【所屬領(lǐng)域】
能源環(huán)保
【技術(shù)背景】
隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們對居住環(huán)境的要求愈來愈高，國家先后出臺相關(guān)政策治理油煙，油煙凈化技術(shù)逐步引起環(huán)保部門的重視，有關(guān)的凈化技術(shù)也相繼出現(xiàn)。人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分的發(fā)展之間的矛盾。
目前市場上的油煙脫除催化劑活性不足。油煙脫除過程油煙裂解反應(yīng)溫度較低，化學反應(yīng)速率與溫度成正比，綜合導致油煙在催化劑上裂解的反應(yīng)速率較低。同時在廚具應(yīng)用場景下油煙通常與催化劑接觸時間短，無法在短時間內(nèi)實現(xiàn)油煙分子裂解；廚煙中含有大量C、H、O三種元素為主的有機組分，含碳組分在催化劑活性點位發(fā)生裂解時，產(chǎn)生的活性含碳自由基中間產(chǎn)物會在催化劑活性點位進一步發(fā)生聚合副反應(yīng)，導致生成積碳覆蓋催化劑活性點位，最終導致催化劑失活；催化劑孔隙、形狀和位置等因素對煙氣的流動有明顯影響，導致部分油煙分子未接觸催化劑已離開油煙脫除模塊，加上缺乏對反應(yīng)流場專門優(yōu)化，導致煙氣流動過程中由于各種因素讓廚煙逃逸；現(xiàn)有油煙凈化產(chǎn)品無法根據(jù)油煙的濃度、流量、溫度等調(diào)控油煙凈化模塊的工作狀態(tài)，通常為了保證凈化油煙的效果，現(xiàn)有凈煙裝置按照最大功率使用，嚴重導致油煙凈化能耗高，也使得油煙凈化成本高。同時，現(xiàn)有油煙凈化產(chǎn)品的凈化活性低，裝置工作溫度高，也導致了產(chǎn)品能耗高。
【成果介紹】
本成果瞄準現(xiàn)有技術(shù)存在的催化活性低、使用壽命短和廚煙逃逸多等三大關(guān)鍵問題。在基礎(chǔ)理論層面，揭示了多金屬合金構(gòu)效規(guī)律，構(gòu)建了極端條件下催化氧化機理模型，闡明了熱場-流場-濃度場協(xié)同作用機理；在技術(shù)層面，突破性開發(fā)了三維金屬骨架催化劑制備技術(shù)、基于雙氧調(diào)控的廚煙高效穩(wěn)定凈化技術(shù)、基于流場優(yōu)化的傳熱反應(yīng)強化技術(shù)；在裝置層面，基于實際應(yīng)用場景，結(jié)合理論與技術(shù)研究成果，目前已發(fā)明了烤箱“消煙”和煙機“凈煙”的廚煙高效催化凈化裝置，以期最終實現(xiàn)廚房“零”油煙。
【技術(shù)優(yōu)勢】
（1）國內(nèi)首創(chuàng)造出具有高孔隙率、高導熱率和高活性的三維金屬骨架催化劑（3D-MFC），其孔隙率達95%，導熱率達65W/(m·K)，是常規(guī)技術(shù)中蜂窩陶瓷催化劑（約1.5W/(m·K)）的40倍以上；
（2）提出了含氧氣氛自適應(yīng)和催化劑配方改性的雙氧調(diào)控方法，顯著提升廚煙凈化穩(wěn)定性，積碳量降低90%，催化劑使用壽命延長1倍；
（3）基于流場優(yōu)化的傳熱反應(yīng)強化方法，明確了催化劑孔隙、形狀和位置的影響機制，發(fā)明了傳熱-流動-反應(yīng)協(xié)同增效的廚煙催化凈化裝置，油煙逃逸率降低45%，實測脫除效率高達95%。
（4）本成果技術(shù)成熟度高，商業(yè)模式清晰，若能促成與大型企業(yè)的深度合作，有望推動餐廚油煙排放方面“新國標”的誕生。
【資質(zhì)榮譽】
在廣東佛山2021年第一屆全國博士后創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽中本成果獲得優(yōu)勝獎。
【應(yīng)用場景】
