欢迎访问天津大学大气环境与生物能源课题组。大气环境与生物能源课题组成立于2014年6月，由天津大学环境学院刘庆岭教授组建。现已建立起一支由4名教授，3名副教授和多名硕博研究生组成的富有朝气的青年创新研究团队。
   课题组热忱欢迎有志于从事大气污染治理、环境纳米催化材料，生物质能源及污泥资源化利用等方面科研工作的本科生及研究生报考我组硕士或博士。

   课题组目前的主要研究方向是:

      1. 大气污染与控制。

      2. 生物质资源化利用。

      3. 碳捕集、利用与封存技术。

      4. 污泥处理处置技术。

       5. 土壤修复与治理技术。

 

1. 大气污染与控制。

（1）可挥发性有机物（VOCs）的末端处理技术

       工业生产中排放的VOCs具有风量大，浓度低，成分复杂，不利于直接燃烧的特点。目前有效的处理方法是沸石转轮+蓄热式焚烧炉（RTO）或沸石转轮+蓄热式催化氧化（RCO）。我们研究的重点是沸石转轮中的沸石材料或吸附剂材料的制备，以及用于VOCs低温催化氧化的新型廉价催化剂的研发。

     a. 用于VOCs吸附技术中吸附剂的研发

      本课题组目前致力于对具有强VOCs吸附能力、优异疏水性能的吸附剂的制备和研发，主要包括分子筛、金属有机骨架材料、树脂等多孔材料。

     b. 用于VOCs催化氧化技术中催化剂的研发

       VOCs处理的催化剂主要以贵金属催化剂为主，虽然其处理效果优异，但由于贵金属稀少，价格昂贵，不适宜长期可持续应用。因此，本课题组主要研究低温催化氧化VOCs的非贵金属催化剂（主要以过渡金属元素为主），深入研究催化剂与VOCs之间的构效关系，开发出一系列VOCs催化氧化的高效催化剂。

（2）基于船舶尾气处理、工业废气处理和柴油机尾气后处理的脱硝关键技术研发

      利用NH₃-SCR选择性催化氧化还原脱硝技术，根据移动源船舶尾气处理、工业固定源尾气处理和柴油车尾气后处理的不同特点和实际差异，研发相应的新型材料脱硝催化剂及更为高效的后处理系统。

2. 生物质资源化利用

（1）生物质催化转化技术

      能源是当今社会赖以生存和发展的基础，也是衡量综合国力和人民生活水平的重要指标，在众多的可再生能源中，生物质是地球上最丰富、最廉价且符合可持续发展要求的可再生资源。
      近年来，已经报道关于木质素的转化技术包括热解、高温气化、液化、超临界转化、生物转化等，但这些方法普遍存在反应条件苛刻，对设备要求高，成本高，产物收率低等缺点，因此研究开发一种快速、高效、绿色的木质素转化方法受到学者们的广泛关注。

      木质素为生物质三种组分中结构最为复杂的一个，它由多种具有不同苯环结构的单元通过 C-C 键及 C-O 键相互连接而成，进而形成一个错综复杂的三维高分子化合物。

      本课题组通过设计合适的催化剂体系，高选择性地对木质素加氢还原，实现由木质素资源制备芳香族酚类化合物，从而作为化石资源的替代品应用于各个领域。

（2）木质纤维素废物制备高值平台化合物

      本研究着眼于木质纤维素废物中占比90%以上的三大成分，开展半纤维素催化转化制备糠醛、γ-戊内酯以及衍生物，纤维素催化转化制备5-羟甲基糠醛、乙酰丙酸、γ-戊内酯及其衍生物，木质纤维素制备催化转化过程的催化剂载体等工作，实现木质纤维素废物制备高值平台化合物的全组分利用。

3. 碳捕集、利用与封存技术

      习近平总书记强调指出，实现碳达峰、碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革。这一论述明确了碳达峰、碳中和在我国未来40年发展中的战略定位。

