【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 中試裝置的系統(tǒng)配置和初步調(diào)試； C1定向催化轉(zhuǎn)化過(guò)程中反應(yīng)物的吸附、活性中間體結(jié)構(gòu)的形成及其演變規(guī)律，催化劑活性組分的變遷規(guī)律和催化劑的積碳行為；功能離子液體催化各類(lèi)醇醛縮合反應(yīng)的熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)。 揭示褐煤部分加氫程度與油品性質(zhì)及殘?jiān)鼩饣钚缘膬?nèi)在關(guān)系，為實(shí)現(xiàn)合理的褐煤熱化學(xué)裁剪提供依據(jù)；初步認(rèn)識(shí)納米粒子 FT 合成、甲醇定向轉(zhuǎn)化和 CO2 甲烷重整反應(yīng)催化作用機(jī)制和催化劑的失活行為；建立功能化離子液體催化醇醛縮合反應(yīng)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型，為反應(yīng)器計(jì)算與設(shè)計(jì)提供 理論依據(jù)。 發(fā)表論文 50–70 篇，申請(qǐng)專(zhuān)利 4–6 件。 第 四 年 研制與褐煤分級(jí)液化相匹配的高活性和高穩(wěn)定性 FT 合成催化劑，優(yōu)化工藝條件和產(chǎn)物分布，并在中試裝置上初步驗(yàn)證褐煤部分加氫液化與 FT 合成的匹配性；深入研究 C1 定向轉(zhuǎn)化催化劑的穩(wěn)定性和失活行為， 烴池物種的形成過(guò)程及其對(duì)甲醇轉(zhuǎn)化反應(yīng)路徑的影響規(guī)律；量化計(jì)算研究功能 離子液體結(jié)構(gòu)、活性中心、反應(yīng)過(guò)渡態(tài)和活化能的變化規(guī)律。 形成褐煤分級(jí)液化工藝軟件包，打通 1 萬(wàn)噸 /年褐煤分級(jí)液化中試流程， 提高整個(gè)系統(tǒng)的能量利用效率；深入認(rèn)識(shí)納米粒子 FT 合成、 甲醇定向 轉(zhuǎn)化和 CO2甲烷重整催化反應(yīng)機(jī)理，揭示催化劑的失活機(jī)制和再生行為，實(shí)現(xiàn)流動(dòng)體系下費(fèi)托反應(yīng)的高效運(yùn)行和預(yù)測(cè)功能離子液體的宏觀(guān)性質(zhì) ，制備具有良好催化性能的甲醇選擇性制烴類(lèi)結(jié)構(gòu)催化劑 。 發(fā)表論文 40–50 篇，申請(qǐng)專(zhuān)利 4–6 件。 年度 研究?jī)?nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 五 年 計(jì)算褐煤分級(jí)液化和 FT 合成中各個(gè)工藝流程單元的物料和能量供需， 進(jìn)一步進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化和過(guò)程強(qiáng)化，完善褐煤分級(jí)液化中試裝置，并完成 1–2個(gè)不同褐煤的分級(jí)液化中試實(shí)驗(yàn)；在前面研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步改進(jìn) C1 定向轉(zhuǎn)化催化劑的制備方法，優(yōu)化反應(yīng)條件， 完善催化劑 表征和模擬計(jì)算數(shù)據(jù)； 對(duì)反應(yīng)工藝進(jìn)行流程和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化； 撰寫(xiě)項(xiàng)目研究報(bào)告，做好驗(yàn)收準(zhǔn)備 。 