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【發(fā) 明 人】段金廒；魯學(xué)軍；錢(qián)大瑋；郭盛 【摘要】 本實(shí)用新型公開(kāi)了一種利用中藥材及中藥生產(chǎn)過(guò)程廢棄物制取生物炭的裝置，它包括：剁刀式切斷機(jī)，錘片式破碎機(jī)，提升上料機(jī)，滾筒式干燥機(jī)，螺旋輸送機(jī)，連續(xù)式無(wú)氧熱解炭化機(jī)，煙氣余熱回收器，熱水貯罐，旋風(fēng)分離器，過(guò)濾器，第一冷凝器，第二冷凝器，淋洗塔，木煤氣貯罐，熱水泵，油水分離器，抽送風(fēng)機(jī)，循環(huán)泵和增壓泵。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，操作方便，可利用中藥材及中藥生產(chǎn)過(guò)程廢棄物制取生物炭，節(jié)能環(huán)保，可實(shí)現(xiàn)資源綜合利用，變廢為寶，成本低，具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境保護(hù)作用。  

【技術(shù)背景】 據(jù)聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署報(bào)道，全球每年產(chǎn)生約5000萬(wàn)噸的電子廢棄物，超過(guò)70%的電子廢棄物產(chǎn)生于中國(guó)，電子廢棄物的有效處理及處置已成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)。作為典型的電子廢棄物，截止2018年，鉛酸蓄電池仍占全部二次電池的55%，擁有最大市場(chǎng)份額。 目前，國(guó)內(nèi)外廣泛采用火法冶煉的廢鉛膏回收再生工藝，溫度高達(dá)1000°C以上，產(chǎn)生大量揮發(fā)性鉛塵和SOx，傳統(tǒng)火法再生鉛引發(fā)的“血鉛”等環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)受到廣泛關(guān)注?？紤]到電子廢棄物具有資源性和污染性的雙重特性，如何實(shí)現(xiàn)電子廢棄物的清潔回收是本領(lǐng)域的難點(diǎn)。 【痛點(diǎn)問(wèn)題】 1、廢鉛酸蓄電池鉛膏組分復(fù)雜，如何實(shí)現(xiàn)微量雜質(zhì)元素（尤其是Fe和Ba元素）與目標(biāo)Pb元素在回收過(guò)程中高效分離是濕法回收的技術(shù)挑戰(zhàn)； 2、傳統(tǒng)鉛酸蓄電池存在著活性物質(zhì)利用率低、能量密度低、循環(huán)壽命短等亟待解決的瓶頸問(wèn)題。 【解決方案】 本技術(shù)研發(fā)了廢鉛酸蓄電池鉛膏有機(jī)酸短流程回收方法及檸檬酸鉛兩段法焙燒制備新型鉛粉方法，進(jìn)而制備出高性能的鉛炭電池，實(shí)現(xiàn)含鉛組分的高效清潔回收。鉛炭電池由于具有電容效應(yīng)，有望解決傳統(tǒng)鉛酸蓄電池比能量密度低的不足。

成果簡(jiǎn)介： 該吸附材料以有機(jī)農(nóng)業(yè)固廢花生殼和給水廠(chǎng)污泥作為原料，制備出兼具高效吸附水中有機(jī)污染物和磷的新型復(fù)合吸附材料，既有改性生物炭的吸附作用，又具有聚合氯化鋁污泥的除磷能力，特別是對(duì)含染料廢水及污水深度除磷有良好的去除效果，原料來(lái)源廣泛，制備成本低廉，達(dá)到以廢治廢的目的，高效、環(huán)保、低成本，開(kāi)拓了花生殼和給水污泥資源化利用的新途徑。

本成果發(fā)明了以秸稈和廢棄動(dòng)物蛋白酸解氨基酸為原料，物料和空間均無(wú)需嚴(yán)格滅菌下大規(guī)模制造木霉固體菌種的技術(shù)工藝，突破了木霉全元生物有機(jī)肥制造技術(shù)瓶頸。 一、項(xiàng)目分類(lèi) 顯著效益成果轉(zhuǎn)化 二、成果簡(jiǎn)介 木霉生物量大、根表定殖能力強(qiáng)、次生代謝產(chǎn)物種類(lèi)多和含量高，促生和生防效果比細(xì)菌更顯著，但木霉在液體擴(kuò)繁后期不能有效產(chǎn)孢，需再進(jìn)行固體發(fā)酵才能獲得高濃度木霉固體菌種，傳統(tǒng)工藝原料貴、物料嚴(yán)格滅菌成本高，難以擴(kuò)大規(guī)模，這是木霉生物有機(jī)肥產(chǎn)業(yè)中的技術(shù)瓶頸。本成果發(fā)明了以秸稈和廢棄動(dòng)物蛋白酸解氨基酸為原料，物料和空間均無(wú)需嚴(yán)格滅菌下大規(guī)模制造木霉固體菌種的技術(shù)工藝，突破了木霉全元生物有機(jī)肥制造技術(shù)瓶頸。

