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2019-07-01
生物质转化教育部工程研究中心

生物质转化教育部工程研究中心简介
(一)中心概况
生物质转化教育部工程研究中心以南昌大学为依托单位,按照教育部工程研究中心的严格要求高标准地进行建设。本工程中心是我国高校首个生物质转化领域的教育部工程研究中心。2006年6月教育部发文批准建设,2010年12月圆满完成了建设期任务,通过验收。
生物质转化教育部工程研究中心研发工作涵盖生物质能源、生物质材料、生物质资源高效综合利用、生物质原料食品加工等方面,形成了具有自主创新的工程化技术、产品和产业化能力。本中心十分重视发展产学研结合之路,结合我国目前发展状况及企业需求开展研究,在生物质能源、生物质材料、生物质资源高效综合利用、生物质原料食品加工等方面形成特色,为我国生物质转化工程研究的发展提供源头技术。工程中心在集中葡京赌场手机版与中德食品工程中心优势人才资源的基础上,进一步向海内外招聘优秀人才,形成了国家“新世纪百千万人才工程”、国家重点学科带头人以及教育部创新团队负责人为学术方向带头人、一批年富力强的中青年学术骨干、年轻的海外留学归国博士为中坚力量的研究队伍。

 
生物质转化教育部工程研究中心大楼
(二)生物质中心的主要研究方向
生物质转化教育部工程研究中心以生物技术、绿色化学工程技术、生态系统工程学、食品科学与工程技术为学科基础,秉承“应用创造价值,梦想成就未来”理念,面向世界、立足江西,努力服务国家战略安排。通过加强基础设施建设,培养和凝聚生物质转化利用领域高层次的工程技术人才队伍;针对木质纤维素类农林废弃物高效循环利用、三废物质资源化循环利用以及功能性食品生物加工技术研发中的共性科学问题以及工程化关键技术,强化自主创新,大力开展本领域国内外先进工程化技术系统集成再创新,其中:
1、木质纤维素类农林生物质高效循环利用方向
解决生物质能源化高效综合利用中能量密度低,分散性大的难题,拟开发微波快速裂解气化等关键技术;研发低温常压生物质液化技术,制备生物质转化环保新材料(可降解聚氨酯材料、无甲醛木材胶黏剂、纳米金材料等)
2、三废物质资源化利用方向,重点解决:
(1)有机废水(规模化养殖废水、发酵工业废水)净化与能源微藻规模化养殖耦联增效技术
(2)有机废渣(城市垃圾、餐橱废弃物等)资源化利用(生物柴油、脱羧成烃)
(3)有机废气(汽车尾气、发电厂烟气、其他工农业气体排放物)处理及资源化利用
(4)微藻类生物质水热预处理技术(脱水、脱氮、提油等)
(5)生物质能源与绿色食品联产工程示范
3功能性食品生物加工技术创新,重点解决:
(1)纤维素类膳食纤维素开发(精制纳米纤维素、低聚纤维多糖)
(2)水溶性膳食纤维素开发(低聚戊糖、菊芋多糖)
(3)多酚类保健食品开发(精油、花青素、黄酮、异黄酮等)
(4)农副产品增值加工利用(柑橘皮、果蔬种皮、谷物麸皮等)
(5)藻类保健食品开发(高不饱和油脂、色素、蛋白、多糖、核苷酸等)
(三)中心在研课题概况

一、农业生产阶段将广泛采用下列先进技术:
有机肥料生产
生物能源生产
高效沼气干发酵技术
秸秆微波气化
生物焦土壤改良剂生产
经济微藻高效养殖与沼液资源化利用结合技术
湿地农业
蚯蚓养殖
青贮饲料
绿色农业和有机农业模式
绿色养殖技术
现代化设施高效栽培
绿色水产养殖
EM农用益生菌
太阳能灭虫灯
太阳能LED光照强化技术
电磁波蚊虫驱离装置
低温等离子体灭菌技术
臭氧杀菌技术
节水滴灌技术
CO2气体肥料智能化补偿调节技术
作物标准化栽培技术等
波尔黄牛圈养技术
稻萍泥鳅生产技术
推行GAP技术
二、    食品加工阶段将广泛采用:
富硒芽谷米生产技术
富硒蒸谷米生产技术
水酶法提油技术
固定化酶转化糖生产技术
低温真空膨化技术
乳酸菌发酵技术
食品非热加工技术
即食大米产品加工技术
低盐咸鸭蛋生产技术
丰城富硒冻米糖现代化加工技术
优质米酒现代化生产技术
富硒纳豆生产技术
动态超高压技术
静态超高压技术
推行GMP规程
三、    食品储藏和销售阶段:
CO2气调保鲜技术
核磁共振及其成像技术
冷链运输技术
低温等离子体技术
推行食品安全控制体系(HACCP)技术规程
 
