2019 年度国家技术发明二等奖申报公示

项目名称：多元催化剂嵌入法富集去除低浓度环境污染物增强技术及

应用

一、提名者：中国石油和化学工业联合会

提名意见：

该项目团队针对去除低浓度环境污染物存在驱动力低、过程传质

效率低和精准检测难等难题，在国家及省部等多个项目资助下，历经

十余年攻关，构筑了“强化富集/催化降解”双功能一体化立体微纳结构

新材料，创建了电荷陷阱调控的多组分污染物高灵敏/快速/同时检测

传感新材料及器件，发明了具有“强化富集/催化降解/精准检测”三功

能一体化的低浓度环境污染物深度处理技术并创制了智能化模块装

备，该项目整体技术实现了规模化工程应用，近3年在全国完成96项

废气处理工程、VOCs等污染物去除量40 T/d，完成苏州、常州、嘉

兴等地区河道污染治理以及工业废水治理工程22项，累计处理黑臭河

道水60万m³/d，处理后河水高于IV类水指标，工业废水排放浓度COD

低于30 mg/L，近3年总计销售额超过2.7亿元。

该项目共计获授权美国发明专利7项、中国发明专利34项，另申

请并受理美国专利16项、中国发明专利53项。发表SCI论文123篇，

获2017年江苏省科学技术一等奖和教育部自然科学一等奖各1项，培

养博士生获“江苏省优秀博士学位论文”2篇。受化学工业出版社邀请

并获国家科学技术学术著作出版基金资助编写出版《可控结构高分子

吸附材料》一书。

该项目成果显著，同意推荐申报国家技术发明二等奖。

二、项目简介：

低浓度环境污染物具有成分复杂、来源广泛、净化处理难度大、

生态环境累积效应明显，是我国生态文明建设中急需突破的重大环境

问题。去除低浓度污染物存在驱动力低、过程传质效率低和精准检测

难等难题，应用传统的物理吸附、催化等技术难以满足未来国家生态

环境健康的需求。

在国家和省部级项目资助下，历经十年攻关，该项目创建了强化

富集产生优势凝聚组分、环境污染物与嵌入的多元催化剂和多信号响

应材料间的定向作用原理，发明了系列功能性新材料、新技术及装备，

实现了规模化工程应用，解决了低浓度废气、废水的深度处理技术难

题。主要技术发明点如下：

1.发明了多元催化剂嵌入三维网络“强化富集/催化降解”双功能一体

化立体微纳结构新材料，突破了低浓度环境污染物低驱动力条件下富

集和催化降解效能低的技术难题：创建了强化富集材料三维网络空间

内长/短酯基纳米级排序控制方法及丰富微纳孔道制备工艺，发明了

系列可催化降解低浓度复杂污染物的高效多元纳米催化剂，首创了多

元催化剂在强化富集材料三维网络空间活性位点上配位交联嵌入的

新方法，发明了“强化富集/催化降解”双功能一体化立体微纳新材

料，实现对高达几十种成份的低浓度环境污染物同时去除率高于90%。

2.发明了电荷陷阱阱深和密度的调控方法，开发出多组分污染物高灵

敏/快速/同时检测传感新技术，突破了低浓度环境污染物检测操作程

序复杂、精准检测难、耗时长等技术难题：提出了电荷陷阱阱深和密

度调控实现多信号响应材料的新机理，发明了稳定、长效和节能的多

信号响应材料纳米薄膜的制备技术并创新性的用于多组分污染物高

灵敏/快速/同时检测，实现3种组分污染物同时检测、检测限浓度和响

应时间分别为国际报道最好水平的1/100和1/3。

3. 发明了集“强化富集/催化降解/精准检测”三功能一体化的低浓度污

染物深度处理技术，创制了智能模块化核心装备，突破了低浓度废气

和废水深度净化技术的工程应用难题：发明了具有“强化富集/催化降

解”双功能特性的装备模块化制作技术，解决了强化富集/催化降解双

功能一体化立体微纳新材料在载体上均匀分布及粘结的难题，创建了

具有“强化富集/催化降解/精准检测”三功能一体化智能装备，实现了

VOCs排放浓度小于30 mg/m³，COD排放浓度小于 30 mg/L。

该项目获授权美国发明专利 7 项、中国发明专利 34 项，另申请

并受理美国发明专利 16 项、中国发明专利 53 项；在 J. Am. Chem.

