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走近云南省科学技术奖获奖项目 科技创新赋能高质量发展
2021-06-22 08:42:39

云南传统道地中药材大品种研究填补国内外空白。

云南传统道地中药材大品种研究填补国内外空白。

高速公路舒稳性提升。

高速公路舒稳性提升。

近日,《云南省人民政府关于2020年度科学技术奖励的决定》正式发布,共授予云南省科学技术奖175项(人)。在这些奖项中,特等奖和一等奖项目不仅是全省优势特色领域的代表性项目,还起着点上示范、面上引领的作用,在国内同领域处于领先水平。部分项目取得的科学突破、技术创新在国际上也具有一定的影响力。

自然科学奖特等奖

新型储氧材料助力催化剂成本降低30%至40%

我国是稀土生产大国,由于中重轻稀土元素在矿物中具有伴生特性,中重稀土元素供不应求的同时带来轻稀土元素严重挤压,造成资源浪费。昆明理工大学校长、 省部共建复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室主任王华介绍,镧、铈等轻稀土氧化物及复合氧化物具有优异的储氧性能,已被广泛应用于汽车尾气催化净化和化学链技术。尽管国际学术界对稀土储氧材料进行了大量研究,但在材料设计、性能调控和反应机理方面还存在许多难题。

首先是材料设计理念没有突破,大多限制于掺杂和负载等方法。此外,储氧—催化功能无法实现有机耦合,储氧材料参与催化反应的机理认识不清。此外,储氧量与稳定性无法兼备,传统储氧材料无法满足化学链技术高温运行的要求。瞄准这些难题,团队展开研究,“铈基稀土储氧催化材料的构建与性能调控”获2020年度云南省自然科学奖特等奖。

针对储氧材料存在的问题,团队另辟蹊径。其中,自诱导界面提升氧迁移率与活化能力;界面氧通道提升储氧量和氧化还原稳定性;界面缺陷提升热稳定性和选择性。通过界面调控,满足了高温储氧材料兼顾储氧量与稳定性、耦合储氧与催化功能、调控氧迁移与选择性的设计要求。

掺杂变价金属离子形成固溶液是大幅提升稀土储氧材料储氧量的常用方法,然而变价离子掺杂引起的严重晶格畸变和离子价态变化容易削弱其高温热稳定性。和传统的固溶体型储氧材料不同,项目组提出通过异质氧化物界面的相互作用,提升晶格氧迁移速率和材料热稳定性的储氧性能调控新思路,解决了储氧材料活性和稳定性难以协调的难题,阐释了异物氧化物间界面耦合活化位与氧离子通道效应的作用机制,建立界面驱动的复合储氧材料制备新方法。

王华介绍,攻破了系列技术难题,项目构筑了适用于化学链技术的新型高活性氧载体,开发的新型轻稀土储氧材料获国际同行广泛认可,且已产业化应用。通过该类型稀土储氧材料的使用可实现贵金属减量化,催化剂成本降低30%至40%,性能显著提升,可应用于汽车尾气治理、工厂有害气体排放治理等。

自然科学奖一等奖

新技术显著提高铜铅锌氧化矿的浮选回收率

铜铅锌是国民经济和国防建设重要的有色金属材料。我国铜铅锌年消耗量巨大,但自给率不足,对外依存度过高。铜铅锌氧化矿主要存在于硫化矿矿床的氧化带,是全省矿产资源的重要组成部分。由于选冶回收难度大,严重影响了资源的回收利用效率,同时也影响了企业的经济效益。

近10年来,昆明理工大学铜铅锌氧化矿物强化硫化浮选理论项目团队开展创新性基础理论研究,形成了以“矿物晶体与表面电子密度分布规律—强化硫化反应路径—矿物表面硫化产物精细识别”为核心的强化硫化浮选理论,丰富发展了有色金属氧化矿浮选理论体系。今年,“铜铅锌氧化矿物强化硫化浮选理论”获2020年度云南省自然科学奖一等奖。

昆明理工大学发规处处长、省部共建复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室副主任文书明介绍,以项目中的某一项科学发现为例,大量试验研究和生产实践表明,铜铅锌氧化矿需硫化形成硫化物表面,才能通过黄药类捕收剂获得较好的浮选效果。但表面硫化技术存在硫化效率低、硫化程度弱、硫化层不稳定等缺点,导致捕收剂在矿物表面难以稳定吸附,浮选指标较差。

