焚膏继晷千余夜,笃志攻坚破难题。一回又一回的挫折前,科研骨干持续钻研,持续蜕变。无畏险阻,敢踏新程,终在某一瞬迎来曙光。从荒芜的旷野垦出希望,幽深的暗谷点亮灯火。
校企合作治“三废” 治理环境无忧患
《环境污染物检测与降解技术在三废处理领域中应用》(项目编号SXHZ202003)
我国已成为世界制革大国,制革废如果不加治理,就会危害动物、植物和人类的生命健康。我校化学与材料工程学院与中国科学院合肥物质科学研究院、安徽昊源化工集团有限公司合作,研发在“三废”处理方面具有主要应用潜力的价廉、高效、长寿命、环保型纳米净化剂产品,并掌握制备这些高性能净化剂产品的关键核心技术。开发一种光源利用效率高、易于工业化放大、液相及气相与光催化剂均接触反应时间长、降解废水和废气性能高的新型蜂窝陶瓷光纤反应器。
根据项目组织实施管理的要求,项目校内负责单位成立了项目管理小组,制定了相关制度,对项目组成员提出了相应的需求,并就环境污染物检测、降解技术开发及其在三废处理领域中应用等问题,给出参考意见。为及时沟通研发成果转化情况,建立了项目资源和数据共享平台。根据项目的进展情况,项目管理小组不定期召开项目例会,讨论项目的进展以及遇到的各类问题,并将所讨论的问题及时解决。互派研究人员到合作单位交流共同的研究成果,合作发表研究论文及申请专利。
滴水穿石,非一日之功。“产业方面的进一步放大需要很长的过程,环境功能检测及降解技术的项目产业化及工程运营,很难取得重大的突破。”这是该项目研究中遇到的最大的困难。为了攻克这项困难,项目首席专家和校内负责人多次前往安徽昊源化工集团有限公司交流学习,实地考察,将理论知识和工程应用进一步结合。研究团队通过硫空位激发的高表面增强拉曼散射(SERS)活性MoS2对痕量双氯芬酸(DCF)的超灵敏检测、非晶态耦合氧空位敏化TiO2的光学特性用于氯霉素(CAP)的高效表面增强拉曼散射(SERS)检测、异原子磷掺杂调节双金属氧化物FeCo2O4纳米片的缺陷实现As(III)的电化学检测、研发系列微纳分级结构的净水材料等深入研究。这使他们对“三废”中污染物的检测和处理起到了促进作用。
VS-MoS2纳米基底的合成示意图
(a) CV在不同基底上的SERS光谱。(b) 特征峰1623 cm–1的SERS强度的比较
项目组针对化工园区污水处理的需求,研发了高效净水材料,开发了污水处理设备,目前已在中试阶段,有望进一步提高污水的处理效率,降低污水的处理成本。通过本次与安徽昊源化工集团有限公司、中国科学院合肥物质科学研究院的合作,项目组成员李慧泉教授认为:“本次合作对学校和社会都产生了积极影响。通过合作,我们与黄行九教授课题组建立了良好的合作关系。黄教授为阜阳师范大学与合肥综合性国家科学中心环境研究院建立的“新污染物绿色防控协同创新中心”牵线搭桥,也为2024年我校绿碳化学省重点实验室重组获得“良好”等级作出了重要贡献。未来,为我校与第三方的产学研合作,学校博士点学科建设,进一步申报教育部或科技部的科研平台也将产生积极影响。”
积跬步以至千里,积小胜以成大胜。项目组已发表SCI学术论文8篇,其中中科院一区SCI论文3篇;申请国家专利8项,其中发明专利4项、实用新型专利4项;出版专著1部。设计、研制了适合工业化中试废水污染物处理设备。获批2021度安徽省重点研发计划项目1项,企业委托合作开发项目1项。培养了硕士与博士研究生11名,其中博士研究生5名、硕士研究生6名。其中2名博士获批国家博士后创新人才支持计划,1名博士获得中国科学院院长优秀奖。项目参与人员1人次入选中国科学院青年创新促进会会员,1人次入选安徽省第十四批学术与技术带头人后备人选。该项目历时三年半,在解决社会环境问题方面发挥了积极作用,特别是对于“三废”处理问题做出了重要贡献。在我校的学科建设和长期规划上产生了深远的影响,为学校的高质量发展注入了新的动力。