本發(fā)明公開(kāi)了一種利用畜禽糞便及農(nóng)作物秸稈獲得電能和沼肥的裝置，包括槽體，槽體通過(guò)隔板分割成陽(yáng)極室和陰極室，在陰極室內(nèi)設(shè)置陰極材料，在陽(yáng)極室內(nèi)設(shè)置陽(yáng)極材料，陰極材料和陽(yáng)極材料通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)和外電路負(fù)載連接，在隔板上靠近槽底位置設(shè)置聚乙烯異相陽(yáng)離子交換膜：將從沼液中馴化得到的產(chǎn)電微生物菌群、處理后的畜禽糞便和農(nóng)作物秸稈攪拌均勻后以間歇或連續(xù)的方式加入陽(yáng)極室作為陽(yáng)極室液，將水加入陰極室作為陰極室液；在溫度25～37℃的條件下，恒溫培養(yǎng)12～36小時(shí)后，發(fā)生產(chǎn)電效應(yīng)，并公開(kāi)了其使用方法。本發(fā)明裝置在常溫下運(yùn)作，產(chǎn)電性能好、生產(chǎn)成本低、操作簡(jiǎn)便無(wú)污染，對(duì)缺乏電力基礎(chǔ)設(shè)施的局部地區(qū)，具有廣泛的應(yīng)用潛力。

混凝土結(jié)構(gòu)因其脆性大的弱點(diǎn)，在工程應(yīng)用中往往不可避免產(chǎn)生開(kāi)裂?；炷两Y(jié)構(gòu) 因開(kāi)裂導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)水密性下降、滲漏，影響工程的使用壽命，甚至無(wú)法正常使用。 這是建筑界普遍存在的問(wèn)題。水工、道路、橋梁等工程中混凝土結(jié)構(gòu)受損后，需要進(jìn)行 快速修補(bǔ)。從混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生開(kāi)裂的原因與環(huán)境條件分析，開(kāi)發(fā)新型高性能修補(bǔ)材料具 有重要意義。 本發(fā)明技術(shù)根據(jù)不同現(xiàn)代混凝土工程的修補(bǔ)需求，開(kāi)發(fā)出系列高性能快速修補(bǔ)材料， 包括超快硬修補(bǔ)材料、快硬早強(qiáng)修補(bǔ)材料、高性能快速修補(bǔ)材料。 高性能水泥基系列快速修補(bǔ)材料的主要特點(diǎn)是早期強(qiáng)度高、無(wú)收縮、與基面粘接強(qiáng) 度高、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好、耐久性?xún)?yōu)越等特點(diǎn)。還具有耐磨性好、抗沖擊性能優(yōu)越、高抗凍 性等特殊功能。更重要的是通車(chē)時(shí)間可從 3 小時(shí)到 24 小時(shí)內(nèi)調(diào)節(jié)。 高性能水泥基系列快速修補(bǔ)材料可廣泛適用于道路、機(jī)場(chǎng)跑道、鋼筋混凝土、輕集 料混凝土、橋梁、建筑、水工和路面等混凝土結(jié)構(gòu)物（構(gòu)筑物）等裂縫或缺陷的修補(bǔ)， 也適合于路面的大面積修補(bǔ)，尤其適合于北方嚴(yán)寒、鹽凍地區(qū)的工程應(yīng)用。 