Soc.、Adv. Mater.等国际知名期刊上发表高影响 SCI 论文 123 篇；1

人获国家优秀青年基金，指导博士生获 2 篇 “江苏省优秀博士学位论

文”；获 2017 年江苏省科学技术一等奖和教育部自然科学一等奖各 1

项；受化学工业出版社邀请并获国家科学技术学术著作出版基金资助

编写出版《可控结构高分子吸附材料》一书。近 3 年在全国完成 96

项废气处理工程、VOCs 等污染物去除量 40 T/d，完成苏州、常州、

嘉兴等地区河道污染治理以及工业废水治理工程 22 项，累计处理黑

臭河道水 60 万 m³/d，处理后河水高于 IV 类水指标，工业废水排放

浓度 COD 低于 30 mg/L，近 3 年总计销售额超过 2.7 亿元。

三、客观评价

1.政府和行业组织评价：

1）该项目的第二个发明点“多信号响应性材料及传感器件”研究提出

了电荷陷阱阱深和密度调控的机理，开发了系列多信号响应性材料，

创建了稳定、长效和节能的多信号响应纳米薄膜的制备技术，发明了

高灵敏/快速/同时检测多组分污染物技术及传感器件，并在无锡高顿

传感有限公司获得了应用，因此获2017年度教育部自然科学一等奖；

2）该项目的第一和第三个发明点，发明了系列强化富集立体微纳结

构新材料，发明了系列多元纳米催化降解材料，发明了催化降解剂在

强化富集材料三维网络空间结构内的活性位点上配位交联的嵌入控

制方法，实现多元催化剂嵌入强化富集材料三维网络空间形成“强化

富集/催化降解”双功能一体化材料，并通过发明强的粘结剂和浸渍提

拉工艺解决了“强化富集/催化降解“双功能材料在载体上的均匀分布，

创制了具有“强化富集/催化降解/精准检测“三功能一体化的智能化模

块装备，实现了低浓度复杂污染物超低浓度排放，解决了该项目整体

技术和装备的规模化工程应用难题，取得了显著社会和经济效益，因

此获2017年度江苏省科学技术一等奖；

2）该项目团队长期从事微纳环保功能材料的研究，在环保功能材料

理论研究、产业化开发以及工程化应用方面取得了系列成果，发表了

350多篇高影响SCI论文，培养和引进了国家优秀青年基金获得者、

全国百篇优秀博士论文作者、国家千人计划及江苏省双创博士等一批

本领域优秀人才，在VOCs深度治理达标排放以及废水COD的超低浓

度排放方面实现了100多项工程应用，取得了广泛的国际影响力，因

此2015年12月，国家发改委和江苏省发改委联合批准该项目团队领

衔建设“环保功能吸附材料制备技术国家地方联合工程实验室”；

3）项目团队在智能纳米多功能材料和多组分污染物检测技术方面，

长期与美国 SCRIPPS 实验室的诺奖得主夏普莱斯教授、哥伦比亚大

学的朱晓阳教授、新加坡南洋理工大学的刘斌教授、张其春教授以及

新加坡国立大学刘小钢教授等开展合作研究，在文章发表、共同申请

项目方面取得系列重要成果，国家科技部于 2016 年 12 月批准该项

目团队建设“智能纳米环保吸附材料及检测技术国际联合研究中心”；

4）该项目第一完成人在石油化工行业废水和废气治理的理论研究和

工程应用方面做出的突出贡献，被中国石油和化学工业联合会推荐到

全国科学技术协会，评为“2014年度全国优秀科技工作者”，同时该项

目团队被中国石油和化学工业联合会授予2015年度“苏州大学微纳材

料创建及其在环境治理中的应用技术创新团队”；

5）该项目整体专利技术完整，5年来在技术合作开发、专利技术转让

及授权使用的企业达到9家，有力推动了该项目技术的成果转化并形

成生产力，取得了巨大经济效益的同时为VOCs和COD总量排放减持

做出了巨大贡献，因此该项目第一完成人获“江苏省第六届十大杰出

发明人奖”。

（2）学术评价

1）该项目第一完成人35年来一直从事高效污染物吸附和富集材料的

理论研究和应用开发，在国内外产生重大影响，受到了化学工业出版

社和国家科学技术学术著作出版基金的关注和邀请，由他们资助编写

出版《可控结构高分子吸附材料》一书，在书的序言中张全兴院士如

此评价此书：给读者娓娓讲述了高分子吸附材料结构构建的科学思路、

研究方法及工程应用实例。毫无疑问，此书的出版将对推动我国吸附

材料及其应用技术的快速发展产生积极的影响，书中列举的各类吸附

材料研究思路及成果应用无论是对从事材料的基础研究，还是从事环

境工程应用研究的学者、工程技术人员都具有很高的参考价值；

2）该项目团队在“强化富集/催化降解“双功能材料的理论研究和开发

过程中，在Adv. Mater., Adv. Funct. Mater等top期刊上发表了70余篇

