科技成果 | 2019上交会——上海师范大学篇

VOC全分解空气净化装置

随着我国经济的不断发展和产业结构的深度调整，清洁生产已经成为一种深入人心的发展理念。近几年，我国在不断加大环境特别是工业有机废气的整治和投入力度，并取得了显著的成果。有机废气治理可选择工艺比较多，但由于受投资运行成本、生产现状，企业管理能力等综合因素的影响，当前市面上的工艺还不能满足复杂市场需求。

在民用市场，主流的处理方法为活性碳吸附，但吸附饱和和二次脱附问题一直被厂家回避，同时普通消费者也难以判断吸附饱和的时间点。一旦被吸附的有害气体发生二次脱附，不可避免会对人体造成伤害。少部厂家分采用贵金属催化氧化甲醛或者采用光催化技术氧化VOC气体。但是，贵金属催化剂在高湿度和实际环境中极易失活，只能处理醛类物质，对甲苯等苯系物基本没有太好的效果，且催化剂成本较高。光催化技术是很好的VOC处理方法，但从目前使用情况来看，催化效率低，容易产生副反应产生中间产物。

在工业领域，当前在部分化工厂的防爆区域内，由于现场条件限制，无法选用燃烧、吸脱附-催化燃烧、等离子等产生明火等危险因子的工艺，其他可选工艺如活性炭吸附法会产生大量危废；喷淋法会产生大量废水；生物法设备体积巨大。针对此问题，我们综合多项技术，开发了利用自由基（·OH）高效分解VOC气体的空气净化装置。该装置集成过滤、吸附、吸收、电催化、光催化和热催化技术，可在温和条件下，将VOC气体（醛类、苯类等）等有害易挥发气体高效转化为H2O和CO2等无害物质，同时有效抑制中间产物的挥发，可连续处理有机废气。该设备运行控制简单，投资运行成本低，具备较好的市场应用前景。

利用自由基（·OH）高效分解VOC气体。

集成过滤、吸附、吸收、电催化、光催化和热催化技术等多项技术。

可在温和条件下，将VOC气体（醛类、苯类等）等有害易挥发气体高效转化为H2O和CO2等无害物质。

工业需要采用低温处理VOC气体的领域，民用家庭室内空气净化领域。

集成3D-ToF的室内无人机

本系统是采用3D-ToF红外激光雷达的室内无人机系统，目前该3D-ToF作为前方航路障碍物或者目标物进行识别，进行避障或者绕障飞行。该3D-ToF系统也可以作为俯视安装，这样可以作为地面目标识别或者地形识别，从而引导无人机按照特征地形飞行。

系统采用3D-ToF红外激光雷达，该3D-ToF以80x60的分辨率，达到500fps的帧率，可以很好地满足动态目标/障碍物检测。

采用多种传感器完成室内无人机的悬停、定位和飞行工作，不同于常见的室外无人机技术特征。

粮仓安全巡检应用、电力仓库巡检应用。

粮仓安全巡检应用、电力仓库巡检应用

本项目根据我们长期从事纳米组装有机金属催化材料的制备与应用研究基础，拟通过介孔组装Ni(II)、Pd(II)和Ru(II)催化剂系统性研究，期望发展出1-2种新方法获得尺寸、组成、结构及表面性质与活性位微环境可控的高性能纳米有机金属催化剂规模化生产以及产业化探索，为设计发展新一代高活性、高选择性和高稳定性的多孔有机金属催化剂提供实验依据和理论指导。

本项目拟采用纳米组装方法将有机金属硅烷与无机硅烷在表面活性剂诱导下协同组装制备出纳米介孔有机金属催化材料；借助调控表面活性剂来调变催化剂的形貌及其物理参数；通过调变硅烷的种类达到精细调节催化剂的化学组分、数量及载体的表面亲疏水性和酸碱性。具体内容如下：将表面活性剂（如P123、F127），骨架硅烷分子（如正硅烷乙酯、1, 2-双(三乙氧基硅基)乙烷、1, 4-双(三乙氧基硅基)苯）和有机金属硅源（如包含铑，钯或钌有机金属硅烷）分别作为介孔孔道，骨架结构以及催化功能团的构筑单元。硅烷分子水解缩聚后的硅胶体团簇与表面活性剂分子组装，由于组装过程中反应条件温和且活性位处于胶束中，因此该方法可以有效地保持活性位分子的分子构型；由于表面活性剂和骨架构筑硅烷的种类容易调变，因此可以精确控制孔结构和骨架单元化学组成，从而设计出有利于催化反应的微环境；同时由于组装过程中可以控制活性位构筑单元参与的种类。

本项目关键技术包括：

1）催化剂的制备技术：引入表面活性剂自组装、溶剂蒸发诱导表面活性剂自组装和喷雾干燥等技术，合成高效多孔有机金属催化剂。

2）催化剂规模化生产技术：通过调变合成工艺，实现催化剂孔道结构、形貌和尺寸的调变，提高催化剂的传质效率，改善催化剂对反应物的吸附；在此基础上，实践催化剂公斤级生产，完成催化剂规模化放大生产工程。

