刚刚揭晓的2021年度江苏省科学技术奖励中，中国矿业大学周福宝教授团队《巷/隧道干式过滤除尘技术研究与工程应用》项目获得省科学技术一等奖。该研究项目标志着我国煤矿掘进工作面粉尘治理技术取得重大创新，用科技突破煤矿粉尘污染，实现煤岩颗粒物年均减排10.5万吨，填补了国内技术空白，推动我国粉尘防治的科技进步。

项目成果/简介:煤层采动过程中围岩变形破坏发育规律及特征技术参数对巷道支护、保护煤柱合理留设及水害防治等具有重要意义。本方法基于光纤电法综合测试技术与钻孔结合进行煤层开采围岩破坏特征观测。通过在井下巷道或地面施工并形成不同方位单孔、多孔等观测系统，并在孔中布置分布式传感光缆和电阻率传感单元等形成一套综合测试监测系统，利用相关测试仪器采集与传输应变场、温度场及直流电场等数据，通过分析实时得到的工作面顶、底板监测区域中岩体的应变场、温度场及地电场综合地球物理场参数变化情况，评价探测目标区域采动过程中岩体变形、破坏规律及其破坏高（深）度值。同传统的钻探方法及单一地球物理场勘探相比，综合测试可查明探测剖面内岩层的结构形态，通过多次对比时空演化规律，可获取岩层在采动过程中变形破坏发育规律及特征。

针对秸秆直接还田难、综合利用率低、焚烧污染严重，土壤碳库匮缺、耕地质量提升乏力等“老、大、难”问题，沈阳农业大学率先提出了“秸秆炭化还田”新理论，确立了“以生物炭为核心，以炭化技术为基础，以生物炭基肥料和生物炭基土壤改良剂为主要发展方向，兼顾能源化利用”的技术路线。2005年以来，围绕“生物炭暨秸秆炭化综合利用技术研究与应用”，项目组先后突破了生物炭规模化制备与农业应用关键技术，构建了全产业链技术体系，推动了成果高效转化，为秸秆间接还田开辟了一条新途径。    1. 研发出“半封闭式亚高温缺氧干馏炭化工艺”和“组合式多联产生物质快速炭化设备”，突破了秸秆“低成本、大批量制炭”的产业技术瓶颈。该工艺设备对原料适应能力强、生物炭生产效率高、能耗低，有效解决了农作物秸秆密度低、含水量高、预处理能耗大、炭化效率低等问题。所制备的生物炭含碳量高、孔隙丰富，可广泛用于土壤碳封存、农田温室气体减排、化肥减量增效、耕地质量提升等领域。    2. 开发出生物炭基肥料等系列生物炭基农业投入品，集化肥减量、土壤改良、节本增效等功能于一身，寓土壤改良与土壤利用之中，突破了生物炭规模化田间应用技术瓶颈。综合运用作物学、土壤学、植物营养学、微生物学、生物信息学等方法，系统揭示了生物炭固碳、改土、保肥、持效、促生作用规律与机制。在此基础上，遵循养分归还学说和农田生态系统物质循环规律，发明了以生物炭为载体生产专用肥料、土壤改良剂、水稻育苗基质的技术与方法，开发出以生物炭基肥料为代表的系列生物炭基农业投入品，能够在不增加农民生产成本的情况下实现秸秆间接还田，解决了生物炭直接还田成本高、推广难、市场化程度低等问题，打通了生物炭规模化田间应用“最后一公里”，改变了化学类缓控释肥料只减肥、改土作用不明显、只在当季起作用的局面。    3. 开展了大规模试验示范，构建了“分散制炭、集炭异地深加工”产业模式，实现了成果转化。针对集中处置利用与秸秆等农林废弃物分布广、收储运困难之间的矛盾，构建了“分散制炭、集炭异地深加工”产业模式，将产业链中的运输成本降低约 70%；制定了《生物炭基肥料》农业行业标准并首次发布，突破了制约生物炭技术产业化和行业健康发展的“瓶颈”问题。    截至 2016 年底，项目技术累计推广 1090.2 万余亩，辐射全国 20 余个省（市、自治区）。其中，2014-2016 年，项目技术推广应用 575 万亩，新增销售额 19665.6万元，新增利润 2359.9 万元，节支增收 42890.9 万元。合计新增经济效益 45250.8万元。