項(xiàng)目涉及的產(chǎn)品是鈦基合金，具體包括鈦鐵合金、鈦鋁合金以及鈦鋁釩合金等，其廣泛用于冶金、國(guó)防、軍工、航空、航天以及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。目前，現(xiàn)有的鈦及鈦合金等鈦材的利用流程仍全是高鈦渣/金紅石-高溫氯化-真空還原-精制-海綿鈦-破碎-真空熔煉-鈦材這一高能耗、高污染的高成本生產(chǎn)工藝。東北大學(xué)在國(guó)家973、國(guó)家自然科學(xué)基金以及企業(yè)重大科技攻關(guān)等項(xiàng)目的聯(lián)合資助下，針對(duì)現(xiàn)有金屬熱還原法直接制備鈦基合金存在的鈦氧化物還原不徹底等技術(shù)難題，發(fā)明了基于噴吹金屬蒸氣深度多級(jí)還原直接冶煉鈦基合金的新技術(shù)，并突破了其噴吹金屬蒸氣深度還原裝備的技術(shù)難題，建成了噸級(jí)規(guī)模的基于噴吹深度多級(jí)還原裝備。成功制備出氧含量低于0.6%的低氧高鈦鐵；氧含量低于0.1%，氮含量低于200ppm的鈦鋁合金及鈦鋁釩合金，目前已完成20kg規(guī)模的放大試驗(yàn)，建成了噸級(jí)規(guī)模的基于噴吹深度多級(jí)還原核心裝備，進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化和推廣應(yīng)用階段。核心成果已獲得國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利６項(xiàng)，整體技術(shù)及裝備水平世界領(lǐng)先。 項(xiàng)目研究形成了從方法-產(chǎn)品-裝備的原始創(chuàng)新，突破直接熱還原法制備鈦基合金的技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了鈦合金的短流程清潔制備，為國(guó)家安全建設(shè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供了戰(zhàn)略物質(zhì)保障社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著。未來(lái)5年，我國(guó)特種鋼精煉用高鈦鐵合金用量可達(dá)30萬(wàn)噸，若投資建立一條深度多級(jí)還原直接冶煉低氧高鈦鐵的生產(chǎn)線(xiàn)，可實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)量5000噸的規(guī)模，其總產(chǎn)值可達(dá)2.5億元以上，年均創(chuàng)造效益約5000萬(wàn)元。建設(shè)一條1000噸規(guī)模的鈦鋁基鈦合金生產(chǎn)，其總產(chǎn)值可達(dá)2億元以上，年均創(chuàng)造效益約5000~8000萬(wàn)元。因此項(xiàng)目建設(shè)將極大地拉動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)。

依托“湖南大學(xué)碳材料研究所”，建成國(guó)內(nèi)瀝青基碳纖維生產(chǎn)基地，逐步用碳纖維復(fù)合材料取代鋁合金、鋼筋等，促進(jìn)建筑行業(yè)、汽車(chē)行業(yè)的“產(chǎn)業(yè)革命”，打造百億、千億的產(chǎn)業(yè)集群，把湖南長(zhǎng)沙打造成全球第四家擁有整套高性能瀝青基碳纖維制備技術(shù)的生產(chǎn)基地，確立長(zhǎng)沙中國(guó)“碳谷”地位。目前已研發(fā)出高性能瀝青基連續(xù)長(zhǎng)絲炭纖維。 相關(guān)研究成果已應(yīng)用于航天、航天、承載一體化、沖擊載荷下微結(jié)構(gòu)、兵器材料等，為我國(guó)武器裝備發(fā)展和國(guó)防科技工業(yè)進(jìn)步提供了基礎(chǔ)支撐。合作單位包括國(guó)防科工局、中科院近代物理所、中國(guó)兵器工業(yè)第二0一研究所、中國(guó)工程物理研究院、航天科工集團(tuán)、航天科技集團(tuán)、中國(guó)兵器集團(tuán)等國(guó)防軍工單位。