主要應(yīng)用在油煙機、電烤箱、微波爐、空氣凈化器、集成灶等家用電器。
【市場前景】
（1）油煙機占廚房大家電市場規(guī)模的近50%，2020年我國油煙機產(chǎn)量達到3412.3萬臺，以2020年數(shù)據(jù)計算可得，國內(nèi)低端油煙機每年銷量可達850萬臺，而高端油煙機銷量達150萬臺，且每年我國有超1100萬臺的油煙機出口量，若全部產(chǎn)品使用本項目油煙機“凈煙”裝置，年總銷售額可達57.65億元，再加上油煙機巨大的市場保有量帶來的零部件及替換件市場，每年油煙機“凈煙”裝置的市場規(guī)模可達百億。
（2）電烤爐也是本項目另一大應(yīng)用場景，以2020年數(shù)據(jù)為依據(jù)，國內(nèi)銷售額可達2.12億元，國外市場則達到60.14億元。電烤箱市場出口也是極為重要的市場，核算市場保有量后，每年電烤箱“消煙”系統(tǒng)的市場規(guī)模也可達百億。
（3）在其他行業(yè)應(yīng)用。該技術(shù)還廣泛適用于微波爐、空氣凈化器、集成灶等家用電器，相關(guān)產(chǎn)品每年均有超百萬的銷售量。同時，在特定應(yīng)用場景中，如艦船、軍用炊具、礦采、垃圾處理、工業(yè)廢氣、下水管道等均有巨大的應(yīng)用潛力。
【知識產(chǎn)權(quán)】
該成果獲中國授權(quán)發(fā)明專利多項，下表為部分展示：
【合作方式】
技術(shù)許可、技術(shù)轉(zhuǎn)讓、技術(shù)入股等
【專家介紹】
李寒劍，博士，華中科技大學武漢光電國家研究中心博士后，于2019年和2020年連續(xù)兩年獲教育部博士研究生國家獎學金，榮獲2021年度電力科技創(chuàng)新二等獎（基于在線監(jiān)測技術(shù)的鍋爐多參量動態(tài)平衡燃燒技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用），主持大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目1項、創(chuàng)新研究院創(chuàng)新項目1項、湖北省博士后創(chuàng)新人才崗位項目1項，發(fā)表SCI論文14篇（一作5篇），申請國家發(fā)明專利33項。同時兼具技術(shù)研發(fā)實力和產(chǎn)品應(yīng)用經(jīng)驗，曾主持企業(yè)科技項目，成功研發(fā)2個系類4類產(chǎn)品應(yīng)用到工業(yè)現(xiàn)場，并通過第三方檢測，相關(guān)技術(shù)經(jīng)科技部查新為新技術(shù)，經(jīng)認證為“國際先進”，累計帶來經(jīng)濟效益近千萬元。
海外交流項目，法國巴黎高等礦業(yè)學院MINES-ParisTech 可再生能源和系統(tǒng)研究中心PERSEE ，利用直流電弧等離子體改性TiO2氣凝膠催化劑，達到當時世界領(lǐng)先的光催化制氫效率，完成3篇論文。2018-2021年基于射頻識別物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的煤種識別監(jiān)測與混煤摻燒在線優(yōu)化研究（科技項目）、超高參數(shù)高效二氧化碳燃煤發(fā)電基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究（重點研發(fā)計劃子課題）、聚光太陽能增效耦合蓄熱熱解的亞非農(nóng)林廢棄物制備高值產(chǎn)品的聯(lián)合研發(fā)（重點研發(fā)計劃）、光熱/蓄熱熱解方式下典型生物質(zhì)傳熱/反應(yīng)機理及反應(yīng)動力學特性研究（國基金面上）等多個重點研發(fā)計劃中擔任項目骨干。
【聯(lián)系方式】
成果編號：CG22019