建立褐煤分級(jí)液化與 FT 合成過(guò)程的最優(yōu)單元模型和系統(tǒng)集總模型， 實(shí)現(xiàn)中試裝置穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)和 系統(tǒng)集成與優(yōu)化 ，得到合格油品；闡明 C1 定向轉(zhuǎn)化的催化反應(yīng)機(jī)理，研制出性能優(yōu)良的 C1 定向轉(zhuǎn)化催化劑，完成萬(wàn)噸級(jí)甲醇轉(zhuǎn)化制清潔柴油組分工藝設(shè)計(jì)軟件包，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的納米 FT 合成和甲醇轉(zhuǎn)化制清潔柴油組分新技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)甲醇制烴的選擇性調(diào)控 。 發(fā)表論文 40–50 篇，申請(qǐng)專(zhuān)利 3–5 件。 一、研究?jī)?nèi)容 從我國(guó)能源安全、資源結(jié)構(gòu)特征和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略來(lái)看， 以資源優(yōu) 化利用和節(jié)能減排為宗旨，分級(jí)液化技術(shù)為先導(dǎo)、定向催化轉(zhuǎn)化技術(shù)為核心、過(guò)程優(yōu)化與系統(tǒng)集成為手段， 是褐煤潔凈高效轉(zhuǎn)化的技術(shù)路線(xiàn)。本項(xiàng)目 根據(jù)褐煤揮發(fā)分高、加氫反應(yīng)活性好的特點(diǎn)，將直接液化和間接液化有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，通過(guò)多聯(lián)產(chǎn)和系統(tǒng)強(qiáng)化提高褐煤轉(zhuǎn)化的能量利用效率，將褐煤潔凈高效轉(zhuǎn)化為液體燃料和化學(xué)品。 其成功實(shí)施的核心在于解決好如下關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題： 1. 褐煤分級(jí)液化與高效轉(zhuǎn)化的化學(xué)基礎(chǔ) (1) 褐煤有限脫水、部分加氫液化及殘?jiān)鼩饣匦耘c褐煤結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成的內(nèi)在關(guān)系； (2) 氣 液 固三相共存條件下褐煤與供氫溶劑、加氫催化劑之間的相互作用機(jī) 制和氫在油煤漿體系中的擴(kuò)散與傳遞規(guī)律； (3) 部分加氫液化油品性質(zhì)與褐煤組成、結(jié)構(gòu)和加氫條件的依存關(guān)系，及其與 FT 油的混調(diào)。 2. C1 定向轉(zhuǎn)化的催化基礎(chǔ) (1) 對(duì)于低溫水相 FT 合成過(guò)程，以 Fe、 Co 代替貴金屬 Ru 的關(guān)鍵在于要將兩者活性高的表面盡可能暴露，因此在催化劑制備過(guò)程中必須對(duì)其形貌進(jìn)行控制；同時(shí)，要保證催化劑有足夠的穩(wěn)定性，必須選擇適宜的有機(jī)配體對(duì)納米粒子進(jìn)行保護(hù)，以免在反應(yīng)過(guò)程中發(fā)生形貌改變和粒子團(tuán)聚； (2) 實(shí)現(xiàn)甲醇定向轉(zhuǎn)化為汽油、烯烴、芳烴等 油品和化學(xué)品 的關(guān)鍵在于控制其在分子篩酸性位上形成的中間體（烴池物種）結(jié)構(gòu)和種 類(lèi)，這就要求認(rèn)識(shí)分子篩孔道結(jié)構(gòu)和酸性特征與甲醇轉(zhuǎn)化中間體的關(guān)系、 C–O鍵到 C–C 鍵 的轉(zhuǎn)變 機(jī)制和反應(yīng)路徑，并對(duì)此進(jìn)行調(diào)控 ； (3) 甲醇制備清潔柴油組分 DMM38的關(guān)鍵在于研制催化性能良好的功能化 離子液體催化劑。