我国是世界最大的铝生产国和消费国，铝产量占世界总产量的40%多，而且仍处于高速增 长中。但我国铝土矿储量仅占世界2.3%，按现有铝工业发展速度静态计算，我国铝土矿资源 将只能用10年。煤炭是我国最主要的能源资源，不仅是重要的燃料，还是重要的化工原料。煤 炭开采的副产物煤矸石，其排放量约占煤炭开采量的10%-25%，目前我国煤矸石堆积量约40亿 吨；煤燃烧利用的必然产物粉煤灰，占原煤质量的15%-40%。目前我国粉煤灰堆贮量已超过30 亿吨，而且每年以超过3亿吨的量继续产生。煤气化、液化等产生的煤化工灰渣在我国年排放 约4000万吨，未来40年我国将产生煤化工灰渣100-250亿吨。由于地质构造原因，我国的煤系固 废中氧化铝含量较高，具有回收利用铝资源的巨大潜力。 本项目采用界面活化方法诱导产生铝硅酸盐结构缺陷，在少量助剂协同作用下激发配位体 大量重组而最终提高煤系固废的反应活性，并以工业大量副产稀盐酸或硫酸为浸取剂，获取多 种高附加值化工产品；对于提铝残渣，课题组有成熟技术生产保温建筑材料,导热系数小于0.1 W/m.K，防火等级达到A级，成本低于泡沫混凝土；另外还可用于生产其它高性能建材产品。 伴随我国劳动力成本持续上升与环境保护日趋严峻，加大环境保护力度、缓解资源供给 瓶颈、推动循环经济形成较大规模、促进资源循环利用产业转型升级是废物资源化科技创新的 准则。本项目的开发成功可有效地解决煤化工灰渣的规模化处置和资源化难题，提供新型铝资 源，并将形成能源、资源、化工、冶金、环保新型循环产业链，带动我国新型煤化工技术进步 和相关产业升级。

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采用原料—>连续逆流浸提—>超滤—>反渗透—>溶剂连续逆流浸提 —>国 产填料柱层析—>分部收集—>浓缩回收—>干燥—>超临界的最新技术工艺，同时 生产速溶茶粉和各种纯度茶多酚，也可以同时得到茶氨酸和茶多糖，提取率 95% 以上，茶多酚含量 30%~98%。技术装备居国内外领先水平。

基于膜分离技术的食品加工废水处理及综合利用技术，是通过将食品加工废水或食品原料 生产过程废水进行分类回收处理，将废水中有用的成分进行回收利用，而将水进行净化使其达 标排放或循环利用，从而达到资源综合利用并彻底解决上述工业中的环境保护成本问题，并通 过有用成分的回用来取得相应的经济效益。 主要针对强酸、强碱、高蛋白、功能糖类等有高COD和BOD并有回收利用价值的食品加 工废水的处理。如大豆蛋白加工废水、甲壳素加工废水、味精生产废水、淀粉糖离交废水，等 等。

利用现代分离纯化技术和生物酶技术，将水产品加工下脚料虾蟹壳、鱼皮、鱼鳞等进行高 值利用，并解决固体废弃和废水排放问题，具有重要的环境意义和经济效益。 本项目利用酶膜耦合技术生产甲壳素、壳寡糖并联产水解动物蛋白；利用酶膜技术生产高 品质鱼蛋白肽联产饮饲用鱼粉，解决大量鱼加工下脚料处理问题，并产生较高经济效益。