扬帆青春酿醇香 果酒逐梦谱新章
《果酒品质提升关键技术及产业化示范》(项目编号SXHZ202004)
2023年12月,我校承接的阜阳市科技专项经费市校合作项目——“果酒品质提升关键技术及产业化示范”经过三年的努力顺利结项。该项目首次阐明了草莓、黑果花楸及猕猴桃等果酒典型风味组分及其形成机理,研发了果酒品质提升的工艺技术;围绕草莓品种对比,发酵菌种筛选,发酵工艺控制,果酒风味控制等四个方面,系统提升了系列果酒的产品品质;围绕发酵工艺结合蒸馏设备的创新,降低了猕猴桃蒸馏酒酿造过程中甲醇超标等技术难题。
在“十四五”规划期间,中国正全面推进乡村振兴战略,致力于农业现代化与农村经济多元化发展。随着城乡居民收入水平的持续提高,消费者对于食品饮料的需求逐渐从量向质转变,更加注重产品的安全、健康和独特风味。在此背景下,果酒作为一种兼具营养价值和文化特色的饮品,迎来了前所未有的发展机遇。但与此同时,传统果酒酿造工艺中还存在着许多尚未解决的技术瓶颈。为了实现果酒产业转型升级,“果酒品质提升关键技术及产业化示范”项目于2020年10月立项,针对当前果酒酿造产业中存在的关键技术问题,对果酒酿造原料品控和专用酿造微生物筛选、混合菌种发酵及其风味形成机理,低甲醇果酒酿造技术等方面开展技术研究,在果酒酿造工艺上实现了技术创新,并进行了生产中试技术研究。其研发成果促进了草莓酿酒技术升级及产业化。
水果本身就具有芬芳馥郁的香气,但在果酒发酵过程中,这些独特的风味特别容易发生转化或衰变。如何在酿造过程中保持果酒原有的风味典型性,一直是本项目研究中的重大挑战。为了攻克这一难题,研究团队采用了包括气相色谱-质谱联用(GC-MS)、气相色谱-嗅辨仪(GC-O)、气相色谱-离子迁移谱(GC-IMS)以及电子鼻等先进分析技术,对水果发酵过程中特征性风味物质的迁移与转化规律进行了深入研究。这使他们对发酵过程中影响果酒的风味因素有了更为深入的了解,也对解决以风味为导向的发酵工艺优化起到了关键作用。
在优良酿酒水果品种和发酵菌株的筛选方面,项目组系统分析了不同产地黑果腺肋花楸果实成分差异、微生物菌群差异及其对果酒品质的影响,同时筛选获得了三个适宜果酒酿造的野生酵母菌株,这些菌株有助于保持水果原有的色泽和风味。此外,还开发了草莓酒混菌发酵新技术和低甲醇果酒酿造工艺,使果酒的安全性和品质得到显著提升。该项目的实施有效解决了我国面临的水果产能过剩问题,为水果产业可持续发展提供了有力的技术支撑,这必然会带动水果生产端和水果加工端的双向奔赴与良性互动,有望带来果酒产业一轮新的发展,并涌现出一批高品质的果酒新品类。目前,他们已经与省内外7家企业开展了技术合作。同时,团队带头人兰伟研究员当选为中国酒业协会果酒技术委员会委员、果酒产业生态增值联盟副理事长;团队制定果酒国家标准、国家行业标准10项、安徽省地方标准1项;授权发明专利1项和实用新型专利3项,获得了软件著作权2项。其中完成生产中试,投入生产的果酒品类有猕猴桃酒、砀山酥梨酒、草莓酒、黑果花楸、青梅酒等品类6个,还有3个产学研项目正在按计划稳步推进,产业化示范的效果良好,发展前景广阔。该项目成果产业化规模已经达到年产果酒500-600吨(包括水果蒸馏),产值约1200万元左右,预计未来5年将可实现年产1200吨果酒,产值超2000万元。