這就需要 深入認(rèn)識(shí)功能化 離子液體催化劑與反應(yīng)物間的相互作用機(jī)制、反應(yīng)過(guò)渡態(tài)結(jié)構(gòu)及反應(yīng)機(jī)理，以揭示影響反應(yīng)活性、選擇性和穩(wěn)定性的本質(zhì)。 3. 系統(tǒng)集成與優(yōu)化的化學(xué)工程基礎(chǔ) (1) 褐煤部分加氫程度與油品性質(zhì)和殘?jiān)鼩饣匦缘膬?nèi)在關(guān)系，為實(shí)現(xiàn)部分加氫液化與氣化過(guò)程的最佳匹配提供依據(jù)； (2) 部分加氫、殘?jiān)鼩饣?FT 合成、甲醇轉(zhuǎn)化各關(guān)鍵 轉(zhuǎn)化單元的物料與能量匹配關(guān)系及其傳熱、傳質(zhì)規(guī)律，為實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)中能量的梯級(jí)利用和 CO2循環(huán)利用提供指導(dǎo)。 針對(duì)褐煤潔凈高效轉(zhuǎn)化過(guò)程中的關(guān)鍵問(wèn)題，本項(xiàng)目擬從以下幾個(gè)方面展開(kāi)研究： 1. 褐煤分級(jí)液化與高效轉(zhuǎn)化的化學(xué)基礎(chǔ) (1) 我國(guó)典型褐煤的微孔結(jié)構(gòu)特征、化學(xué)組成、羧基和羥基等含氧官能團(tuán)及氫鍵的分布與調(diào)控規(guī)律，褐煤加氫活性與脫水程度等的內(nèi)在關(guān)系； (2) 褐煤結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成和物化性質(zhì)在熱轉(zhuǎn)化過(guò)程中的變化規(guī)律，揭示褐煤的脫水機(jī)理及影響褐煤分級(jí)液化活性的本質(zhì)，闡明氣 液 固三相共存條件下褐煤與供氫溶劑、加氫催化劑之間的相互作用機(jī)制和氫在 油煤漿體系中的擴(kuò)散與傳遞規(guī)律，篩選與褐煤加氫活性位相匹配的高效催化劑和供氫溶劑，實(shí)現(xiàn)對(duì) 褐煤熱解行為和加氫液化深度的調(diào)控 ； 2. C1 定向轉(zhuǎn)化的催化基礎(chǔ) (1) 不同 Fe、 Co 前驅(qū)體分解產(chǎn)生納米粒子的機(jī)理，納米粒子不同表面與配體的絡(luò)合特性，反應(yīng)過(guò)程中反應(yīng)物和產(chǎn)物在保護(hù)劑的擴(kuò)散行為，及其對(duì)納米粒子 FT 合成催化性能的影響； (2) 分子篩孔道結(jié)構(gòu)、組成、形貌、酸性特征和吸脫附性能對(duì)甲醇轉(zhuǎn)化為烴類(lèi)化合物選擇性和穩(wěn)定性的影響，反應(yīng)中間體（烴池物種）結(jié)構(gòu)和種類(lèi)、 C–O 鍵到 C–C 鍵的轉(zhuǎn)變機(jī)制 、反應(yīng)路徑和催化劑失活行為，以及不同形狀成型分子篩催 化劑的傳熱、傳質(zhì)行為和反應(yīng)物與產(chǎn)物的流動(dòng)傳遞規(guī)律； (3) 不同結(jié)構(gòu)、組成和形貌的功能化離子液體的物化性質(zhì)、 相態(tài)變化規(guī)律及其 對(duì)三聚甲醛和甲醇縮合制 DMM38催化性能的影響，反應(yīng)過(guò)程中離子液體的結(jié)構(gòu)和過(guò)渡態(tài)的認(rèn)識(shí)，以及規(guī)模化離子液體制備技術(shù)的研發(fā)。 3. 系統(tǒng)集成與優(yōu)化的化學(xué)工程基礎(chǔ) (1) 褐煤分級(jí)液化中各關(guān)鍵轉(zhuǎn)化單元，包括脫水、部分加氫和高溫漿態(tài)床FT 合成等過(guò)程中的傳熱傳質(zhì)特性和反應(yīng)工程基礎(chǔ)，物料與能量匹配關(guān)系； (2) 采用計(jì)算與過(guò)程模擬方法，對(duì) 褐煤分級(jí)液化各關(guān)鍵單元的物流、能量供需進(jìn)行分析，通過(guò) 系統(tǒng)集成與優(yōu)化 完善分級(jí)轉(zhuǎn)化 工藝路線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)褐煤資源的潔凈轉(zhuǎn)化與能量的梯級(jí)利用 。 