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项目名称 推荐单位

基于高能效纳晶薄膜电极的工业废水电催化深度处理技术及应用 教育部

推荐单位意见：

我单位认真审阅了该项目推荐书及附件材料，确认全部材料真实有效，相关栏目均符合国家科学技术奖励工作办公室的填写要求。

该项目发明了基于高能效纳晶电极的工业废水电催化深度处理技术，实现了高性能电极的工业化批量生产，发明了基于超溶氧技术的高效电化学反应装置，发明了工业废水电化学深度处理强化新工艺。该成果已在多个工业废水深度处理工程中成功应用，取得了显著的经济效益、社会效益、环境效益和生态效益。

该成果已在7种行业工业废水深度处理工程中成功应用，已获授权发明专利28项；发表SCI收录162篇，被SCI他引4090次，牵头单位研发团队作为核心成员入选“国家创新研究群体”；成果核心技术获教育部技术发明奖一等奖2项（2012、2016）和教育部专利奖二等奖1项（2014）。研究成果引领了我国工业废水电催化深度处理科学与技术的发展，实现了跨学科、跨领域的集成创新，带动了行业废水深度净化的技术进步，提升了我国在工业废水电催化深度处理领域的国际影响力。

对照国家技术发明奖授奖条件，推荐该项目申报2017年度国家技术发明奖一等奖。

项目简介：

本项目属于水污染防治工程的科学技术领域。

我国日趋严重的水环境污染问题导致工业废水处理标准不断提高，由此对工业废水深度处理达标排放提出了十分迫切的要求。近年来，我国对工业废水深度处理已经做了大量工作，但迄今为止，缺乏能够大范围推广应用的达标处理实用技术。

项目组经过20年的攻关，通过深入研究揭示了高密度强氧化态活性位点及高活性氧团簇对污染物的电子电离及多位解离机理，发明了纳晶薄膜电极瞬时产生高密度强氧化态活性位点的新技术方法，研发解决了氧端供给不佳的工业废水电催化高效深度处理集成装备，创新了系列高效低耗工业废水深度处理集成新工艺，大幅提升了工业废水深度处理工程技术水平。

主要技术发明点如下：

【1】发明了纳晶高能效电极瞬时产生高密度强氧化态活性位点（SOAS）和高活性氧团簇（HROC）新技术方法，显著提升了难降解工业废水深度处理效率。率先揭示了以SOAS诱导难降解有机污染物电子电离、继而以HROC攻击实现多位分解的瞬态反应过程机理，发明了具有纳晶多孔结构能瞬时产生高密度SOAS/HROC的高能效电极材料，比传统电极的析氧过电势提高0.25 V，SOAS/HROC产率提高70倍，突破了传统电化学技术难以彻底分解有机污染物的技术瓶颈，实现了工业废水深度处理技术的跨越式提升。

【2】发明了具有限域增强效应的阵列式超溶氧工业废水电催化深度处理新装备。揭示了限域增强效应作用下纳米微气泡稳态过饱和溶氧机理，发明了具有限域增强效应和过饱和溶氧能力的阵列式电催化高效反应集成新装备，突破了电催化技术工程实践中反应器难以有效匹配高性能超敏电极的技术难题，大幅提升了工业废水深度处理工程装备技术水平。

【3】发明了系列高效低耗工业废水深度处理集成新工艺，开拓了以新型电催化技术为核心的多行业工业废水深度处理的工程应用。阐明了以光解均裂自由基过程破坏可逆过渡态定向调控污染物分解途径的反应机理，发明了以电催化为核心的抗负荷冲击力强、出水水质稳定的工业废水高效低耗深度处理集成工艺，将工业废水电催化深度处理及回用工程成功拓展应用至焦化、皮革、化工、制药等十余个行业，显著提升了工业废水深度处理技术的工程应用水平。

该成果已在7种行业工业废水深度处理工程中成功应用，已获授权发明专利26项；发表SCI收录162篇，被SCI他引4090次，牵头单位研发团队作为核心成员入选“国家创新研究群体”；该成果核心技术获教育部技术发明奖一等奖2项（2012、2016）和教育部专利奖二等奖1项（2014）。成果引领了我国工业废水电催化深度处理科学与技术的创新发展，显著推动了工业废水深度处理的技术进步，提升了我国在工业废水电催化深度处理领域的国际影响力。

客观评价： 5.1 科技成果鉴定

中国环境科学学会于2016年12月18日在河北邢台组织并主持召开了“煤化工园区污染综合治理与资源化回用技术及工业化应用”科技成果鉴定会，以曲久辉院士为组长的由4名院士组成的鉴定委员会考察了项目现场，对该项目评价认为：该成果整体处于国际先进水平，在纳晶多孔电极制备技术、传质强化电催化反应装备研制方面处于国际领先水平。 5.2 科技查新