反应蒸馏技术是反应操作与分离操作相互耦合的产物,虽然它是一种最有代表性和最具发展潜力的化工过程强化技术,具有大幅度降低设备投资成本与操作能耗的潜力,但是这种优势并没有在所有的反应物系中得到充分的体现,在某些条件下,反应蒸馏技术的劣势甚至比那些传统的工艺流程(一个反应器和几个传统的蒸馏塔组成的工艺流程)还要明显。例如,在分离不利物系(反应物与产物的相对挥发度相间排列,即αR1>αP1>αR2>αP2或αP1>αR1>αP2>αR2)和最不利物系(反应物是最轻和最重组分,产物是中间组分,相对挥发度的排列顺序为αR1>αP1>αP2>aR2)时,使用常规反应蒸馏技术的能耗较大或者根本无法完成分离,这影响了反应蒸馏技术优势的发挥及其使用范围。为了解决这些问题,前人提出了不同的反应蒸馏结构和改进措施,但是这些方案中都存在着一个结构缺陷,即他们都忽略了未反应的反应物通过产品侧线采出口塔板的量和浓度对于反应蒸馏塔设计的影响。为了研究这种影响,本文提出了“不利浓度”的概念,并提出了“不利浓度”判据,以度量“不利浓度”的大小和研究其对系统稳态性能的影响。为了消除“不利浓度”的影响,本文提出了一种新的过程强化方案,即采取进料分流强化双反应段蒸馏塔的设计,得到新的蒸馏塔设计方案——分料双反应段蒸馏塔。分料比、分料的数量和分料的进料位置是分料双反应段蒸馏塔设计中重要的设计变量,它们的合理设计可以显著加强蒸馏塔的内部能量耦合与物质耦合,这使得双反应段结构首次应用于分离不利物系并获得了良好的稳态性能。通过对6个反应体系的对比研究结果表明,由于大幅度降低了“不利浓度”的影响,大大降低了蒸馏塔的操作能耗,与现有反应蒸馏塔的结构方案相比,本文提出的分料双反应段蒸馏塔具有最优的经济性能。对于最不利物系,分料双反应段蒸馏塔比现有最优设计降低能耗最高达133.2%；对于不利物系,分料双反应段蒸馏塔比现有最优设计降低能耗最高达4.92%。本项目的主要研究目标是“不利浓度”对蒸馏塔设计的影响,建立以“不利浓度”及其判据为核心的理论框架,针对最不利物系以及不利物系,系统地研究分料双反应段蒸馏塔的优化与设计主要的研究工作可以归纳为以下几点：1、利用平衡级模型对分料双反应段蒸馏塔进行了模型化研究,并建立了相关数学模型。2、分别针对双反应段蒸馏塔和现有研究中稳态性能最优的外部环流反应蒸馏塔进行了灵敏度分析,对比重要设计和化学参数变化对两种结构稳态设计的影响,论述了两种结构在稳态设计方面的优缺点,说明了双反应段蒸馏塔的研究意义。3、提出了影响反应蒸馏塔分离效率和能耗的因素,并提出了“不利浓度”的概念和“不利浓度”判据。

煤层采动过程中围岩变形破坏发育规律及特征技术参数对巷道 支护、保护煤柱合理留设及水害防治等具有重要意义。本方法基于光 纤电法综合测试技术与钻孔结合进行煤层开采围岩破坏特征观测。通 过在井下巷道或地面施工并形成不同方位单孔、多孔等观测系统，并 在孔中布置分布式传感光缆和电阻率传感单元等形成一套综合测试 监测系统，利用相关测试仪器采集与传输应变场、温度场及直流电场 等数据，通过分析实时得到的工作面顶、底板监测区域中岩体的应变 场、温度场及地电场综合地球物理场参数变化情况，评价探测目标区 域采动过程中岩体变形、破坏规律及其破坏高（深）度值。同传统的 钻探方法及单一地球物理场勘探相比，综合测试可查明探测剖面内岩 层的结构形态，通过多次对比时空演化规律，可获取岩层在采动过程 中变形破坏发育规律及特征。