項(xiàng)目名稱(chēng)： 主要糧食作物骨干親本遺傳效應(yīng)和利用的基礎(chǔ)研究 首席科學(xué)家： 李立會(huì) 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所 起止年限： 至 依托部門(mén)： 農(nóng)業(yè)部 二、預(yù)期目標(biāo) （一）總體目標(biāo) 針對(duì)骨干親本在育種實(shí)踐中作用突出以及新時(shí)期育種目標(biāo)的需求，在我們通過(guò)前一個(gè) 973 項(xiàng)目的研究，已基本明確了骨干親本第一個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題 ―遺傳構(gòu)成 ‖的基礎(chǔ)上，本項(xiàng)目圍繞骨干親本的第二個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題 ―遺傳 與利用 效應(yīng) ‖，以水稻 、小麥、玉米等主要糧食骨干親本親本及其衍生的大面積推廣品種為基本研究材料，應(yīng)用表型組學(xué)、基因組學(xué)、作物育種學(xué)、生物信息學(xué)等學(xué)科的理論和方法，闡明不同時(shí)期、不同生態(tài)區(qū)的水稻、小麥、玉米骨干親本中重要基因組區(qū)段 /基因簇 /基因 /等位基因的演變趨勢(shì)，構(gòu)建水稻、小麥、玉米骨干親本 的 基礎(chǔ) 遺傳 圖譜 ，為基于全基因組分子設(shè)計(jì)育種提供依據(jù)； 闡明水稻、小麥、玉米骨干親本的基礎(chǔ) 遺傳 圖譜的遺傳與 育種 效應(yīng)；發(fā)掘?qū)?shí)現(xiàn)水稻、小麥、玉米未來(lái)育種目標(biāo)具有重要價(jià)值的 關(guān)鍵 基因組區(qū)段 /基因簇 /基因 /等位基因 ； 闡明水稻、玉米的穗粒數(shù)、粒重等產(chǎn)量性狀 一般配合力的遺傳學(xué)基礎(chǔ)，并揭示一般配合力對(duì)骨干親本形成的作用以及骨干親本能夠衍生出大量主栽品種的生物學(xué)基礎(chǔ) ；闡明控制一般配合力基因組區(qū)段與 骨干親本的基礎(chǔ) 遺傳 圖譜 的關(guān)系；建立 水稻、小麥、玉米 候選骨干親本選育以及最佳親本組配的分子設(shè)計(jì)模型 ；提出綜合評(píng)估候選骨干親本和改良現(xiàn)有骨干親本的技術(shù)方法，指導(dǎo)并提高親本組配和育種效率 ； 篩選、創(chuàng)制對(duì)未來(lái) 5～ 10 年水稻、小麥、玉米等糧食作物育種具有重要促進(jìn)作用的候選骨干親本，并通過(guò)育種實(shí)踐 驗(yàn)證 ，為創(chuàng)立骨干親本育種理論、培育新時(shí)期需求的新品種提供理論和物質(zhì)支撐。 通過(guò)該項(xiàng)目的實(shí)施 ，將進(jìn)一步強(qiáng)化我國(guó)在農(nóng)作物骨干親本基礎(chǔ)理論和應(yīng)用研究方面的原始創(chuàng)新，并通過(guò)創(chuàng)建圍繞農(nóng)作物骨干親本的新的育種理論與技術(shù)體系，以及創(chuàng)造的符合新時(shí)期育種目標(biāo)需求的候選骨干親本的應(yīng)用，繼續(xù)提高我國(guó)在雜交稻等作物育種領(lǐng)域的國(guó)際領(lǐng)先地位，最終為我國(guó)的糧食安全提供科學(xué)保障與技術(shù)和物質(zhì)支撐。 （二）五年預(yù)期目標(biāo) 闡明不同時(shí)期、不同生態(tài)區(qū)的 水稻、小麥、玉米共 40~50 個(gè) 骨干親本中重要基因組區(qū)段 /基因簇 /基因 /等位基因的演變趨勢(shì)，構(gòu)建 水稻、小麥、玉米 骨干親本 的 基礎(chǔ) 遺傳 圖譜各 1 個(gè) ， 為基于全基因組分子設(shè)計(jì)育種提供依據(jù) 。 闡 明 水稻、小麥、玉米 骨干親本的基礎(chǔ) 遺傳 圖譜的遺傳與 育種 效應(yīng)； 分析重要基因 和基因序列變異 15~20 個(gè)， 闡明 5~8 個(gè) 基因 /等位基因的功能 ； 發(fā)掘?qū)?shí)現(xiàn) 水稻、小麥、玉米 未來(lái)育種目標(biāo)具有重要價(jià)值的 關(guān)鍵 基因組區(qū)段 /基因簇 /基因 各 2~3 個(gè) 。 闡明水稻、玉米 的穗粒數(shù)、粒重等產(chǎn)量性狀一般配合力的遺傳學(xué)基礎(chǔ)，并揭示一般配合力對(duì)骨干親本形成的作用以及骨干親本能夠衍生出大量主栽品種的生物學(xué)基礎(chǔ) ；闡明控制一般配合力基因組區(qū)段與 骨干親本的基礎(chǔ) 遺傳 圖譜 的關(guān)系 。 建立 水稻、小麥、玉米 候選 骨干親本 選育以及 最佳親本組配的分子設(shè)計(jì)模型 ；提 出綜合評(píng)估候選骨干親本和改良現(xiàn)有骨干親本的技術(shù)方法，指導(dǎo)并提高親本組配和育種效率。 篩選、創(chuàng)制對(duì)未來(lái) 5～ 10 年 水稻、小麥、玉米 等糧食作物育種具有重要促進(jìn)作用的候選骨干親本 6~8 個(gè)，并通過(guò)育種實(shí)踐 驗(yàn)證 ，為創(chuàng)立骨干親本育種理論奠定基礎(chǔ)。 培養(yǎng)博士研究生 30～ 40 名，碩士研究生 50～ 60 名。 發(fā)表 SCI 論文 50～ 60 篇（累計(jì)影響因子 150 以上）；申請(qǐng) 專(zhuān)利 9~10 項(xiàng)。 三、研究方案 （一）學(xué)術(shù)思路 為了進(jìn)一步強(qiáng)化我國(guó)在農(nóng)作物基礎(chǔ)理論和應(yīng)用研究方面的原始創(chuàng)新，針對(duì)作物遺傳育種基礎(chǔ)研究中的關(guān)鍵問(wèn)題之一， 骨干親本在育種中效果顯著但其形成與利用的遺傳基礎(chǔ)不明的客觀(guān)現(xiàn)實(shí)，以水稻、小麥、玉米等主要糧食作物骨干親本及其衍生的大面積推廣品種系譜分析為出發(fā)點(diǎn)，在已解決了骨干親本的第一個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題 ―遺傳構(gòu)成 ‖的工作基礎(chǔ)上，綜合利用表型組學(xué)、基因組學(xué)、作物育種學(xué)、生物信息學(xué)等學(xué)科的理論與技術(shù)，從骨干親本重要基因組區(qū)段 /基因簇 /基因 /等位基因組合方式及其演變趨勢(shì)、一般配合力對(duì)骨干親本形成的作用及其遺傳基礎(chǔ)、候選骨干親本的分子設(shè)計(jì)與創(chuàng)制等多層次進(jìn)行系統(tǒng)研究，闡明骨干親本研究中的第二個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題 ―遺傳效應(yīng) ‖，為創(chuàng)建骨干親本育 種理論與技術(shù)體系，以及我國(guó)糧食安全提供科學(xué)保障與技術(shù)和物質(zhì)支撐。 （二）技術(shù)途徑 遺傳效應(yīng) 利用 精細(xì) QTL 分析 QTL、 eQTL 分析等 測(cè)序、表達(dá)分析等 精細(xì)定位、圖位克隆 測(cè)序、生物信息學(xué)等 QTL 定位、關(guān)聯(lián)分析等 近等基因?qū)胂?