本项成果主要创新包括：（1）纳晶多孔薄膜电极制备技术；（2）具有限域增强效应的超溶氧电催化反应装备；（3）以电-光、及零价金属耦合工业废水深度处理技术。成果经中国化工信息中心以关键词“纳米；棱晶；超稳；纳米气泡；超溶氧；······ 薄膜；电极；废水；处理；装备”等查新，除查新项目委托人和合作单位发表的文献外，国内外未见与查新项目查新点完全相同的文献报道。 5.3 专利、引用和评价

该成果共申请中国发明专利53项、实用新型专利3项、美国/韩国发明专利1项，其中，有效中国发明专利26项。这些专利主要围绕工业废水的深度处理技术工作开展，涉及新材料制造技术的占30%、电化学装置研制技术的占35%、废水处理技术占45%，有力地促进了我国工业废水电化学深度处理技术的科技进步。

本成果在Environ Sci Technol、Water Res等SCI收录期刊发表论文162篇，被SCI他人正面引用4090次。成果原创性和先进性受到了国际同行的高度评价；40余篇文章被美国科技媒体VerticalNews正面报道，被认为具有高度原创性和新颖性；1篇论文（Water Res, 2009）被中国信息情报研究所评为“2009年中国百篇最有影响的国际学术论文”，迄今被他人正面引用608次，该论文也被列入SciVerse ScienceDirect (SSD) 次季度该期刊的Top 25 Hottest Articles（排名第1）；该成果引发了国际相关领域科技界的高度关注，产生了重要国际影响。

根据美国汤森路透最近更新的基本科学指标（Essential Science Indicators，ESI）数据显示，前三位完成人在环境/生态学领域的学术影响力进入了全球相应学科领域的前1%。

该成果关于新型电极材料的制备及其应用的相关内容发表于环境领域国际著名期刊Environ Sci Technol (2012, 2013) 上，匿名审稿人评价认为：“这是一项关于采用电化学技术处理废水方面的非常有意义的研究主题，该研究是废水处理领域中开展几十年的电化学技术的拓展（…… This is a quite interesting topic in the electrochemical technology applied in treatment of wastewater. …… a new significant finding has been observed …… This research work is an extension of electrochemical technology that has been done for decades in the field of wastewater treatment）。例如：University of Illinois at Chicago、Kuvempu University和Nanyang Technological University等单位的著名电化学专家发表在SCI期刊上的多篇综述文章对我们的工作进行了整段的引用和综述。

关于电化学处理技术方面的论文（Water Res, 2012, 46:2281）被美国科技媒体VerticalNews报道，认为“Research Reports from Beijing Normal University Provide New Insights into Science”；发表在Environ Sci Technol (2012, 2013) 上的文章为美国科技媒体VerticalNews报道，认为“Scientists at Beijing Normal University Release New Data on Environmental Science and Technology”和“Reports from Beijing Normal University Advance Knowledge in Environmental Science and Technology”。

推广应用情况：

该成果所发明的电催化装备已实现了工业化批量生产，并销售到国内外多个省市，已在我国焦化、化工、石化和农药等行业70余个工业废水深度处理工程中推广应用，客户评价认为该技术在工业废水深度处理方面效果稳定、自动化程度高。此外，技术应用后，深度净化后的指标低于国家相关行业新排放标准。在有毒有害污染物去除效果方面，该成果研发的以电催化为核心技术的水处理工艺具有出水水质稳定、抗负荷冲击力强、处理效率高等优势。所涉及的技术已在国内难降解有机工业废水深度处理方面广泛推广应用。在我国重大污染防治计划《水污染防治行动计划》，即“水十条” 提出的“污染物再削减30%～50%”目标的背景下，该成果显示出更广的应用前景和市场潜力。近三年，工业废水处理量约2175.78万m/年，累计减排COD约7235.62吨、有毒有机物1790.89吨。

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主要知识产权证明目录：

知识产权类别

北京师范大学

知识产权具体名称

国家 （地区）

授权号

权利人

发明

发明人

专利有效状态

授权日期

证书编号

发明专利

一种多孔纳晶电极的制备方法及其应用

中国

2014年8

ZL201210172442.5

月6日

1455898

牛军

有效

峰，

专利

林辉

发明专利

一种制备氮掺杂纳米金刚石的方法及其电

催化应用

中国

2015年6

ZL201310164418.1 月

24日

1704444

大连理工大学

全燮，刘艳明，陈硕，于洪涛

有效专利

发明专利 一种负载型FeOOH催化剂的制备方法及其电类芬顿废水处理

体系

中国

2013年7

ZL201110091284.6 月

10日

大连理工大学

杨凤林，张国权，

有效

徐晓

专利

晨，付磊，王帅

发明专利

多孔纳晶

Ti/SnO2-Sn/Ce-PbO2电极的制备方法

中国

2016年3

ZL201410279964.4

月2日

1968453

北京师范大学 北京师

牛军

有效

峰，

专利

林辉

发明专

上流式电催化反应器 中国

2016

ZL201410659921.9 年8

月

2205296

牛军峰，殷立

有效专利

利

24日

范大学 北京师范大学 江苏江华水处理设备有限公司 北京师范大学

峰

2016

发明专利

用于污水处理的波轮式电化学反应器

年7

中国

ZL201410658518.4

月27日

2148595

牛军峰，殷立峰

有效专利

发明专利

一种电解气浮设备 中国

2013年10

ZL201210263832.3

月23日

汤顺良，乔治.