傳統(tǒng)的CCD、CMOS硅基成像器件都不能響應(yīng)紫外波段的光信號(hào)，這是因?yàn)樽贤獠ǘ蔚墓獠ㄔ诙嗑Ч柚写┩干疃群苄。?lt;2nm）。但是近年來(lái)隨著紫外探測(cè)技術(shù)的日趨發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越需要對(duì)紫外波段進(jìn)行更深的探測(cè)分析與認(rèn)識(shí)。紫外探測(cè)技術(shù)是繼激光探測(cè)技術(shù)和紅外探測(cè)技術(shù)之后發(fā)展起來(lái)的又一軍民兩用光電探測(cè)技術(shù)。幾十年來(lái)，紫外探測(cè)技術(shù)已經(jīng)逐漸應(yīng)用于光譜分析、軍事、空間天文、環(huán)境監(jiān)測(cè)、工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)用生物學(xué)等諸多領(lǐng)域，對(duì)現(xiàn)代科研、國(guó)防和人民生活都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。特別是在先進(jìn)光譜儀器方面，國(guó)內(nèi)急迫需要響應(yīng)波段拓展到紫外的硅基成像器件。硅基成像器件如CCD、CMOS是應(yīng)用最廣泛的光電探測(cè)器件。當(dāng)前最先進(jìn)的光譜儀器大都采用了CCD或CMOS作為探測(cè)器件，這是因?yàn)镃CD、CMOS具有靈敏度強(qiáng)、噪聲低、成像質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。但由于紫外波段的光波在多晶硅中穿透深度很?。?lt;2nm），CCD、CMOS等在紫外波段響應(yīng)都很弱。成像器件的這種紫外弱響應(yīng)限制了其在先進(jìn)光譜儀器及其他領(lǐng)域紫外波段探測(cè)的使用。 在技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家,寬光譜響應(yīng)范圍、高分辨率、高靈敏度探測(cè)器CCD已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高檔光譜儀器中。上世紀(jì)中葉美國(guó)Varian公司開(kāi)發(fā)的Varian700 ICP-AES所使用的寬光譜CCD檢測(cè)器分辨率達(dá)0.01nm,光波長(zhǎng)在600nm和300nm時(shí)QE分別達(dá)到了84%和50%；美國(guó)熱電公司開(kāi)發(fā)的CAP600 系列ICP所用探測(cè)器光譜響應(yīng)范圍更是達(dá)到165～1000nm，在200nm時(shí)的分辨率達(dá)到0.005nm.法國(guó)Johinyvon的全譜直讀ICP，其所用的CCD探測(cè)器像素分辨率達(dá)0.0035nm,紫外響應(yīng)拓展到120nm的遠(yuǎn)紫外波段。德國(guó)斯派克分析儀器公司的全譜直讀電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀一維色散和22個(gè)CCD檢測(cè)器設(shè)計(jì)，其光譜響應(yīng)范圍為120－800nm。德國(guó)耶拿JENA 連續(xù)光源原子吸收光譜儀contrAA采用高分辨率的中階梯光柵和紫外高靈敏度的一維CCD探測(cè)器，分辨率達(dá)0.002nm,光譜響應(yīng)范圍為189—900 nm?？偠灾?，發(fā)達(dá)國(guó)家在寬光譜響應(yīng)和高分辨率高靈敏度探測(cè)器件的研制領(lǐng)域已取得相當(dāng)?shù)某删?。主要技術(shù)指標(biāo)和創(chuàng)新點(diǎn)（1）  我們?cè)趪?guó)內(nèi)首次提出紫外增強(qiáng)的硅基成像器件，并在不改變傳統(tǒng)硅基成像探測(cè)器件的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，利用鍍膜的方法增強(qiáng)成像探測(cè)器件CCD、CMOS的紫外響應(yīng)，使其光譜響應(yīng)范圍拓寬到190—1100nm，實(shí)現(xiàn)對(duì)190nm以上紫外光的探測(cè)。（2）  提高成像探測(cè)器的紫外波段靈敏度，達(dá)到0.1V/lex.s。（3）  增強(qiáng)成像探測(cè)器件的紫外響應(yīng)的同時(shí)，盡量不削弱探測(cè)器件對(duì)可見(jiàn)波段的響應(yīng)。（4）  選用適合的無(wú)機(jī)材料，克服有機(jī)材料使用壽命短的缺陷。 紫外探測(cè)技術(shù)已經(jīng)逐漸應(yīng)用于光譜分析、軍事、空間天文、環(huán)境監(jiān)測(cè)、工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)用生物學(xué)等諸多領(lǐng)域，對(duì)現(xiàn)代科研、國(guó)防和人民生活都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。特別是在先進(jìn)光譜儀器方面，國(guó)內(nèi)急迫需要響應(yīng)波段拓展到紫外的硅基成像器件，該設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)CCD、CMOS結(jié)合，能滿(mǎn)足寬光譜光譜儀器所需的紫外響應(yīng)探測(cè)器的需要。能提高光譜儀器光譜響應(yīng)范圍，在科學(xué)實(shí)驗(yàn)和物質(zhì)分析和檢測(cè)中具有很廣的市場(chǎng)前景。 該設(shè)計(jì)樣品能取代傳統(tǒng)CCD、CMOS，應(yīng)用于大型寬光譜光譜儀器上，作為光譜儀的探測(cè)器件。將傳統(tǒng)光譜儀器的光譜檢測(cè)范圍拓寬到190—1100nm. 實(shí)現(xiàn)紫外探測(cè)和紫外分析。具有較強(qiáng)的市場(chǎng)推廣應(yīng)用價(jià)值。

