水源图像检测和分类在监测和识别河流冰灾、洪水、垃圾污染和死水等方面有很多应用。然而，海水、河水、湖水和池塘这些称之为干净水源的图像，可能和一些污染水源的图像重叠，加之冰雪天气下水体结冰等因素的存在，使得水源图像分类的问题更加复杂。在这些情况下，精确的水资源图像检测和分类就显得至关重要。本项目基于RGB图像对水源进行分类，达到水污染检测的目的。本项目的创新点在于提出一种新的图像频率域分块方法，将图像之间的细微变化放大，有效地提取图像的纹理特征，区分污染水源图像和干净水源图像，并且对水体

超滤技术主要用于含分子量100～1000,000的物质的分离，是目前应用最广的膜分离过程之一。超滤是通过膜的筛分作用，将溶液中粒径大于膜孔径的大分子溶质截留，使小分子组分透过超滤膜，达到分离目的的膜过程。超滤作为一种新型高效的膜分离技术，具有无相变、操作条件温和、无第三组分引入、工艺流程简单等优点，可代替传统的分离技术，如精馏、蒸发、萃取、结晶等过程，但是超滤过程中的膜污染严重限制了超滤在分离领域的更广泛应用。国际纯粹和应用化学协会 IUPAC 将膜污染定义为由于悬浮物或可溶性物质通过物理化学作用或者机械作用，在膜的表面及膜孔内部吸附或沉积，导致膜孔堵塞或变小、膜通量降低的过程。目前，解决高分子超滤膜污染的根本途径是开发低污染超滤膜，包括开发新型高分子材料及对现有超滤膜进行表面改性。前者制膜成本较高，并在大规模应用上存在困难。而对现有膜进行表面改性则成为解决高分子超滤膜膜污染的有效途径。

长期以来，石油炼制、石化和煤化工产品加工、制药、新材料等生产过程中的副产物多、能耗高、污染大等技术问题一直困扰国际学术界与工程界。团队另辟蹊径，采用完全不同于国际上的方法，解决了大规模制造微气泡（微米级尺度）的理论问题与相关技术原理，并研发了核心装备，发明了数以十亿计的微气泡系统的测试与表征方法，建立并开发了制造和调控微气泡与气液微界面的数学模型与计算机软件，同时在实验室研究和工业应用中，突破了国内外微气泡系统的气/液比不能超过0.05/1的上限，把

