【所属领域】
能源环保
【技术背景】
随着我国经济的不断发展，人们对居住环境的要求愈来愈高，国家先后出台相关政策治理油烟，油烟净化技术逐步引起环保部门的重视，有关的净化技术也相继出现。人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾。
目前市场上的油烟脱除催化剂活性不足。油烟脱除过程油烟裂解反应温度较低，化学反应速率与温度成正比，综合导致油烟在催化剂上裂解的反应速率较低。同时在厨具应用场景下油烟通常与催化剂接触时间短，无法在短时间内实现油烟分子裂解；厨烟中含有大量C、H、O三种元素为主的有机组分，含碳组分在催化剂活性点位发生裂解时，产生的活性含碳自由基中间产物会在催化剂活性点位进一步发生聚合副反应，导致生成积碳覆盖催化剂活性点位，最终导致催化剂失活；催化剂孔隙、形状和位置等因素对烟气的流动有明显影响，导致部分油烟分子未接触催化剂已离开油烟脱除模块，加上缺乏对反应流场专门优化，导致烟气流动过程中由于各种因素让厨烟逃逸；现有油烟净化产品无法根据油烟的浓度、流量、温度等调控油烟净化模块的工作状态，通常为了保证净化油烟的效果，现有净烟装置按照最大功率使用，严重导致油烟净化能耗高，也使得油烟净化成本高。同时，现有油烟净化产品的净化活性低，装置工作温度高，也导致了产品能耗高。
【成果介绍】
本成果瞄准现有技术存在的催化活性低、使用寿命短和厨烟逃逸多等三大关键问题。在基础理论层面，揭示了多金属合金构效规律，构建了极端条件下催化氧化机理模型，阐明了热场-流场-浓度场协同作用机理；在技术层面，突破性开发了三维金属骨架催化剂制备技术、基于双氧调控的厨烟高效稳定净化技术、基于流场优化的传热反应强化技术；在装置层面，基于实际应用场景，结合理论与技术研究成果，目前已发明了烤箱“消烟”和烟机“净烟”的厨烟高效催化净化装置，以期最终实现厨房“零”油烟。
【技术优势】
（1）国内首创造出具有高孔隙率、高导热率和高活性的三维金属骨架催化剂（3D-MFC），其孔隙率达95%，导热率达65W/(m·K)，是常规技术中蜂窝陶瓷催化剂（约1.5W/(m·K)）的40倍以上；
（2）提出了含氧气氛自适应和催化剂配方改性的双氧调控方法，显著提升厨烟净化稳定性，积碳量降低90%，催化剂使用寿命延长1倍；
（3）基于流场优化的传热反应强化方法，明确了催化剂孔隙、形状和位置的影响机制，发明了传热-流动-反应协同增效的厨烟催化净化装置，油烟逃逸率降低45%，实测脱除效率高达95%。
（4）本成果技术成熟度高，商业模式清晰，若能促成与大型企业的深度合作，有望推动餐厨油烟排放方面“新国标”的诞生。
【资质荣誉】
在广东佛山2021年第一届全国博士后创新创业大赛中本成果获得优胜奖。
【应用场景】
主要应用在油烟机、电烤箱、微波炉、空气净化器、集成灶等家用电器。
【市场前景】
（1）油烟机占厨房大家电市场规模的近50%，2020年我国油烟机产量达到3412.3万台，以2020年数据计算可得，国内低端油烟机每年销量可达850万台，而高端油烟机销量达150万台，且每年我国有超1100万台的油烟机出口量，若全部产品使用本项目油烟机“净烟”装置，年总销售额可达57.65亿元，再加上油烟机巨大的市场保有量带来的零部件及替换件市场，每年油烟机“净烟”装置的市场规模可达百亿。
（2）电烤炉也是本项目另一大应用场景，以2020年数据为依据，国内销售额可达2.12亿元，国外市场则达到60.14亿元。电烤箱市场出口也是极为重要的市场，核算市场保有量后，每年电烤箱“消烟”系统的市场规模也可达百亿。
（3）在其他行业应用。该技术还广泛适用于微波炉、空气净化器、集成灶等家用电器，相关产品每年均有超百万的销售量。同时，在特定应用场景中，如舰船、军用炊具、矿采、垃圾处理、工业废气、下水管道等均有巨大的应用潜力。
【知识产权】
该成果获中国授权发明专利多项，下表为部分展示：
【合作方式】
技术许可、技术转让、技术入股等
【专家介绍】
李寒剑，博士，华中科技大学武汉光电国家研究中心博士后，于2019年和2020年连续两年获教育部博士研究生国家奖学金，荣获2021年度电力科技创新二等奖（基于在线监测技术的锅炉多参量动态平衡燃烧技术开发与应用），主持大学生创新创业项目1项、创新研究院创新项目1项、湖北省博士后创新人才岗位项目1项，发表SCI论文14篇（一作5篇），申请国家发明专利33项。同时兼具技术研发实力和产品应用经验，曾主持企业科技项目，成功研发2个系类4类产品应用到工业现场，并通过第三方检测，相关技术经科技部查新为新技术，经认证为“国际先进”，累计带来经济效益近千万元。
海外交流项目，法国巴黎高等矿业学院MINES-ParisTech 可再生能源和系统研究中心PERSEE ，利用直流电弧等离子体改性TiO2气凝胶催化剂，达到当时世界领先的光催化制氢效率，完成3篇论文。2018-2021年基于射频识别物联网技术的煤种识别监测与混煤掺烧在线优化研究（科技项目）、超高参数高效二氧化碳燃煤发电基础理论与关键技术研究（重点研发计划子课题）、聚光太阳能增效耦合蓄热热解的亚非农林废弃物制备高值产品的联合研发（重点研发计划）、光热/蓄热热解方式下典型生物质传热/反应机理及反应动力学特性研究（国基金面上）等多个重点研发计划中担任项目骨干。
【联系方式】
成果编号：CG22019