2、微波高效炼制生物质转化系列绿色化学品
我国生物质能源总量丰富但储备分散。如果能够合理利用,可谓用之不竭。分散式微波裂解生物质转化得到生物质能源与生物基材料的技术装备及产业化正是解决这一难题的突破口。将微波技术应用于生物质原料的热裂解,可大大提高生物质的加热速率,在优化条件下可达到较高的生物油产率。相对于其它生物质原料热解方法,微波裂解技术具有操作简单、易于控制的特点。此外,微波设备还容易做到小型化、分布式、可移动。本系统的搭建平台为移动式车辆,可直接在生物质废弃资源丰富的地点操作,流动性好,大大降低了原料运输和储存的成本。
本项目以自有技术开发单位质量反应物微波输出能量暴露可控的智能化生物质热化学炼制系统,对生物质原料进行系统的划分,开展对木质纤维素类生物质与高含油量类生物质分级综合高效利用,减少生物质微波裂解后期产物中绿色化学品难以分离的技术难题。在程序化升温条件下,对木质纤维素类生物质(稻壳、竹废料、秸秆等)预处理后微波控制高效定向产出醋酸、糠醛、脱水糖、木素酚等绿色化学品,以及低硫高硅的生物焦;在木质纤维素热解利用领域具有突破性的发展。
此外,分散式微波裂解生物反应器具有较高的生物质利用率,达到95%以上。生物质转化产物为20%~25%可燃气体(发电后直接供系统使用)、50%~55%生物油和20%~25%灰分。由于系统自身具有供电装置,具有在野外作业的条件。生物油经过精炼后可以得到生物柴油和生物基材料。灰分中主要成分为N、P、K等矿物元素,通过进一步加工后可以得到高价值的有机肥料还田。系统的工作过程污染小、排放量低,具有经济、环保的效果。灰分还田还具有保证土壤质量,保持生物质能源可持续发展的作用。
生物质微波裂解后半焦通过水-超生浸渍的方法,将其中的矿物质和糖类物质溶解,将其与残炭分离开。生物焦经过水浸渍后得到的水浸出物经过浓缩结晶后,可以作为优质全价叶面肥和微生物发酵原料的碳水化合物添加剂。以水提后的竹半焦为原料,研制超声碱法浸提设备制备纳米级白炭黑,提取白炭黑后的优质竹半焦采用微波活化技术生产高品质活性碳;提取白炭黑后的生物焦,采用微波活化技术生产高品质活性碳。再以剩余生物焦粉末为原料,研发新型生物质成型燃料—生物质蜂窝煤,从原料上解决常规生物质气化过程大量产生焦油的棘手问题,形成产品供应市场。应用生物质气化原理,开发竹废料生物质蜂窝煤相配套的生物质高效气化炉,形成产品供应农村家庭炊事用气,改善农村炊事条件,燃烧时无烟无尘,减少焚烧竹废料造成的环境污染。最后以竹废料生物质蜂窝煤气化炉渣为原料,通过科学调配制成高品质的酸性土壤改良剂,促进农作物的生长,减少动物性肥料带来的氮流失问题,实现植物养分全面回归农田的长远目标。可以做成低值生物质高效炼制的典范。
从经济性角度分析,分散式微波裂解生物反应器的成本相对较低,根据当前样机的初步估算,平均每台成本约为60万元,而根据其生物质处理量的分析和计算,每台系统的年收益率约为60万元。因此,该系统的研究和推广不仅可以通过对生物质废料处理的大规模收购来提高农民收入,解决“三农”问题,还可以通过扩大推广的规模,促进经济的发展,从而对中国的可再生能源的发展做出贡献。
本中心多年来在木质纤维素微波裂解研究方面取得了不少成果,提出了创新性木质纤维素定向微波裂解工艺。其工艺主要为:将生物质原料脱灰分/催化剂预处理后,经程序化升温使特定的裂解产物分阶段冷凝溢出,同时使用还原性气体回流吹扫反应器,缩短裂解产物停留时间,阻止裂解产物发生自由基二次缩合。本中心开发的微波催化裂解技术,可以很好地适应木质纤维素生物质中纤维素、半纤维素及木质素三大组分的热化学行为特点,使原料完全在人为控制下,依次得到醋酸、糠醛、酚类、糖类以及具有多孔特性的生物焦油残渣等。
分散式微波裂解生物质转化能源与材料的技术装备及产业化(NC2010MB0085)已列入“十二五”国家科技计划农村领域首批预备项目。
 
第四代连续微波裂解装置
本中心已经开发出一套每小时处理50 Kg玉米秸秆、稻草、竹屑等生物质材料的第一代连续微波裂解装置,并在此基础上不断改进,相继开发出第二代直至第四代连续微波裂解装置。南昌大学和江西省政府为本中心投资600多万元建立了利用木质纤维素类原料转化利用工程技术研究平台,中试车间建筑面积超过500平方米,精细化工车间300M2。
3、微波极化油脂皂化物以及废弃轮胎裂解转化航空煤油
近年来,发展可再生烃类燃料引起了人们的巨大关注。从原油中提炼的煤油是最主要的航空燃油,在2007年航空燃料的总消费量约为680万桶,预计在2013年会增加到860万桶。可再生烃类燃料或燃料添加剂变的更具有吸引