“石墨烯微结构的精准调控及其应用”首次实现石墨烯单晶量子点和单层石墨烯微结构的精准控制。 一、项目分类 重大科学前沿创新 二、成果简介 近年来，石墨烯领域未获得突破性应用成果，也未找到“杀手锏”应用领域，关键是石墨烯结构调控不到位。一个基本的共识是，对石墨烯材料的结构进行设计和调控，有助于在光电器件、能源转化存储、重大疾病诊疗、污染物治理等领域取得重大突破。上海大学吴明红院士领衔的研究团队聚焦“石墨烯微结构的精准调控及其应用”取得了开创性的研究成果，首次实现石墨烯单晶量子点和单层石墨烯微结构的精准控制，在Nature及其子刊上发表十余篇系列论文，获得国家自然科学二等奖。负责人吴明红是中国工程院院士、俄罗斯工程院和俄罗斯科学院外籍院士，获国家杰出青年基金、教育部长江学者及创新团队发展计划等支持。团队依托有机复合污染控制工程教育部重点实验室，推动基础科研成果向应用转化，在生物医学、环境治理等领域取得了相关应用突破。 一、主要理论突破 聚焦于研究主题，团队在以下三个方面取得重要突破： 1）为解决传统方法制备的石墨烯缺陷多，无法量产的问题，团队在分子水平上首次使用分子融合法实现了高品质单晶石墨烯量子点的可控制备。通过对单晶石墨烯量子点精准的物理化学性质调控实现了不同亚细胞器的定位，有力推动了石墨烯量子点在生物成像、重大疾病诊疗中的应用。 2）为解决单层石墨烯容易聚集的难题，团队通过“原位复合与还原”一步法调控策略，获得单层石墨烯复合催化材料。团队首次在该材料上观测到光生电子空穴对分离的皮秒级超快过程，发现并揭示了单层石墨烯高效抽取和快速传输光电子这一重要规律，为高质量单层石墨烯复合材料在催化等领域的广泛应用奠定了坚实的理论基础。 3）精确调节石墨烯层间距，可以将石墨烯有针对性地应用于离子筛分、污染物选择性吸附等广泛领域。团队通过金属水合离子的层间插入控制氧化石墨烯层间距，在国际上首次实现了层间距在超小尺度上（1 Å）的精确控制。 二、在黑臭水体治理、地表水水质提升上的应用 地表水内源污染治理的关键是削减河道污染负荷，重建水生生态。团队以层间距可控石墨烯为基质，发展了水环境污染生态修复的叠层材料。以石墨烯为基体的复合微生物在其表面生长并形成生物膜，通过石墨烯和生物膜的协同作用，对水体污染物进行高效截留、吸附并降解。该复合技术运行成本低，治理周期短，工艺简单，无需底泥疏浚即可将地表水提升至IV类水以上水质指标，对河水的COD、氨氮和总磷，去除率达到80%以上。目前，团队已与上海宝山区政府建立多个石墨烯治理黑臭水体示范基地，显著提升当地水质环境水平。 三、石墨烯负极材料的钠离子电池储能系统应用 锂资源的匮乏，不足以支撑锂离子电池在储能市场的广泛应用，其成本较高的弊端也逐渐显露。同时国内外化学储能市场需求越来越大，促使研究者们利用资源丰富的钠元素组装得到钠离子电池。 经过对钠离子电池材料体系筛选和研究，本团队核心材料选用普鲁士蓝及其类似物作为钠离子电池正极，碳基材料作为钠离子电池负极。其中普鲁士蓝制备主要采用沉淀法及水热法，能耗更低。此外，普鲁士蓝能够作为一种染料进行使用，其安全性非常高。经过一系列放大，正极普鲁士蓝材料的充放电比容量达到160 mAh/g，碳负极材料的充放电比容量达到300 mAh/g。经过中试线生产预制，单体电池工作电压在3.2 V左右，能量密度在100 Wh/kg以上。单体电池在穿刺、挤压、外部短路、及破坏后浸水测试的情况下，均没有发生自燃和爆炸等情况，安全性高。 目前，拟搭建5条钠离子电池储能全自动生产线及相关配套设施，研发生产低成本、高安全、长寿命钠离子电池关键材料，实现高性能钠离子电池产品产业化，预计至2026年项目达产后，年产值达约22.5亿元；年亩均产值1666万元。 四、石墨烯传感材料在呼吸式血糖仪中的应用 我国糖尿病人数众多，并逐年上升。血糖检测仪与检测试纸市场规模约为460亿元，然而国外品牌却占市场份额大半。现有血糖仪采取长期有创刺血检测，存在很大感染风险，给病友带来巨大的生理和心理上的痛苦。呼吸式血糖检测无创，吹气即可检测，完美解决市场痛点。 糖尿病患者呼吸的气体中，可检测的VOCs较异常，需要高灵敏度的气体传感器进行识别。但是，常规气敏传感材料检测限与响应恢复能力不足，且难以在复杂气体氛围中实现特异性检测。团队通过对石墨烯带隙和表界面特性的精确调控，实现皮秒级载流子空穴的形成，从而实现对气体分子的快速响应，解决气体传感器灵敏度、选择性和响应恢复迅速的关键科学问题。研发的呼吸式血糖仪可满足确诊病友的日常检查、实现医院、公共场所快速筛查、手机APP记录管理以及网上专家互动诊断等功能，具有无创伤、无痛苦、便捷即时（15s）等特点，是首款呼吸式血糖检测产品。目前已二类医疗器械证书，即将已进入临床阶段。

仪器概述 本仪器是基于【铂金圆环法原理】实现精确液体的表面张力值的测量，广泛应用在化工、石油、电力、科研、铁路等行业。铂金圆环法原理： 铂金环法是一种传统的测试方法，它是用直径0.37mm的铂金丝做成周长为60mm的环。测试时先将铂金环浸入液面(或二种不相混合的界面)下2-3mm，然后再慢慢将铂金环向上提，环与液面会形成一个膜。膜对铂金环会有一个向下拉的力，测量整个铂金环上提过程中膜对环的所作用的最大力值，再换算成真正的表面(界面)张力值。 技术参数 1、显示方式：240x128点阵中文液晶屏 2、测量方式：铂金圆环法原理 3、铂金环半径：r9.55 铂丝r0.3 4、测量范围：0-200mn/m 5、灵 敏 度：0.1mn/m 6、准 确 度：±0.1mn/m 7、自检功能：故障自动诊断 8、温度补偿：自动温度补偿 9、外形尺寸：240×190×350mm 性能特点 1、液晶屏显示，中文提示菜单操作，自动升降，平稳性好。 2.、具有25℃自动温度补偿功能，解决了温度对所测张力值的影响。 3、仪器自动调零、自动测定、计算、显示实验结果，具有掉电存储功能。 4、使用磁罐封闭式传感器，采用等间隔多点标定，提高了测量结果的重复性和再现性。   网址链接 http://www.csscyq.com/proshow.asp?id=777

技术团队围绕污染场地环境土壤评估与修复通过环境修复新材料及修复 新技术的创新融合，实现技术研发、技术服务、技术应用的协同创新。通过 研发环境修复新技术与新产品，通过项目技术应用及推广已形成一整套污染 场地治理修复技术，项目可培育出完整的产业链，并最终有望形成国内具有竞 争优势的技术产业集群。