产品主要用于精细化学品合成领域，用于替代昂贵且无法回收利用的均相钯催化剂，在上海乃至全国新药研发及精细化学品相关公司使用。

基于深度学习的城市空气污染大数据预测技术与应用

本项目是在多个国家或省部级科研项目支持下，结合智慧城市建设中对空气污染和环境管理智慧化的实际应用需求，自主研发的新一代空气污染分析预测信息技术。该技术以全国城市的空气质量、气象状态等时序大数据为基础，融合了新一代深度学习神经 络为代表的新型分析预测模型，实现包括空气污染预测深度学习架构技术、污染大数据的数据可用性技术、深度学习的时间序列依赖预测技术、空间区域污染的关联性计算技术等核心技术，达到“大数据-新模式-可视化”的全新应用，提供城市环境治理建设所需要的空气污染分析辅助决策功能。

1. 高度集成深度学习模型（CNN/LSTM等），智能预测。
2. 海量标注与时序化的城市空气污染大数据集成库。
3. 采用云架构，系统访问快捷高效。
4. 可视化结果，丰富的数据统计与分析手段。
5. 高扩展性，快速部署新研发模型。

主要应用领域为政府、机构、企业等环境治理、污染管理等相关行业。全国区域均可使用。

手功能智能康复训练系统

我国中风患者众多，但因康复治疗师人数严重不足，只有少数患者能够在医院得到康复治疗。采用康复机器人辅助患者康复训练，不仅能减轻家庭和社会的经济负担，还能保证有效的训练强度和训练效果。本项目研发的手功能康复训练系统，操作简单、性价比高、安全可靠，为中风患者提供一种适合在康复机构或家庭中使用的智能型手功能康复训练系统。采用鲍登线驱动的可穿戴式软体手套作为主体，装置质量轻、穿戴简便、性价比高、不容易造成二次伤害，可实现被动训练和主动训练等功能。提出一种通过肌电臂环采集肌电信号识别健侧手臂活动意图来带动患侧训练的方式，同时也引入了脑电控制方法，可以通过患者脑电信号驱动机器人带动患肢训练，提高了脑功能康复效率。为了便于康复师指导康复训练，设计了客户端软件，医生可以通过远程操作指导训练并掌握训练的结果。该项目具有重要的应用价值和广阔的市场前景，能使更多的患者有条件接受康复治疗，使智能机器人技术发展更好地为人类的健康服务。

1. 提出一种由鲍登线柔性驱动的可穿戴式手功能智能康复训练系统方案，具有肌电、脑电控制功能，且可以得到治疗师的远程指导，解决了中风患者康复治疗资源不足的难题；
2. 采用性价比很高的MYO臂环实现健侧手部活动意图用于驱动患侧训练，在康复后期又能将臂环用于患侧sEMG信号拾取用于交互训练和康复评估，构建一种人机共融的康复训练模式；
3. 将低成本的商用脑电采集器用于手功能康复训练系统中，从EEG信号中提取活动意图用于驱动患侧做康复训练，提高了康复的效果。

应用于中风患者手功能康复领域，也可以用于手部骨折患者的康复治疗中。

以钢铁矿渣微粉为原料制备羟基磷灰石用于吸附工业污水中的重金属离子

重金属汞、镉、铅、铬和砷被称为“五毒”，它们会严重污染土壤、水、空气。尤其，重金属污水及其化合物能在鱼类及其它水生物体内以及农作物组织内累积富集，通过饮水和食物链的生物积累、生物浓缩、生物放大等作用，对人类健康产生更广泛更严重的危害。高炉矿渣是钢铁冶炼中产生的第一大冶金渣资源，年产生量接近400万吨。目前高炉矿渣的综合利用率约为80%，用于生产矿渣微粉和水泥混合材占到76.7%。为了进一步提高矿渣微粉的附加值，本项目以矿渣微粉为原料，采用原位转化法制备纳米羟基磷灰石粉体，并用于去除工业废水中的重金属离子。纳米羟基磷灰石颗粒对电镀污水中的重金属离子具有良好的去除效率，它对铜、铁和锌离子的去除率分别达到93.53%、99.99%和95.76%。纳米羟基磷灰石不仅可以在污水处理池中直接吸附重金属离子，同时还可与壳聚糖等有机吸附材料复合形成多孔材料，在流动状态下实现连续去除废水中的重金属离子。

1. 本项目以钢铁冶炼中产生的矿渣微粉为原料制备纳米羟基磷灰石，不仅生产成本低廉，而且实现了废渣再利用；
2. 以钢铁冶炼高炉矿渣为原料合成出的样品为纯相的纳米羟基磷灰石粉体，结晶度较低、颗粒大小分布均匀，其粒径为50~80 nm；
3. 纳米羟基磷灰石对工业废水中的重金属离子具有优良的化学吸附性能，经过处理后的废水中Fe3+、Zn2+、Cu2+和Ni2+离子均到达电镀污染物排放标准GB21900-2008和污水综合排放标准GB8978-1996。

电镀废水处理。