高影响SCI论文，受到了领域内专家广泛关注，因此在2016年世界著

名材料类期刊Adv. Mater.主编邀请该项目团队第一完成人在该期刊

上发表了有关”强化富集/催化降解“双功能材料构建及其在低浓度环

境污染物深度治理中应用的综述文章（Adv. Mater., 2016, 28,

2916-2922）；

3）2015年该项目团队在影响因子为9.598的国际知名期刊Small上发

表了有关强化富集材料结构构建及富集效果的文章，受到了全世界读

者的关注，被Wiley出版集团的Materials View网站评为2015年8月份

十大热点文章排名三名；

4）该项目团队在该项目第二个发明点了提出了电荷陷阱阱深和密度

调控机理，并依据此机理指导首次成功设计合成了三信号响应的材料

并制备了器件，该成果发表在 J. Am. Chem. Soc（2010, 132, 5542）

上后，美国化学和工程网站（Chemical & Engineering ）于 2010 年

4 月 9 日用“多信号响应走向有机新时代“的标题对该结果进行了报道

并高度评价，美国滨州大学的阿加沃教授一直从事无机纳米线的三信

号响应研究，他在该在报道中评论指出：这是世界上第一个稳定的基

于有机小分子化合物的三信号响应器件；同天美国的物理协会网站

Phys. Org 用“三信号响应材料得到发展”和美国计算机软件网 the

Register 网站用“中国人超越双信号实现三信号响应的分子器件”为标

题都对项目团队的该研究结果高度评价，并引领了此后香港中文大学

的任咏华教授团队、南京邮电大学的黄维教授团队、韩国浦项大学的

Ree 教授团队以及西班牙著名有机半导体专家 Veciana 的关注并兴

起了对多信号响应材料的研究高潮，特别是 Veciana 教授专门在 top

期刊 Adv. Mater.撰写综述评论，认为项目团队提出的电荷陷阱机理

以及利用有机分子的化学结构可设计性和纳米器件的制备技术将为

未来多信号响应材料的实现带来新的前景；

5）韩国两院院士河昌植教授在顶级期刊 Adv. Funct. Mater. (2018,

28, 1703814) 详细评价本项目技术：认为开创了废水中苯酚高效富

集/快速降解的新技术；

6）德国科学院 Stanislav N. Gorb 院士和中科院江雷院士编写

《 Stimuli-Responsive Dewetting/Wetting Smart Surfaces and

Interfaces》一书收录本项目技术并评价：一种典型的有机物高效富

集技术；

7）由中国石油和化学工业联合会组织、由环境领域曲久辉院士任主

任委员、刘文清院士和侯立安院士任副主任委员以及贺泓院士、贺克

斌院士、陈坚院士、任洪强教授、徐祖信教授和赵克强研究员任评审

委员的项目鉴定委员会，对该项目的科学性、可行性和应用性进行了

评价鉴定，鉴定结论指出：该项目解决了低浓度污染物低驱动力条件

下富集/催化降解效能低的技术难题，突破了低浓度多组分污染物检

测程序复杂、精准检测难、耗时长等技术难题，为低浓度废气和废水

中的 VOCs、难降解有机物去除等提供了先进可行的工程应用技术，

成果整体达到国际领先水平。

8）国家级查新机构出具的查新报告结论：未见长短链酯链构建的三

维网络立体强化富集材料；未见多元催化剂嵌入三维网络空间的立体

化双功能材料降解低浓度复杂污染物；未见三信号和四信号响应性材

料在多组分污染物传感检测中的应用。

四、应用情况

（1）该项目成果与江苏南方涂装环保股份有限公司从2014年开始合

作，对市场上的VOCs治理进行了大量的工程化，在全国11个省市区

3年来共计实现VOCs治理工程62项共计214台套智能化模块装备，实

现销售1.7亿多元。

（2）该项目成果与苏州贝彩纳米科技有限公司、海宁一泓环保科技

有限公司、江苏吉祥天环保科技发展有限公司以及常州丰原生物科技

有限公司自2014年开始合作以来，对苏州、常州以及浙江部分地区

的十条黑臭河道进行治理，每天治理水量超过60万方，治理后河道全

部由原来的劣V类水质达到提高到IV类水质标准及以上，累积工程额

超过1000万元。

（3）该项目成果授权秦皇岛安洁环保科技有限公司于2014年应用以

来，该公司应用证明显示先后总投资约2000万元左右，形成了系列

化针对废气以及河道废水、工厂废水深度处理的模块化装备生产，先

后在河北、湖北等地的石油化工、食品加工和香料香精生产等生产企

