【正文】 力學(xué)和流動傳遞規(guī)律，揭示其過程強(qiáng)化的本質(zhì)，為傳質(zhì) /傳熱受控反應(yīng)的高效反應(yīng)器設(shè)計提供新的途徑和理論依據(jù)； (4) 針對酸性分子篩催化劑上甲醇轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的分布特征和失活機(jī)制，通過調(diào)變分子篩孔道結(jié)構(gòu)、骨架組成、酸性和改善催化劑表面性質(zhì)，研制高選擇性、高穩(wěn)定性的酸性分子篩催化劑。 主要研究內(nèi)容： (1) 系統(tǒng)研 究單一離子 液體 以及離子液體混合體系的物理化學(xué)性質(zhì)，為從分子結(jié)構(gòu)和性能出發(fā)設(shè)計和剪裁合適的離子液體、以及開發(fā)新型功能化離子液體催化劑提供理論指導(dǎo)； (2) 研究催化合成 DMM38的 離子 液體催化劑規(guī)?；苽浼夹g(shù)，依據(jù)催化劑物化性質(zhì)和合成反應(yīng)過程中的熱效應(yīng)、傳質(zhì)、相變效應(yīng)，設(shè)計新型熱交換器，強(qiáng)化物料混合的新型反應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)催化劑質(zhì)量、純度可控的合成； (3) 開展離子液體 催化 合成 DMM38的過程工程基礎(chǔ)研究，考察間歇和連續(xù)操作條件下影響轉(zhuǎn)化率和選擇性的關(guān)鍵因素，功能化離子液體在長時間運(yùn)行中的穩(wěn)定性、循環(huán)再生、雜質(zhì)來源與富集等， 以及催化劑特性與反應(yīng)器和外場的匹配特性，設(shè)計出新型高效的反應(yīng) 分離 再循環(huán)一體化裝置，并考察裝置長時間運(yùn)行的穩(wěn)定性。 主要研究內(nèi)容： (1) 采用具有納米結(jié)構(gòu)的高 導(dǎo)熱性 耐高溫載體（如 CaOZrO MgOZrO MgO Al2O Al2O3AlN、 ZrO2AlN、 SiC 等），研究抗燒結(jié)、抗積碳的載體及Ni 催化劑的制備及改性方法； (2) 考察 Ni 基催化劑在 CO2重整甲烷反應(yīng)中的催化行為和特點(diǎn)，考察 CH CO、H O H2O 在 Ni 基催化劑 上吸附活化的規(guī)律，研究催化劑的結(jié)構(gòu) 和體相/表面性質(zhì) 、 金屬和載體之間的相互作用、尺寸匹配效應(yīng)及界面 協(xié)同效應(yīng)對反應(yīng)中催化劑的 積碳 /消碳自循環(huán)以及催化劑穩(wěn)定性的影響規(guī)律； (3) 考察 Ni 基催化劑上積碳形成的機(jī)制、 研究催化劑表面積碳的結(jié)構(gòu)、形態(tài)、含量與催化劑穩(wěn)定性之間的關(guān)系， 深入認(rèn)識反應(yīng)機(jī)理，研究抗積碳、抗燒結(jié)催化劑穩(wěn)定的作用機(jī)制，研制具有高活性、高選擇性和高穩(wěn)定性的 Ni 基催化劑體系。 主要研究內(nèi)容： (1) 研究 FexCy 表面碳鏈生成和增長機(jī)制，計算各基元反應(yīng)的過渡態(tài)、活化能和反應(yīng)能，從熱力學(xué)和動力學(xué)上確定烷烴和烯烴的生成路徑；研究各種 FexCy表面醇、醛和酸等含氧化合物的生成機(jī)理，預(yù)測產(chǎn)物分布，結(jié)合實(shí)驗(yàn)表征和反應(yīng)結(jié)果，總結(jié)和完善 FT 反應(yīng)詳細(xì)機(jī)理； (2) 針對 FT 鐵基 催化劑 ，結(jié)合量化計算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，改進(jìn)和完善現(xiàn)有的FT 合成動力學(xué)模型庫（集總模型、烴生成模型、水煤氣變換模型）； 優(yōu)化烯烴添加、原位生成烯烴的二次鏈增長模型（包括裂解） ，解決烯烷比偏離現(xiàn)象，同時對產(chǎn)物分布偏離 ASF 分布 給予解釋，完善現(xiàn)有的 FT 合成動力學(xué)模型； (3) 通過計算分析褐煤分級液化、 FT 合成、甲醇催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)、 CO2重整甲烷過程中各個工藝流程單元的物料和能量供需，建立最優(yōu)單元模型和系統(tǒng)集總模型，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集成與優(yōu)化； (4) 采用 量子化學(xué) 方法，研究甲醇在分子篩孔道內(nèi)酸性位上吸附、活化的中間體結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)化路徑和機(jī)理；甲醇合成 DMM38過程中離子液體結(jié)構(gòu)、活性中心、反應(yīng)過渡態(tài)和活化能的變化規(guī)律，為功能化離子液體的設(shè)計提供指導(dǎo)。例如， FT 合成已經(jīng)建成了 3 個年產(chǎn) 16 萬噸的工業(yè)示范廠，運(yùn)行狀況良好；采用離子液體合成三聚甲醛的新技術(shù)已經(jīng)完成中試實(shí)驗(yàn)；低溫水相 FT 合成的概念已經(jīng)在 Ru催化劑上得到驗(yàn)證，被國際學(xué)術(shù)界公認(rèn)為是 FT 合成的重大 突破。承擔(dān)單位北京大學(xué)和清華大學(xué)在催化基礎(chǔ)理論和納米催化劑設(shè)計方面取得了國內(nèi)外矚目的成績，華東師范大學(xué)在催化劑顆粒設(shè)計、化工過程集成和強(qiáng)化等方面工作出色，中科院蘭州化學(xué)物理研究所長期從事功能化離子液體的基礎(chǔ)理論和大規(guī)模應(yīng)用研究，具有相當(dāng)豐富的研究積累。 揭示褐煤的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成與煤中水分含量的內(nèi)在關(guān)系及水分的脫除規(guī)律；獲得 C1 定向轉(zhuǎn)化催化劑的優(yōu)化制備條件，揭示其影響催化性能的本質(zhì)原因；闡明 FT 合成鐵基催化劑的 表面結(jié)構(gòu)和性質(zhì)以及 C–C、C–H 和 C–OH 鍵的形成機(jī)理 。 