有效王

陶，专利 汤秋霞，郑巍

发明专利

用于有机工业废水深度处理的多孔PbO2电极的制备方法

中国

2016年8

ZL201410798991.2 月

17日

2187291

牛军峰，徐泽升

有效专利

吕斯东

发明专利

2012

酱油酿造工业废水的处理方法及处理系统

中国

ZL201210039089.3

年7月11日

莞理工学院

濠，梁志辉，范洪波，曾燕艳，罗群

有效专利

发明专利

一种用于高效评价光电催化反应效率的水力波轮盘反应器

中国

2014年11

ZL201210332427.2 月

19日

1521319

北京师范大学

牛军峰，代云容，殷立峰，丁士元，包月平，沈珍瑶

有效专利

主要完成人情况：

1. 姓名：牛军峰，排名1，教授，工作单位：北京师范大学，完成单位：北京师范大学，是该

项目主要负责人，对发明点1、2、3均有重要贡献，具体：（1）全面负责纳晶薄膜电极材料制造、电化学设备研发、电催化技术工程示范和推广应用；（2）是9项授权发明专利（ZL201410798991.2、ZL201410658518.4、ZL201210332427.2、ZL201210173605.1、ZL201210233028.0、ZL2012103324160.3、ZL201210172442.5、ZL201410659921.9、ZL201410279964.4）的第一发明人；（3）占本人工作量的80%。

2. 姓名：全燮，排名2，教授，工作单位：大连理工大学，完成单位：大连理工大学，是该项

目主要负责人，对发明点1、3均有重要贡献，具体：（1）高性能电催化电极设计制备及工程化的主要实施者；（2）是3项授权发明专利（ZL201310244643.6、ZL201310164418.1、ZL201110090220.4）的第一发明人；（3）占本人工作量的70%。

3. 姓名：杨凤林，排名3，教授，工作单位：大连理工大学，完成单位：大连理工大学，是该

项目主要负责人，对发明点3有重要贡献，具体：（1）工业废水深度处理工艺的开发者和工程应用的主要实施者；（2）是7项授权发明专利（ZL201410842728.9、ZL201110097831.1、ZL201110091284.6、ZL201410225231.2、ZL200810012047.4、ZL201310432108.3、ZL201110043759.4）的第一发明人；（3）占本人工作量的70%。

4. 姓名：殷立峰，排名4，副教授，工作单位：北京师范大学，完成单位：北京师范大学，是

该项目主要负责人，对发明点2、3均有重要贡献，具体：（1）电化学设备研发及工程化应用的主要实施人之一；（2）是4项授权发明专利（ZL201210480522.7、ZL201210480525.0、ZL201210492831.6、ZL201210413835.0）的第一发明人；3、占本人工作量的70%。 5. 姓名：吕斯濠，排名5，教授，工作单位：东莞理工学院，完成单位：东莞理工学院，是该

项目主要负责人，对发明点2、3均有重要贡献，具体：（1）电化学设备的研发及工程化推广应用的主要实施人之一；（2）是2项授权发明专利（ZL201210039089.3、ZL201410272029.5）的第一发明人；（3）占本人工作量的80%。

6. 姓名：汤顺良，排名6，经济师，工作单位：江苏江华水处理设备有限公司，完成单位：江

苏江华水处理设备有限公司，是该项目的主要负责人，对发明点2、3均有重要贡献，具体：（1）为电化学设备的研发及工程化推广应用的主要实施者；（2）是1项授权发明专利（ZL201210263832.3）的第一发明人；3、占本人工作量的80%。

完成人合作关系说明（与第一完成人）：

完成人合作关系情况汇总表

合作方式

合作者 （项目排名）

合作时间

合作成果

证明材料

序号 备注

1

论文合全燮/1 1999年9Effects of 论文

Fe2O3, organic 著 月

牛军峰/2

杨凤林/6

matter and carbonate on photocatalytic degradation of lindane in the sediment from Liao river, China

Chemosphere,

2003, 52(10), 1749-1755

2

共同知牛军峰/1 2007年9上流式电催专利 识产权 月 化反应器 殷立峰/2 共同获牛军峰/1 2006年9基于纳晶薄获奖 奖 月 膜电极的工

汤顺良/3

业废水电催

殷立峰/4 化氧化深度

处理装备及

吕斯濠/6

应用

ZL201410659921.9

3

2016年度教育部技术发明一等奖