业废气和废水排放中成功应用，建起了废气和废水深度处理达标排放

工程十余个，处理企业和河道水上油类污染近十余起，处理后的排放

指标要求远低于国家和地方排放标准。三年多时间总计实现销售

6500多万元，并为企业节省装备投入、处理成本及挽回其他经济损

失总计超过2500多万元，取得了良好的经济和社会效益，受到了用

户和地方环保部门的高度评价；

（4）该项目成果授权苏州海立蓝环保科技有限公司于2013年开始应

用以来，该公司形成了系列化的低浓度废水深度处理智能化模块装备，

先后在中石油克拉玛依分公司、神华公司等企业成功实施了含油废水

深度处理至无害化排放的十余个工程化应用案例，日处理水量从数百

吨到几千吨，实现COD值从200-500 mg/L降到远低于国家排放标准

的10 mg/L。3年来，该公司总计实现销售3900多万元，为企业节省

装备投入和处理成本总计3200余万元，环境和社会效益显著；

（5）该项目第三个发明点“多组分污染物检测传感器件”的相关技术

自2014年8月份和无锡高顿传感技术有限公司合作以来，该公司经过

进一步开发形成了全面产业化，三年多时间以来已经形成传感器的销

售收入超过了100万元。

五、主要知识产权和标准规范等目录

序号

专

利

类

型

专利名称 专利号 发明人 授权时间 备注

1

美

国

发

明

专

利

Quaternary data-storage

materials and the

preparation method

thereof

US9006402B2

路建

美，李

华

2015 年 4

月 14 日

核心专

利

2

美

国

发

明

专

利

Sponge-like polymeric

adsorption material US9427724B2 路建美

2016 年 8

月 30 日

核心专

利

3

美

国

发

明

专

利

Method for preparing

fibrous polymeric

adsorption material

US9427926B2 路建美 2016 年 8

月 30 日

核心专

利

4

美

国

发

明

专

利

Microorganisms-Immobiliz

ed Felt-based Resin for

the Treatment of Phenolic

Effluents and A

Preparation Method

Thereof

US9758415.B2

路建

美，李

娜君

2017 年 9

月 21 日

核心专

利

5

美

国

发

明

专

利

Biological composite

material loaded with

magnetic nanoparticles

with core-shell

structure, the

preparation therefore and

the application

US9809476.B2

路建

美;

陈冬赟

2017年 11

月 7 日

核心专

利

6

美

国

发

明

专

利

Organic electric memory

device based on phosphonic

acid or

trichlorosilane-modified

ito glass substrate and

preparation method

thereof

US9818963.B1

路建

美，贺

竞辉

2017年 11

月 14 日

核心专

利

7

美

国

发

明

专

利

Ammonia gas sensor based

on squaric acid

derivative, preparation

method and application

thereof

US9,841,411 B2

路建

美，贺

竞辉

2017年 12

月 12 日

核心专

利

8

中

国

发

明

专

利

具有荧光响应的多孔性吸油

纤维制备方法 20130190643.2

路建

美，张

克勤，

徐庆

锋,袁

伟，顾

培洋，

祁宁

2015 年 8

月 5 日

核心专

利

9

中

国

发

明

专

利

一种用于催化降解氮氧化物

的复合材料及其制备方法和

用途

201510955976.9

路 建

美 ;