针对表面硫化技术存在的问题,项目提出了“铵胺耦合插层硫化孔雀石”“氯离子强化硫化白铅矿”“氨组元催化硫化菱锌矿”的技术思路,从固体物理、表面化学、溶液化学角度,结合多种先进检测手段和量子化学模拟计算,开展强化硫化理论研究。通过铜铅锌氧化矿硫化过程强化,改变了常规硫化的化学反应路径,降低硫离子表面反应能垒,提高硫离子与矿物表面的反应速率,增加了矿物硫化物的厚度和稳定性,为后续的黄药吸附反应创造良好的条件。

此外,该项目首次发现氧化铜矿物孔雀石的层状分子结构,获得了系统的铜铅锌碳酸盐矿物晶体与表面的电子密度分布规律和化学成键性质;首次发现铜铅锌碳酸盐矿物表面硫化产物为多元硫化物的复合晶形三维表层结构,揭示了黄药类捕收剂与强化硫化表面的作用机理。

文书明表示,通过铜铅锌氧化矿物强化硫化过程深入的理论研究,项目形成了系统的铜铅锌氧化矿物强化硫化浮选理论。以此理论为依据,开发了氧化铜矿胺铵耦合插层硫化浮选等新技术,并在云南、西藏等省区的矿山企业获得广泛应用,显著提高铜铅锌氧化矿的浮选回收率。新理论的形成和新技术的实施,推动了我国有色金属选矿行业的科技进步。

科学技术进步奖特等奖

高速公路舒稳性提升创造直接经济效益13.91亿元

滇中环线高速公路连接楚雄、昆明、玉溪、红河、曲靖等重要地区,全长约700公里,山区路段占比大。作为西部山区环线高速公路,受地形、地貌、交通特征及人文环境的影响,高速公路多出现高填深挖多、路侧净区空间不足等现象。同时,路侧危险度高和防护设施防护能力不足导致车辆坠崖、穿越中分带、碰撞障碍物等恶性事故时有发生。

为保证路基稳定、安全防护可靠、路域设施美观,2015年起,云南交投集团将其作为重大课题展开研究,在2020年度云南省科学技术奖励项目(人)名单中,“滇中环线高速公路行车舒稳性提升技术及装备研发”项目获科学技术进步奖特等奖。

“综合来说,项目主要有人性、稳定、舒适几大特点。”云南交投集团科技发展部部长周应新说。在行车舒稳性理念提升上,项目基于安全风险管理理论,在现有道路线形、交通特征、填料特性等对交通安全风险影响的基础上,首次将护栏与路基填料的舒稳性能指标引入风险评价指标体系,在对护栏安全性能指标、路侧环境、路基填料特性进行风险分级的基础上,形成行车舒稳性风险评估方法,进而指导安全防控设施设置与技术实施,实现设施安全、技术可靠、防控适度。

在行车稳定性上,自主开发了SRM-1000型土石混填料电机伺服控制大型抗剪强度实验系统,实现多尺度、蠕变、冻融与渗流多物理场控制条件下大型直剪强度与变形测试,建立了土石混填路基边坡由坡顶、坡脚变形向坡体发展的渐进变形开裂失稳模式,并系统提升了土石混填路基沉降控制技术。

为确保安全和舒适,基于259次实车足尺碰撞试验数据及上千次计算机动态数值模拟,项目团队研制了适用于多种复杂道路条件下的可导向防撞垫、小半径小间距路段护栏、框架式中央分隔带开口护栏,有效解决护栏端部、平曲线小半径路段、中央分隔带开口安全防护和不同护栏间衔接与过渡的难题。“与普通护栏相比,根据路面状况研发的不同种类型的护栏能很好地引导车辆,避免事故发生。”

通过自主创新与集成应用的结合,目前项目研究成果成功应用于省内外多条高速公路的高填方土石混填路段、安全防护高风险路段,累计应用里程4500公里;研制的装备应用于1260处高风险路段,系统提升了路段行车安全性、平稳性和舒适性,降低事故发生率和严重程度,项目研究成果产生直接经济效益13.91亿元。

科学技术进步奖一等奖

云南传统道地中药材

大品种研究填补国内外空白

一直以来,云南传统道地中药材大品种存在栽培技术落后、产地加工不规范、标准化研究不足等问题。针对这一现状,昆明理工大学、省农科院药用植物研究所、中国中医科学院中药研究所等单位组成项目团队,在三七地方特色食品标准、天麻国际标准及仿野生栽培等方面填补了国内外相关研究的空白。“云南传统道地中药材大品种规范化生产关键技术及推广应用”获2020年度云南省科学技术进步奖一等奖。

