Se3的晶格热导率进一步降低至0.40 W/m/K，热电优值ZTmax提升到1.30。该工作系统深入研究了α-CsCu5Se3体系结构和热电相关性能的关系，为低成本，高丰度，高性能硫属化合物材料的设计探索研究迈出重要的一步。

新能源汽车的迅猛发展，为动力电池产业提供了万亿级的市场容量，到 2020 年底，城市公交、出租车及城市配送等领域新能源车保有量达 60 万辆。目前使 用的石墨类伏击材料容量低，无法满足高能量密度的需求。该项目通过为动力电 池厂商提供高性能硅碳负极及其他负极材料，以提高纯电动汽车的续航里程 2 倍以上。硅负极材料具有极高的理论容量(~4200 mAh/g)，其容量是现有商业化 的石墨负极的 10 多倍。但其充放电过程中产生的大体积膨胀(~400%)会严重影响 其循环寿命。我们团队经过数年研究，提出“清矽硅碳”使普通微米硅粉进行包 覆“均匀+可控”功能层的工艺过程实现“性能+成本”的最优产业升级。美国能 源部高度评价了该项研究成果（2015 年仅有 2 项研究成果受此殊荣）。

传统的硬质合金工模具材料耐磨性和强韧性难以兼得，而其中的钨、钴元素属于稀有贵重元素。本项目所采用的Ti(C,N)基金属陶瓷不但具有较高的硬度、耐磨性、红硬性、优良的化学稳定性和高温抗氧化性、与金属间极低的摩擦系数、无磁性、而且还具有较高的强韧性，不含稀有贵重元素，其制造成本仅为硬质合金的35～40%，已在市场上得到较广泛的应用。该成果发明了系列无钴金属陶瓷强韧化、无磁化制备技术，开发了系列高性能低成本无钴金属陶瓷材料，是硬质合金理想的升级替代材料，也具有陶瓷材料、聚晶立方氮化硼等超硬材料难以相比的强韧性。 技术特征 该材料主要性能指标可达：硬度≥92.2HRA，抗弯强度≥3250MPa，断裂韧性≥9.4 MPa·m1/2。 获得相关授权国家发明专利8项，相关技术曾获国家技术发明二等奖，达到国际先进水平。

成果描述：针对磷酸铁锂锂电正极材料存在的不足和制约磷酸铁锂产业发展的一系列问题，本项目通过基于混合溶剂的液相合成方法，利用定向分子组装技术，结合独特的煅烧工艺构建了具有三维（3D）导电网络结构的正极材料，从而制备出具有独特晶体结构、良好导电性、高离子迁移速率和高振实密度的新型改性磷酸铁锂锂离子电池正极材料，同时通过先进的回收利用技术实现了生产工艺的低成本、无污染。市场前景分析：以磷酸铁锂正极材料制备的锂离子电池在移动电源、电动工具、电动自行车、电动汽车以及储能领域中有着极大的市场前景。与同类成果相比的优势分析：通过本项目的实施，达到了以下技术目标： （1）基于混合溶剂的液相法制备工艺的设计，解决现有工艺存在的材料批次间一致性差的不足，实现批次间材料克容量变化＜2%； （2）构建3D导电网络，从而解决制约LiFePO4大规模应用的重大技术难题—材料导电性差的缺陷，将材料的电导率提高到10-2Scm-1； （3）将压烧技术引入LiFePO4制备工艺，结合二次造粒粒径控制技术得到尺寸均一的亚微米颗粒，将材料振实密度提高到1.2gcm-3； （4）以本项目研制的LiFePO4作为正极材料并采用改进工艺装配的锂离子电池将达到如下性能指标： ⅰ 0.1C比容量≥160mAhg-1，1C比容量≥140mAhg-1； ⅱ 循环充放电3000次，常温放电容量高于80%； ⅲ 支持常温50C以上倍率放电，-20℃环境支持20C以上倍率放电，-20℃环境放电容量不低于常温放电容量的80%。 （5）创新反应溶剂和反应副产物的循环回收利用技术，实现生产过程绿色化、低排放和原子经济性，与现有同类材料比较，生产成本降低30%以上。

传统的硬质合金工模具材料耐磨性和强韧性难以兼得，而其中的钨、钴元素属于稀有贵重元素。本项目所采用的Ti(C,N)基金属陶瓷不但具有较高的硬度、耐磨性、红硬性、优良的化学稳定性和高温抗氧化性、与金属间极低的摩擦系数、无磁性、而且还具有较高的强韧性，不含稀有贵重元素，其制造成本仅为硬质合金的35～40%，已在市场上得到较广泛的应用。该成果发明了系列无钴金属陶瓷强韧化、无磁化制备技术，开发了系列高性能低成本无钴金属陶瓷材料，是硬质合金理想的升级替代材料，也具有陶瓷材料、聚晶立方氮化硼等超硬材料难以相比的强韧性。技术特征该材料主要性能指标可达：硬度≥92.2HRA，抗弯强度≥3250MPa，断裂韧性≥9.4 MPa·m1/2。获得相关授权国家发明专利8项，相关技术曾获国家技术发明二等奖，达到国际先进水平。应用范围:主要用途：①适用于制作各种可转位刀片，用于难加工材料的干式切削；②适合用于制作加工磁性材料的刀具和成型模具；③用于碳纤维预浸料的切割时，使用的稳定性和寿命大大高于目前进口产品；④适合于制作电子元器件生产及激光加工生产线中的专用模具，综合性能优良；⑤适合制作苛刻环境下使用的密封环和耐磨件。

一、项目简介本磷化液使用范围宽，性能稳定，处理面积大，沉渣少，成本低廉。磷化速度快，液体的使用寿命长。磷化膜分布均匀，色泽一致，膜层致密，光亮，磷化膜与基体的结合力强，可显著增强钢铁表面的耐蚀性。广泛用于螺丝、螺栓、螺帽、等钢铁材料的防腐。盐雾试验合格。可以不用硝酸配置，安全性好。二、市场前景成本低廉，操作方便，市场广阔。三、规模与投资根据市场需求，包括磷化设备最大不超过1万元。四、生产设备塑料、陶瓷或不锈钢容器。五、效益分析吨成本约1700元，售价约2600元。六、合作方式配方出售，教授配制和磷化方法，或提供磷化液。