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本項目以新研發(fā)的工業(yè)煙塵PM2.5霧霾治理的專用過濾材料為對象，建立以新型水刺濾料為核心的系列化PM2.5濾料生產(chǎn)線和高水平企業(yè)，緊隨國家大氣霧霾治理需求，服務廣大市場。 近年來，我國霧霾形勢十分嚴重。袋式除塵是實現(xiàn)煙塵控制的一種主要技術，濾料是決定其性能的核心部件。目前，袋式除塵器中使用的常規(guī)針刺氈濾料是為常規(guī)大顆粒粉塵捕集準備的，在針刺過程產(chǎn)生的大徑穿孔，使除塵器難以捕獲 PM2.5 超細顆粒，因此排放到大氣中的粉塵超過 90%為 PM2.5 超細顆粒。而水刺濾料則可有效解決濾料生產(chǎn)過程導致的大徑穿孔和纖維損傷難題，更為高效捕集PM2.5顆粒物，必將作為新一代高效過濾材料，廣泛用于大氣顆粒物污染控制。 本項目所用技術為國際領先水平，具有如下優(yōu)勢： 1）研制的水刺新產(chǎn)品其加工過程的刺孔小，對細顆粒的捕集精度和效率顯著提高，尤其適合PM2.5微細粉塵的捕集 對比常規(guī)的過濾材料，新研發(fā)的產(chǎn)品采用全新的工藝制造，用高壓水刺作為核心加工技術。該技術采用的水刺針直徑是常規(guī)金屬針刺的1/10，因此加工的濾料孔徑大為縮小，顯著提升了產(chǎn)品的過濾精度和效率，是控制PM2.5煙塵的換代產(chǎn)品。 2）采用水刺加工，避免了加工過程金屬刺針對基布和纖維的損傷，使產(chǎn)品強度大、壽命長、節(jié)省原料、降低成本 水刺濾料采用高壓水射流纖維環(huán)繞抱合與成氈技術到喇叭狀三維濾料結構，表面具有像膜一樣的超纖布狀非織造特征。水刺濾料加工過程不會對基布和纖維產(chǎn)生硬損傷，使濾料強力大為提高，生產(chǎn)效率提高10倍，原材料節(jié)省20%。據(jù)中國環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會袋式除塵委員會權威統(tǒng)計，我國袋除塵市場150億元，其中作為消耗材料的濾料50億元（濾料壽命一般2-3年），而且未來每年增速10%以上。目前中國尤其京津冀受到霧霾的困擾，國家已決定下大力氣進行除塵設施的升級換代，將為PM2.5專用濾料提供巨大的市場良機。

本發(fā)明通過一種特征電場激勵植物釋放原生態(tài)空氣負離子，而非依靠電離空氣產(chǎn)生人工負離子的方法凈化空氣，其突出特點是綠色環(huán)保，植物空氣負離子對人體健康有益，但電離空氣產(chǎn)生的高濃度的空氣負離子據(jù)報道對人體健康無益。不同于傳統(tǒng)的空氣凈化方式，該技術不會產(chǎn)生二次污染，其應用前景廣闊，現(xiàn)已獲得國家發(fā)明專利2項，實用新型專利多項。目前，需尋找投資合作使其盡快產(chǎn)業(yè)化。

北京師范大學全球變化與地球系統(tǒng)科學研究院張芳副教授與美國Texas A&M University張人一教授團隊開展合作研究，揭示區(qū)域霧霾形成的新機制，與驅動我國霧霾的長期趨勢和輻射強迫變化的主要原因。研究顯示，近幾年，我國雖然重度霧霾發(fā)生頻率減少，但中/輕度霧霾仍然頻頻發(fā)生，這主要由于在低的SO2濃度和中等相對濕度條件下黑碳（BC）表面的催化氧化反應所引起的顆粒物快速增長所造成。新發(fā)現(xiàn)的這種反應機制會增強BC氣溶膠對大氣的加熱和對地表的冷卻效應，降低邊界層高度，加劇霧霾的發(fā)生和發(fā)展。但同時，增強的大氣加熱和地表冷卻效應幾乎可抵消，因此對大氣層頂?shù)目傒椛鋸娖葞缀鯚o改變。研究結果表明，近期國家對工業(yè)源減排有效的減少了空氣中SO2的濃度， 但控制SO2的濃度僅減少重度霧霾的發(fā)生頻率，不會根本消除重度霧霾的發(fā)生與減少輕/中度霧霾發(fā)生的頻率。指出需同時控制一次排放的黑碳以及其他污染氣態(tài)物（NOx和NH3等）。 該成果第一作者為北京師范大學全球院張芳副教授。參加研究的其他團隊還包括中科院大氣物理研究所孫業(yè)樂研究員團隊等。本研究得到國家自然科學基金和科技部國家重點研發(fā)計劃資助。成果于北京時間2月10日發(fā)表在美國著名科學期刊《美國科學院院報》（Proceedings of the National Academy of the Sciences of the United States of America，縮寫PNAS）上。 