      目前，本课题组已在碳捕集、利用与封存（CCUS），生物质清洁利用等绿色低碳前沿技术方面做了很多工作，并取得显著进展。

(1）基于膜分离的碳捕集技术

      膜分离技术、膜分离-低温耦合技术是利用具有选择透过性的膜材料，在压力差作用下对不同排放源的CO₂进行直接捕集，能够从排放源上实现碳达峰、碳中和的目的。研究方向包括提高膜材料性能、与低温过程的高效整合来提高该技术的经济性。

(2）基于微藻转化的碳利用技术

      人工碳循环技术是利用微藻光合作用对CO₂进行高效固定作用，以实现高附加值产物的转化。研究组开发了以碳酸氢根为纽带的新型微藻CO₂固定及转化技术。在实现CO₂捕集的同时，也将其转化成有价值的物质，实现再利用的过程。

(3）基于钙循环过程的碳捕集与利用技术

      以“钙循环技术”为基础，借助CaO与CaCO₃间的可逆反应，开展CO₂捕集、CO₂利用和热能储存等方面的工作。主要研究方向有基于钙基吸收剂的工业源燃烧后CO₂捕集、CO₂捕集耦合CO₂干重整制合成气、太阳能高温热化学储热。

4. 污泥处理处置技术

（1）污泥减量化与资源化利用技术

      a. 给水厂污泥制备纳米复合吸附材料

      针对传统废弃物利用方式单一的问题，课题组提出“以给水污泥为原料，通过热解炭化、离子浸提及磁性粒子负载三步操作，制备一种磁性污泥基纳米复合材料吸附或催化去除水中污染物”。以期实现城市固体废物资源最大化利用同时，在符合成本效益原则下达到“以废治废”

      b. 市政污水处理厂污泥厌氧发酵制备挥发性有机酸

      课题组研究了利用聚合氯化铝提高污泥厌氧发酵生产短链脂肪酸。在污泥发酵初期加入高浓度聚合氯化铝，促进污泥胞外聚合物溶解，供厌氧微生物产酸，抑制产甲烷耗酸，提高短链脂肪酸的产量，改善污泥脱水性能。以期利用污泥脱水过程中作为絮凝剂加入的聚合氯化铝降低成本，有效实现污泥的资源化及减量化。

      c. 高原市政污水厂污泥溶胞减量及回流增碳

      剩余污泥中含有大量的资源类物质，如何高效溶胞后回流实现增碳是本组研究重点。课题组以拉萨市污水厂污泥为研究对象，结合超声波和NaOH各自的特点和优势，研究了不同方法对剩余污泥溶胞破解的效果；采用超声+NaOH+A2O工艺法对破解后的污泥液回流A2O工艺增碳，分析超声+NaOH+A2O组合工艺处理污水的效果，评价超声+NaOH+A2O组合工艺的污泥减量效果。

（2）污泥高干电脱水与污泥重金属电淋洗技术和设备

      在城市污水处理过程中会产生大量的污泥，其含水量高达95%-99.5%。普通机械脱水无法满足污泥后续处置的要求。针对这一瓶颈问题，采用无滤布电渗透脱水方法进一步降低含水率至60%以下，减少污泥体积，且降低污泥后续干化、焚烧的热能消耗，并开发出操作简单、运行可靠、经济适用的固定电极推送式电脱水设备。同时，在此基础上提出电渗透淋洗技术，淋洗并去除污泥中的重金属，开发研制固定电级推送式电淋洗设备，实现注酸、淋洗和脱水的多种作用，设备操作简单，体积小，快速高效。

5. 土壤修复与治理技术

（1）土壤复配与改良技术

      在人口不断增长，全球荒漠化形势严峻，耕地逐渐减少的情况下，采用手段修复治理土壤具有重要意义。重点利用污泥及秸秆、沼渣等其他生物质，与粉煤灰、建筑废料、沙性土、生土等相混合，经无害化处理、发酵稳定、元素调质、机械团粒等手段，制造或复配人造土壤，用于园林种植、生物质能种植等的土壤改良、表层土替代等，实现了废弃物资源化利用。

（2）污染土壤修复技术

      对比土壤净化与水处理、气体净化的差异，针对污染物在固体介质中流动性差的问题，提出利用低压电场的动电原理提高污染物在土壤中的流动性这一思想，并结合新型功能材料完成捕集和回收。该技术可扩展应用于尾矿重金属回收。