北京大學(xué)物理學(xué)院“極端光學(xué)創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)”王劍威研究員和龔旗煌院士領(lǐng)導(dǎo)的課題組，與英國(guó)、丹麥、奧地利和澳大利亞的學(xué)者合作，實(shí)現(xiàn)了硅基集成光量子芯片上的多體量子糾纏和芯片-芯片間的量子隱形傳態(tài)功能，為芯片上光量子信息處理和計(jì)算模擬的應(yīng)用，奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果于近日發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)物理期刊Nature Physics(https://www.nature.com/articles/s41567-019-0727-x)。 集成光量子芯片技術(shù)，結(jié)合了量子物理、量子信息和集成光子學(xué)等前沿學(xué)科，通過(guò)半導(dǎo)體微納加工制造高性能且大規(guī)模集成的光量子器件，實(shí)現(xiàn)對(duì)光量子信息的高效處理、計(jì)算和傳輸?shù)裙δ堋Ｆ渲?，利用硅基平面光波?dǎo)集成技術(shù)的光量子芯片具有諸多獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，包括集成度高、穩(wěn)定性好、編程操控性?xún)?yōu)越和可單片集成核心光量子器件等，因此被認(rèn)為是一種實(shí)現(xiàn)光量子信息應(yīng)用的重要手段之一。 A. 硅基量子隱形傳態(tài)和多光子量子糾纏芯片的示意圖，左上角為集成量子光源的電子顯微鏡圖；B. 量子隱形傳態(tài)的量子線(xiàn)路圖；C. 量子糾纏互換的量子線(xiàn)路圖；D. GHZ糾纏制備的量子線(xiàn)路圖 北京大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)與布里斯托爾大學(xué)、丹麥科技大學(xué)、奧地利科學(xué)院、赫瑞-瓦特大學(xué)和西澳大利亞大學(xué)科研人員密切合作，在硅基光量子芯片技術(shù)和應(yīng)用方面取得了突破性進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)展了一種基于微環(huán)諧振腔的高性能集成量子光源，通過(guò)硅波導(dǎo)的強(qiáng)四波混頻非線(xiàn)性效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了光子全同性?xún)?yōu)于90%、無(wú)需濾波后處理的50%觸發(fā)效率的單光子對(duì)源，達(dá)到了對(duì)4組微腔量子光源陣列的相干操控，片上雙光子量子糾纏源的保真度達(dá)到了92%。團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵的可編程片上雙比特量子糾纏門(mén)，可以按照功能需要切換貝爾投影測(cè)量和量子比特焊接操作，通過(guò)量子態(tài)層析實(shí)驗(yàn)確認(rèn)了高保真的雙比特糾纏操作。 研究團(tuán)隊(duì)在單一硅芯片上實(shí)現(xiàn)了高性能量子糾纏光源、可編程雙比特量子糾纏門(mén)，以及可編程單量子比特測(cè)量的全功能集成，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了三種核心量子功能模塊——芯片上四光子真糾纏、量子糾纏互換、芯片-芯片間的高保真量子隱形傳態(tài)。通過(guò)對(duì)兩對(duì)糾纏光子對(duì)進(jìn)行量子比特焊接操作，團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)并判定了四比特Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ) 真量子糾纏的存在；通過(guò)對(duì)兩對(duì)糾纏光子中各一個(gè)光子進(jìn)行貝爾投影操作，實(shí)現(xiàn)了量子糾纏互換功能，使來(lái)自不同光子源的光子間產(chǎn)生了量子糾纏；利用兩個(gè)芯片間的量子態(tài)傳輸和量子糾纏分布技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)芯片間任意單量子比特的量子隱形傳態(tài)，達(dá)到了近90%的隱形傳態(tài)保真度。 團(tuán)隊(duì)研制的硅基多光子量子芯片尺寸僅占幾平方毫米，比傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法小了約5-6個(gè)數(shù)量級(jí)，不僅達(dá)到了器件的微型化，同時(shí)具備了單片全功能集成、器件編程可控、系統(tǒng)性能優(yōu)越等特點(diǎn)，其中量子隱形傳態(tài)保真度優(yōu)于已報(bào)道的其它物理實(shí)現(xiàn)方法。多體量子糾纏體系的片上制備與量子調(diào)控技術(shù)，為片上量子物理基礎(chǔ)研究和片上光量子信息處理傳輸、量子計(jì)算模擬的應(yīng)用提供了重要基礎(chǔ)。