由于一系列強有效的減排措施，自2013年以來我國重度霧霾（日均PM2.5>200 μg m-3）發(fā)生的頻率已明顯減少。但研究團隊基于長期觀測資料的分析顯示，過去15年（2004-2018年）輕/中度霧霾（PM2.5=100-200 μg m-3 ）天數(shù)平均達到全年的30%（~113天），且近幾年并未呈下降趨勢（2013和2018年分別達到176和227天），及重度霧霾的時有發(fā)生。如何解釋這種霧霾的形成與趨勢，仍然是我國研究學者所面臨的具有挑戰(zhàn)性的前沿科學問題。 本研究論文基于長期觀測資料及短期強化觀測、實驗室煙霧箱模擬以及模型計算等多種手段和方法，從中國近幾年強減排、強控制的情境下但霧霾仍然頻頻發(fā)生為著重點，針對我國高濃度水平的一次細顆粒物黑碳（Black Carbon, B）和氣態(tài)前體物，設計并控制不同濕度條件開展了新鮮排放的BC暴露在大氣中最常見的氣態(tài)污染物（SO2,NO2和NH3）中的煙霧箱模擬實驗，揭示BC表面催化SO2的氧化反應過程中硫酸鹽的形成和增長、化學機理和影響因素。研究團隊發(fā)現(xiàn)在極低的SO2濃度（幾個ppb）和中等相對濕度（40%）下該反應就可快速生成PM2.5中的主要成分硫酸鹽。進一步將實驗室煙霧箱的結果應用到實際大氣中硫酸鹽生成的估算中，發(fā)現(xiàn)通過這種BC表面的催化反應途徑對中/輕度霧霾和重度霧霾期間硫酸鹽總量的貢獻分別達到了90-100%和30-50%。此外，基于輻射傳輸模型模擬計算，還發(fā)現(xiàn)該反應機制顯著增強了BC氣溶膠對大氣的加熱和對地表的冷卻效應，而這種反應機制對大氣層頂?shù)膬糨椛鋸娖鹊母淖儏s很小。因此，這種新的機制不僅解釋和厘清了為何在大力減排SO2的情境下，我國近幾年中/輕度霧霾仍然頻頻發(fā)生的原因和化學機理；首次指出BC氣溶膠對區(qū)域環(huán)境產(chǎn)生重要影響，對全球氣候輻射強迫的貢獻則可能微乎其微。該研究成果對我國及世界發(fā)展中國家合理制定減排措施以治理霧霾、改善空氣質量及應對氣候變化均具有切實有效的理論指引意義。 論文第一作者我校全球院張芳副教授多年來一直從事大氣化學、大氣物理以及全球氣候和區(qū)域環(huán)境領域相關的研究，基于多種手段和方法（外場觀測、煙霧箱實驗和模型模擬等）開展大氣細顆粒物（氣溶膠）及其環(huán)境氣候效應研究。近幾年的研究主要集中在區(qū)域大氣細顆粒物理化特性、二次轉化和形成、老化和混合狀態(tài)、吸濕核化（CCN）及其環(huán)境氣候效應。相關成果發(fā)表在PNAS、Atmos. Chem. Phys.、Geophys. Res. Lett.、J. Geophys. Res.、Atmos. Environ.等領域內權威期刊等近70篇，Google 學術SCI總引1600余次， H-index 指數(shù) 19。

北京師范大學全球變化與地球系統(tǒng)科學研究院張芳副教授與美國Texas A&M University張人一教授團隊開展合作研究，揭示區(qū)域霧霾形成的新機制，與驅動我國霧霾的長期趨勢和輻射強迫變化的主要原因。研究顯示，近幾年，我國雖然重度霧霾發(fā)生頻率減少，但中/輕度霧霾仍然頻頻發(fā)生，這主要由于在低的SO2濃度和中等相對濕度條件下黑碳（BC）表面的催化氧化反應所引起的顆粒物快速增長所造成。新發(fā)現(xiàn)的這種反應機制會增強BC氣溶膠對大氣的加熱和對地表的冷卻效應，降低邊界層高度，加劇霧霾的發(fā)生和發(fā)展。但同時，增強的大氣加熱和地表冷卻效應幾乎可抵消，因此對大氣層頂?shù)目傒椛鋸娖葞缀鯚o改變。研究結果表明，近期國家對工業(yè)源減排有效的減少了空氣中SO2的濃度， 但控制SO2的濃度僅減少重度霧霾的發(fā)生頻率，不會根本消除重度霧霾的發(fā)生與減少輕/中度霧霾發(fā)生的頻率。指出需同時控制一次排放的黑碳以及其他污染氣態(tài)物（NOx和NH3等）。 該成果第一作者為北京師范大學全球院張芳副教授。參加研究的其他團隊還包括中科院大氣物理研究所孫業(yè)樂研究員團隊等。本研究得到國家自然科學基金和科技部國家重點研發(fā)計劃資助。成果于北京時間2月10日發(fā)表在美國著名科學期刊《美國科學院院報》（Proceedings of the National Academy of the Sciences of the United States of America，縮寫PNAS）上。 