陈冬赟

2018 年 6

月 12 日 核心专利

10 中 具有吸附-可见光催化降解协 201610537149. 蒋军, 2018 年 7 核心专

六、主要完成人

排名

完

成

人

技

术

职

称

工作单位 创新性贡献 曾获科技奖励情况

第一

路

建

美

教

授 苏州大学

负责项目的整体规划和实施，提出项目

的核心研究思路和路线，对技术创新点

1,2,3 均做出了创造性贡献，在研发工

作中投入工作量占本人总工作量的

80%。主要佐证材料：核心专利 1-10。

2014 年度国家技术发明二等奖，

排名第一；2013 年度国家科技进

步二等奖，排名第二；2013 年度

江苏省科学技术一等奖；2013 年

度中国石油和化学工业联合会科

学技术一等奖，排名第一；2017

年度江苏省科学技术一等奖，排

名第一；2017 年度教育部自然科

学一等奖，排名第一。

第二

陈

冬

赟

副

教

授

苏州大学

项目主要完成人，对纳米多元催化剂和

发明智能化模块装备做了大量研究工

作，对技术创新点 1 和 3 均有创造性贡

献，在研究工作中投入的工作量占本人

工作总量的 80%。主要佐证材料：核心

发明专利 5，9，10

2014 年度国家技术发明二等奖，

排名第五；2013 年度江苏省科学

技术一等奖，排名第七；2017 年

度江苏省科学技术一等奖，排名

第二；2017 年度教育部自然科学

一等奖，排名第四。

国

发

明

专

利

同作用的复合材料及其制备

方法和用途

2 路建

美，李

娜君，

陈冬赟,

月 20 日 利

第三

李

娜

君

教

授

苏州大学

项目主要完成人，对强化材料与纳米催

化剂的嵌入技术做了大量研究工作，对

技术创新点 1 有创造性贡献，在研究工

作中投入的工作量占本人工作总量的

70%。主要佐证材料：核心专利 4，10

2014 年度国家技术发明二等奖，

排名第六；2013 年度江苏省科学

技术一等奖，排名第六；2017 年

度江苏省科学技术一等奖，排名

四。

第四

贺

竞

辉

副

教

授

苏州大学

项目主要完成人，对多组分污染物传感

的材料和器件制备做了大量研究工作，

对技术创新点 2 有创造性贡献，在研究

工作中投入的工作量占本人工作总量

的 60%。主要佐证材料：核心专利 6

和 7

2017 年度江苏省科学技术一等

奖，排名第六；2017 年度教育部

自然科学一等奖，排名第六。

第五

张

克

勤

教

授 苏州大学

项目主要完成人，对项目整体技术在黑

臭河道治理方面进行了材料和装备的

研究工作，对技术创新点 3 有创造性贡

献，在研究工作中投入的工作量占本人

工作总量的 60%。主要佐证材料：核心

专利 8

2017 年度江苏省科学技术一等

奖，排名第六；2017 年度教育部

自然科学一等奖，排名第六。

第六

李

爱

军

江苏南方

涂装环保

股份有限

公司

项目主要完成人，对该项目整体技术在

VOCs深度处理中的应用进行了有效的

市场推广，5 年来累计服务企业 88 家，

销售额超过 2.2 亿元，投入的工作量占

本人工作总量的 60%。主要佐证材料：

技术合作协议。

无

七、完成人合作关系说明

第一完成人和第二、第三、第四、第五完成人同属一个研究团队，

第一完成人和他们分别有共同授权的核心发明专利；第六完成人和第

一完成人属于项目整体技术市场推广应用的合作关系，第六完成人利

用自身公司在市场运作和工程实践方面的成熟经验，成功把该项目技

术实施了工程实践，并在 5 年内取得了 88 家企业的 VOCs 深度处理

业绩，累积每天 VOCs 减排超过 40 吨，累积销售超过 2.2 亿元。