荧光技术是近 20 年来兴起的新型分析方法，灵敏度高、适用范围广。污水和水体的荧光光谱是多物质产生的复合光谱，它们与水样唯一对应，被称为“水质荧光指纹”，简称“水纹”。该法在污染性质快速判断方面具有独特优势。荧光指纹是水样内蕴特征的反映，还携带了有机物总量信息，可作为新型的水质表征方法。课题组从 2003年开始从事水纹研究，在清华大学基础研究基金、教育部科技重点项目、清华大学自主研究项目、国家重大水专项等项目资助下，掌握了数百种水纹，创新性开发出基于水纹比对的新型预警和污染识别原理，并研发出污染预警溯源仪。获得 2 项发明专利，第 16 届中国国际工业博览会高校展区二等奖。

1 成果简介我国水污染事故频发， 以有机污染为主。现有技术不能迅速确定污染类型，因此事故发生后无法迅速采取恰当的应对， 是产生重大经济和环境损失以及负面国际影响的主要原因。为维护水环境安全，保障人民生活和生产， 需要一种能迅速确定污染类型的、环境友好的水体有机污染预警技术。 水质指纹与水样唯一对应， 简称水纹。课题组从 2003 年开始从事水纹研究，在清华大学基础研究基金、教育部科技重点项目、教育部清华大学自主研究项目、国家十一五重大水专项等项目资助下， 掌握了上百种水纹，创新性开发出基于水纹比对的新型污染识别原理，并研发出有机污染溯源仪，填补了迅速确定污染类型的仪器的空白。该仪器由水纹采集仪、水纹比对软件和丰富的水纹数据库组成，可以识别数十种有机污染类型。仪器的特点如下：自动取样，自动测量，自动比对；数据库设计人性化，可以自动添加新指纹；数据自动保存；水纹采集仪性能稳定，使用、维护简便，当仪器光源老化时，自动提示更换等。上述优点表明该仪器既适合在线实时监测，也可以作为监测车和实验室的专用仪器。查新表明，国内外目前尚未发现有相似原理的仪器。 性能参数：灵敏度高，信噪比达到 250；完成一次溯源任务不足 15 分钟，测量时间短，重现性好；工作温度/湿度 15-350℃， 45-80%（不可有冷凝现象，350℃以上时湿度为 70%以下)；不加任何试剂，取样量少，不产生二次污染；连续 24 小时使用耗电仅数度，成本低。 图1 有机污染预警溯源仪2 应用说明2011 年 7 月至 2012 年 3 月，水质有机污染溯源预警仪在京杭运河江苏苏州段进行了为期 3 个月的实地连续测试运行， 仪器检测出数次水质异常，并及时进行了报警， 现场测试表明，该仪器能够灵敏、及时地监测到污染的发生和变化， 预警迅速，并能给污染类型的信息，对于快速确定有针对性的采取污染应对措施大有益处。 目前正在太湖水源地进行示范运行。 仪器经过了权威第三方的检测。3 效益分析由于目前国内外尚无同类产品，而污染预警和溯源的需求比较迫切，因此本仪器具有较大的推广空间。本仪器价格每台约 60 万元。而本仪器运行稳定、灵敏。总体上，仪器成本低，维护省，快速，无二次污染， 24 小时连续使用，运行费每月在 3000 元左右，具有明显的经济和技术优势。

化学化工与材料、生命科学类等研究与实践应用中，在对样品进行冻干处理时必须用到冰冻干燥仪，传统冰冻干燥仪由真空泵（油泵）、制冷压缩机（-55℃——-60℃）、保护瓶及样品室等主要部件组成。该设备的冻干原理是：通过油泵创造一个真空环境，加速冰冻生物样品（≤-20℃）中的水分子的升华；通过制冷压缩机将升华的水分子再次冷凝于-55℃——-60℃的冷阱中，以免与油泵中起密封作用的机油混合。近年来，该设备的改进主要仅是将样品冷冻单元并入，实现冷冻、干燥、参数控制一体化的原位制冷但成本高，不便小规模市场应用。 传统冰冻干燥仪的不足之处主要体现在以下5个方面：①能耗高，油泵运转、制冷机运转都高耗能；②使用繁琐，不便捷。机油需要定期更换；③污染严重，这种污染主要是油泵启动初期，大量油烟从排气口喷出，造成严重的污染；④不便移动，为了将油烟排到户外，通常要连接并固定一根长管到户外，导致移动不便；⑤噪音大、耗能高，自连续运转的油泵和短时停运的制冷机需耗能并产生大量噪音。 与传统冰冻干燥仪器相比，本实用新型具有低能耗、低噪音、无污染、便于移动、使用与维护简单、工作量低等优点，在处理不易受温度制约样品的小型干燥仪方面有一定的创新性、优越性与市场推广应用价值，有持续性的市场应用前景。目前在本单位内部实验室的实际应用中取得了良好效果。 图1.本项目自制的一体式冻干机

一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 近年来随着我国生态文明建设发展和长江黄河大保护等政策的颁布实施，高污染行业逐步关停，产生大量工业污染场地。化工行业退役场地由于其生产工艺复杂、污染程度较高，亟待合理修复，降低风险，以满足土地再利用的要求。然而，这些场地通常具有芳烃、石油烃、卤代物、重金属等复合污染特征，难以通过单一技术一步完成修复。因此，针对工业遗留场地有机-重金属复合重度污染土壤需要快速修复的需求。