第 二 年 褐煤與供氫溶劑的部分加氫性能，供氫溶劑中各組分間的相互作用，以及富氫油品的形成機(jī)理；研發(fā)與具體過程相適應(yīng)的高活性褐煤加氫催化劑；催化劑結(jié)構(gòu)、組成、 形貌和表面性質(zhì)等對 FT 合成、甲醇定向轉(zhuǎn)化和 CO2 甲烷重整催化性能的影響規(guī)律； 助劑與催化劑活性物相之間的相互作用及其對 FT 合成鐵基催化劑微觀結(jié)構(gòu)和反應(yīng)性能的影響。 發(fā)表論文 50–70 篇，申請專利 4–6 件。 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)和動力學(xué)模型，為反應(yīng)器計算與設(shè)計提供 理論依據(jù)。 第 四 年 研制與褐煤分級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， 烴池物種的形成過程及其對甲醇轉(zhuǎn)化反應(yīng)路徑的影響規(guī)律；量化計算研究功能 離子液體結(jié)構(gòu)、活性中心、反應(yīng)過渡態(tài)和活化能的變化規(guī)律。 發(fā)表論文 40–50 篇，申請專利 4–6 件。 建立褐煤分級液化與 FT 合成過程的最優(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，完成萬噸級甲醇轉(zhuǎn)化制清潔柴油組分工藝設(shè)計軟件包，形成具有自主知識產(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 。 一、研究內(nèi)容 從我國能源安全、資源結(jié)構(gòu)特征和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略來看， 以資源優(yōu) 化利用和節(jié)能減排為宗旨，分級液化技術(shù)為先導(dǎo)、定向催化轉(zhuǎn)化技術(shù)為核心、過程優(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。 其成功實(shí)施的核心在于解決好如下關(guān)鍵科學(xué)問題： 1. 褐煤分級液化與高效轉(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)。這就需要 深入認(rèn)識功能化 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)。 針對褐煤潔凈高效轉(zhuǎn)化過程中的關(guān)鍵問題，本項(xiàng)目擬從以下幾個方面展開研究： 1. 褐煤分級液化與高效轉(zhuǎn)化的化學(xué)基礎(chǔ) (1) 我國典型褐煤的微孔結(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 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)過程中反應(yīng)物和產(chǎn)物在保護(hù)劑的擴(kuò)散行為，及其對納米粒子 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甲醇轉(zhuǎn)化為烴類化合物選擇性和穩(wěn)定性的影響，反應(yīng)中間體（烴池物種）結(jié)構(gòu)和種類、 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 對三聚甲醛和甲醇縮合制 DMM38催化性能的影響，反應(yīng)過程中離子液體的結(jié)構(gòu)和過渡態(tài)的認(rèn)識，以及規(guī)?；x子液體制備技術(shù)的研發(fā)。 項(xiàng)目名稱： 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 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所 起止年限： 至 依托部門： 農(nóng)業(yè)部 二、預(yù)期目標(biāo) （一）總體目標(biāo) 針對骨干親本在育種實(shí)踐中作用突出以及新時期育種目標(biāo)的需求，在我們通過前一個 973 項(xiàng)目的研究，已基本明確了骨干親本第一個關(guān)鍵科學(xué)問題 ―遺傳構(gòu)成 ‖的基礎(chǔ)上，本項(xiàng)目圍繞骨干親本的第二個關(guān)鍵科學(xué)問題 ―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，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、玉米未來育種目標(biāo)具有重要價值的 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)計模型 ；提出綜合評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)制對未來 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，并通過育種實(shí)踐 驗(yàn)證 ，為創(chuàng)立骨干親本育種理論、培育新時期需求的新品種提供理論和物質(zhì)支撐。 （二）五年預(yù)期目標(biāo) 闡明不同時期、不同生態(tài)區(qū)的 水稻、小麥、玉米共 40~50 個 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，構(gòu)建 水稻、小麥、玉米 骨干親本 的 基礎(chǔ) 遺傳 圖譜各 1 個 ， 為基于全基因組分子設(shè)計育種提供依據(jù) 。 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 。 篩選、創(chuàng)制對未來 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，并通過育種實(shí)踐 驗(yàn)證 ，為創(chuàng)立骨干親本育種理論奠定基礎(chǔ)。 發(fā)表 SCI 論文 50～ 60 篇（累計影響因子 150 以上）；申請 專利 9~10 項(xiàng)。 （二）技術(shù)途徑 遺傳效應(yīng) 利用 精細(xì) QTL 分析 QTL、 eQTL 分析等 測序、表達(dá)分析等 精細(xì)定位、圖位克隆 測序、生物信息學(xué)等 QTL 定位、關(guān)聯(lián)分析等 近等基因?qū)胂? 重組近交系等 骨干親本 衍生品種 ＋ 重要基因組區(qū)段 因組區(qū)域 優(yōu)異基因簇 關(guān)鍵基因 優(yōu)異等位基因 一般配合力 候選骨干親本篩選與創(chuàng)制 候選骨干親