“果酒作为一种商品,如果想要与世界接轨,首先是要进一步提升其产品品质和生产标准化,只有这样才会有市场竞争力,这是走出去的关键所在。其次,还是要加大果酒的研发投入,使我们的果酒能够在技术和工艺上形成一定的壁垒,才不会被轻易的模仿和复制,这是发展壮大并参与国际竞争的核心所在。”兰伟研究员表示。未来五年,他们将围绕国家战略性新兴产业中的生命健康领域和绿色食品领域,不断开进行技术创新,使我们的果酒不仅芬芳味美,还更加绿色健康。
颍州西湖水韵新生
《基于颍州西湖水质提升与长效机制的小流域空间治理方法的研究》(项目编号SXHZ202010)
颍州西湖作为阜阳市的省级自然保护区,承载着源远流长且丰富厚重的历史文化价值。阜阳市政府深刻认识到颍州西湖的重要性,始终坚定不移地高度重视西湖的保护与开发工作,将其视为推动地方可持续发展、提升城市文化品位与生态质量的关键一环。为此,政府投入大量资金用于一系列相关项目建设,尤其在水质建设方面不遗余力。
项目开题及中期市直部门协调会
我校与中国科学院大学合作开展研究,专门组建了一支由资深环境专家、水利工程师以及专业水质监测人员构成的精英团队,开启了基于颍州西湖水质提升与长效机制的小流域空间治理方法的项目研究。团队探究西湖水质污染来源解析及污染源的时空分布规律,并面对外源和内源污染建立了针对性的防控技术。通过运用先进的科学技术手段,对湖水的酸碱度、溶解氧含量、各类污染物指标等进行全方位、高精度的实时监测,精确把握水质的动态变化情况,深入研究西湖水质的现状与问题根源,不仅为后续的治理措施提供精准有力的数据支持,也为地方政府水质提升与治理提供研究基础。
项目水体和土壤采样分布及采样现场
安徽省绿碳化学重点实验室专职副主任武海教授是此次项目的校内负责人,他表示:“颍州西湖水质的提升与长效防控机制的建立,对于景区的长久良性发展至关重要。西湖周边区域经济正处于蓬勃发展的时期,经济的快速发展也给自然环境带来巨大压力,这与当地居民和来阜阳投资者对高质量生活环境和文化休闲空间的需求形成反差。”
目前,该项目完成了建设任务。团队制定了一系列有可操作性的颍州西湖流域水环境综合治理方案、颍州西湖湖区水质保障的示范工程方案、西湖流域某区域面源污染控制示范工程方案、西湖小流域村镇规划建议与典型村庄改造方案,创新性地提出湖外“截污控源-过程阻断”,湖内“水力循环-强化自净”的治理原则。在这一治理原则地指导下,研究员们构建了内源和外源污染物治理的系统技术,并通过检测分析湖体多种微污染物和常规污染物对西湖水质风险生成了系统报告。外源农村生活污水、固废垃圾、农业面源污染;内源河道生态修复、生态湿地保护修复等都形成了系列技术方案。
项目西湖典型村庄改造方案规划
项目西湖面源污染控制技术方案
项目论文和专著成果
武教授认为:“团队的研究成果可为全国2700多个像西湖这样的小型流域湖泊提供可借鉴的水环境治理技术方案,也为西湖小流域相关产业规划提供参考。这些成果在缓解小湖泊污染和美丽乡村建设中也将发挥重要作用。”
本项目在市政府的支持下,与中国科学院大学合作开展,收获颇丰。通过一系列科学有效的环境污染物检测技术的开发、污染物综合治理方案和生态修复措施的建立,为未来西湖景区的良性运行提供重要参考和研究基础,也为小型水流域空间治理提供可靠的技术方案。颍州西湖水质在阜阳市政府的大力治理和景区规划下,通过系列项目和建设经费的投入,西湖水质得到持续净化和稳定提升,逐渐恢复往日“水光潋滟晴方好”的清澈与灵动,让这颗明珠再次闪耀,为后世子孙留下这一无比珍贵的自然与文化双重财富,承载着历史与未来的交融之美。
沥血呕心无数时,倾诚协作书华章。在一组又一组的数据里,科研先锋反复校验,反复打磨。不怠辛劳,善开新局,把空白的图纸绘满绮梦,在寂静的科研星河留下锋芒 。
(撰稿、图片:学生记者 宣若妍 米远远 童新 马嫚嫚 刘文佩 张诗雨 耿乐乐 陈华颖 单位审核:张丙开 宣传部初审:周静 终审:王清)