由于一系列強有效的減排措施，自2013年以來我國重度霧霾（日均PM2.5>200 μg m-3）發(fā)生的頻率已明顯減少。但研究團隊基于長期觀測資料的分析顯示，過去15年（2004-2018年）輕/中度霧霾（PM2.5=100-200 μg m-3 ）天數(shù)平均達到全年的30%（~113天），且近幾年并未呈下降趨勢（2013和2018年分別達到176和227天），及重度霧霾的時有發(fā)生。如何解釋這種霧霾的形成與趨勢，仍然是我國研究學者所面臨的具有挑戰(zhàn)性的前沿科學問題。 本研究論文基于長期觀測資料及短期強化觀測、實驗室煙霧箱模擬以及模型計算等多種手段和方法，從中國近幾年強減排、強控制的情境下但霧霾仍然頻頻發(fā)生為著重點，針對我國高濃度水平的一次細顆粒物黑碳（Black Carbon, B）和氣態(tài)前體物，設計并控制不同濕度條件開展了新鮮排放的BC暴露在大氣中最常見的氣態(tài)污染物（SO2,NO2和NH3）中的煙霧箱模擬實驗，揭示BC表面催化SO2的氧化反應過程中硫酸鹽的形成和增長、化學機理和影響因素。研究團隊發(fā)現(xiàn)在極低的SO2濃度（幾個ppb）和中等相對濕度（40%）下該反應就可快速生成PM2.5中的主要成分硫酸鹽。進一步將實驗室煙霧箱的結果應用到實際大氣中硫酸鹽生成的估算中，發(fā)現(xiàn)通過這種BC表面的催化反應途徑對中/輕度霧霾和重度霧霾期間硫酸鹽總量的貢獻分別達到了90-100%和30-50%。此外，基于輻射傳輸模型模擬計算，還發(fā)現(xiàn)該反應機制顯著增強了BC氣溶膠對大氣的加熱和對地表的冷卻效應，而這種反應機制對大氣層頂?shù)膬糨椛鋸娖鹊母淖儏s很小。因此，這種新的機制不僅解釋和厘清了為何在大力減排SO2的情境下，我國近幾年中/輕度霧霾仍然頻頻發(fā)生的原因和化學機理；首次指出BC氣溶膠對區(qū)域環(huán)境產(chǎn)生重要影響，對全球氣候輻射強迫的貢獻則可能微乎其微。該研究成果對我國及世界發(fā)展中國家合理制定減排措施以治理霧霾、改善空氣質量及應對氣候變化均具有切實有效的理論指引意義。 論文第一作者我校全球院張芳副教授多年來一直從事大氣化學、大氣物理以及全球氣候和區(qū)域環(huán)境領域相關的研究，基于多種手段和方法（外場觀測、煙霧箱實驗和模型模擬等）開展大氣細顆粒物（氣溶膠）及其環(huán)境氣候效應研究。近幾年的研究主要集中在區(qū)域大氣細顆粒物理化特性、二次轉化和形成、老化和混合狀態(tài)、吸濕核化（CCN）及其環(huán)境氣候效應。相關成果發(fā)表在PNAS、Atmos. Chem. Phys.、Geophys. Res. Lett.、J. Geophys. Res.、Atmos. Environ.等領域內權威期刊等近70篇，Google 學術SCI總引1600余次， H-index 指數(shù) 19。

二氧化硫、氮氧化物以及可吸入微小入顆粒物是霧霾的主要組成部分，隨著環(huán)境污染問題的日漸嚴峻，霧霾已經(jīng)成為很多地區(qū)人們倍加關注的污染重點，如何減少霧霾對人們健康的危害，是當前凈化空氣研究的重要課題。現(xiàn)有吸霾光電池板是利用二氧化鈦活性材料做光觸媒，噴涂在光電池板的表面形成光觸媒凈化膜，該吸霾光電池板在高效光伏發(fā)電的同時起到凈化局部環(huán)境的作用。 光觸媒凈化膜的核心成分銳鈦礦相納米TiO2受日光照射后生成氫氧自由基，與空氣中有機物質反應后既生成無毒的無機物，高效分解甲醛、苯、氨氣等，將其轉化成CO2和H2O，氧化去除大氣中的氮氧化物、硫化物，以及各類臭氣。但其受限于紫外光照，現(xiàn)有吸霾光電池板在霧霾嚴重時，由于光強不足，使光觸媒凈化效率大打折扣；而且在夜晚無光照情況下，吸霾光電池也不能起到消減霧霾影響的作用。此外，長期放置在室外的吸霾光電池板的板面很容易積灰塵，灰塵會影響到太陽能電池板上光線的穿透率，也降低了光電轉化效率。 本成果提供了一種可根據(jù)外界光強條件進行燈光補償，實現(xiàn)全天候工作，同時自動除塵，以提高空氣凈化效率和發(fā)電效率的全天候除霾光電池板裝置。 創(chuàng)新點 1、風光互補，自動除塵； 2、可根據(jù)外界光強條件進行燈光補償，實現(xiàn)全天候工作，提高空氣凈化效率和太陽能光電板發(fā)電效率。