该项目的主要负责人、国家中药材产业体系昆明综合试验站站长、云南省三七资源可持续利用重点实验室主任崔秀明介绍,12年来,项目团队主要以三七、天麻、铁皮石斛、滇重楼等云南重要中药材大品种为研究对象,系统开展三七茎叶、天麻仿野生栽培及产地加工标准化等关键技术研究,为云南中药产业标准化发展奠定科技基础。

在种植技术上,针对昭通天麻仿野生传统种植需要砍伐大量木材,生态破坏严重等问题,以甘蔗渣、玉米芯、桑树枝条和锯末等农业废弃物为主料,利用食用菌菌棒生产原理,制作蜜环菌人工菌棒替代天麻栽培中的段木菌材。通过该技术,天麻仿野生种植实现一次成麻,缩短传统种植周期、节约成本,保证了天麻前期生长营养供给,提高天麻白头麻定植后的接菌率和成麻率。

值得一提的是,针对三七一直无法进入食品生产领域的难题,项目研究制定《干制三七茎叶》《干制三七花》地方特色食品安全标准,为三七茎叶、三七花进入食品生产领域提供了科技支撑和法律保障。在系统分析了三七茎叶中的粗纤维含量、蛋白质含量,以及三七花中的粗纤维含量、粗蛋白含量、总糖含量后发现,两个部分均含有丰富的矿质元素和多种氨基酸,为三七茎叶和三七花作为地方特色食品提供了科学依据。

目前,该项目已建立云南中药材大品种标准化种植、产地加工及综合开发技术体系。此外,指导中药材种植基地3个,中药材标准化示范推广面积达10万余亩,累计产生直接经济效益12.74亿元,带动边疆贫困地区1500余户5000余人脱贫致富,对云南中药产业的技术进步和产业结构升级起到重要作用。

甘蔗研究探明

我国甘蔗及近缘属种起源演化

食糖是我国重要的大宗农产品之一,蔗糖产量占全国食糖总产量约90%,云南蔗糖产量约占20%,居全国第二位。多年来,甘蔗育种和生产一直面临两大挑战。一方面,育种亲本单一,育成品种糖分和抗性难有较大突破;另一方面,病虫害和干旱等不断加剧,品种抗病虫抗旱能力弱,导致甘蔗单产长期低位徘徊。

针对我国甘蔗资源发掘利用存在的关键技术问题,云南省农业科学院甘蔗研究所牵头,联合云南农业大学、云南省农业科学院生物技术与种质资源研究所等单位,历时29年系统开展了资源考察收集、有效保护、重点创新和高效利用,在保存技术、遗传多样性、精准鉴定、种质创新和育种利用等方面取得重大突破。今年,“国家甘蔗资源库创建及高糖多抗种质创新利用” 项目获2020年度云南省科学技术进步奖一等奖。

我国有丰富的野生甘蔗资源,其中云南野生甘蔗资源最具特色和优势。1991年以来,团队成员经过资源考察和收集引进,探明了甘蔗9个野生种和地方种的地理分布与富集程度,突破世界甘蔗野生资源分布的北缘和海拔记录。针对不同资源异地集中活体种植等关键问题,研制形成资源活体保存与实时监测等有效保护技术,创建了国家甘蔗资源圃,收集保存34个国家和中国22个省区的6属18种3846份种质资源,全国第一、世界第二。

云南省高原特色农业产业研究院副院长范源洪研究员指出,项目组“两条腿走路”,一方面,阐明我国甘蔗及近缘属种的起源演化和亲缘关系,首次构建3个核心种质库和细茎野生种2 个后代群体的遗传连锁图谱。另一方面,编制甘蔗性状描述标准和优异资源评价规程,创建抗花叶病等技术,发掘高糖高产、高抗和多抗优异种质536 份,克隆抗旱基因5个,实现定向杂交和种质创新。

2003年以来,项目形成“甘蔗良种+健康种苗繁殖技术+绿色轻简技术”模式,先后对引进育成品种进行生产示范与大面积推广应用。为全国提供资源利用6140份,为服务国家蔗糖产业发展、甘蔗基础研究和育种利用提供了重要支撑。(记者 张怡)

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