留学回国人员工作总结报告

留学回国人员工作总结报告

（生命科学学院马欢）

本人马欢，于2014年获得国家留学基金委资助，于2015年3月至2016年3月在明尼苏达大学生物制品与农业系统工程系进行了1年的访学研究。具体工作进展及个人体会总结如下：

一、国外主要工作、学习情况

1、个人所在学校、单位简介

美国明尼苏达大学-双城分校（University of Minnesota, Twin cities）；访学单位：该校的生物制品与农业系统工程系（Bioproduct and Biosystem Engineering）的生物炼制中心（Center for Biorefining），即Prof. Roger Ruan的研究团队。

University of Minnesota, Twin cities 的简介：

明尼苏达大学双城校区（University of Minnesota, Twin Cities）是跨越美国明尼苏达州明尼阿波利斯市与圣保罗市——两座城市（双子城）的国家级顶尖公立研究型大学，也是全美最具综合性的大学之一，具有一流的本科、研究生教育学府和研究机构。双城分校是整个明尼苏达大学系统中（目前5个校区）历史最悠久、面积最庞大的校园，也是美国高校十大联盟，国际21世纪学术联盟的成员大学之一，被誉为“公立常春藤”。自1851年建校至今，学校已拥有多名声名显赫的校友，包括：25位诺贝尔奖获得者，1位前美国首席大法官，2位前美国副总统，以及多位名列美国财富500强的企业巨子。许多世界顶尖的技术和发明，如：飞行记录器（黑匣子）、可收取式汽车安全带、心脏起搏器、心肺呼吸器等均在明大诞生。除此之外，明尼苏达大学还拥有世界上最大的肾脏移植机构。该校的心理、经济、数学、化学、化工、农业工程、药学等专业均位于全美前列，甚至世界领先地位。

Prof. Roger Ruan的研究团队及生物炼制中心（Center for Biorefining）简介： Prof. Ruan是美国明尼苏达大学生物制品与农业系统工程系的终身教授，食品科学与营养系教授、明尼苏达大学生物炼制中心主任。同时，还是美国农业与生物工程学会院士，美国农业部食品工程专业委员会委员,联合国发展计划委员会农副产品加工项目中国首席技术专家,美国谷物化学学会委员、美国食品工程师协会委员、美国农业工程学会技术性论文奖励委员会主席、美国《农业应用工

程学》和《农业工程论文集》刊物编委。近10年来，Prof. Ruan曾先后承担美国国防部、能源部及农业部等有关生物能源、食品及农副产品加工的科研项150多项，共计研究经费3000多万美元，先后在国际权威杂志上发表文章300多篇，专著或合著14部，参加国际会议并作大会报告200多次，国际会议文章300多篇，发明专利24项，获得40多项国际奖项。作为美国有影响的生物质精炼领域专家，参与制定了美国能源部的“微藻生物质能源发展路线”的工作。该团队的HRC生物质利用专利技术，已被美国知名企业Fiberstar转化为该企业的核心技术，并为该企业带来数千万美元的年销售额。同时，另一项有关低温等离子体的技术也已经成功转化给SCP Control Company，收益可观。

2、个人在国外主要开展的工作及主要研究成果

访学期间主要参与团队的LCCMR项目（Legislative-Citizen Commission on Minnesota Resources）：“Demonstrating Innovative Technologies to Fully Utilize Wastewater Resources”的研究工作及中试应用。本人的研究重点是针对污水处理厂浮渣（Scum）的再利用，将其转化成低硫含量生物柴油的应用基础研究。此外，还利用闲暇时间参与了团队“养藻废水Aquaponic项目”中反应器的设计和制备。

主要研究内容如下：

（1）污水厂Scum预处理技术的研究：通过酸-溶剂萃取耦合方法，对scum 进行深度清洁，并最大程度将scum转化成富含游离脂肪酸和脂酰甘油酯的原料。针对scum高硫含量的特征，研究了3种溶剂对原料脱硫的影响，并且考察了scum 脱硫萃取的最佳条件。

（2）甘油酯化降低Scum油中酸值的过程研究：比较了两种催化剂Na2SO4和Zn-Al2O3对Scum的Glycerin esterification的影响，建立反应动力学模型。

（3）回流精馏与吸附除硫一体化精馏系统的研究：利用污水厂污泥制备了脱硫吸附材料，并将回流精馏与吸附脱硫一体化，构建了新型的精馏系统，进行了该系统脱硫的基础研究。

（4）新工艺与传统工艺制备Scum生物柴油的比较研究：基于以上研究，开发了转化scum制备生物柴油的新工艺。对传统工艺与新工艺获得的两种Scum生物柴油的油品、性能以及硫含量等相关指标进行了分析与评价。

主要研究结果如下：

根据Scum的物性特点，利用Solvent extraction, Glycerin esterification 及污泥活性炭与分段式精馏连用等技术方法，制备了FAME C16和C18≥93%且富含不饱和脂肪酸的生物柴油。通过该工艺制备的Scum生物柴油通过了美国ASTM D6751标准。特别是与传统制备工艺相比，该工艺能够大幅度降低生物柴油中硫含量，使硫含量从Scum原料的900 ppm降至产品油中的＜15 ppm，而传统工艺制备的生物柴油中硫含量是ASTM标准的3倍之多；通过对生物柴油产品中FAME（脂肪酸甲酯）的分析表明，新工艺制备的生物柴油具有更好的油品和性能，其十六烷值大，粘度、冷凝点及酸值均小于传统工艺制备的生物柴油；通过新工艺70%的scum 可以转化成低硫生物柴油。

该研究的经济效益：

该项目目前正在筹备中试。此项目的运行能够为明尼苏达州圣保罗最大的城市污水处理厂（St. Paul, Minnesota’s Metro water treatment Facility）减少填埋Scum 的费用$100,000/年，同时获得Scum生物柴油商品化的利润。

主要研究成果：

针对访学期间研究内容已发表3篇SCI论文，其中以第一作者发表论文1篇，以第3作者和第4作者共发表2篇。

二、个人在科研以及教学方面的提升以及国外访学心得体会

科研方面：①拓宽了视野和思维，对所从事的研究领域—生物质炼制有了更全面的了解和认识，特别是该领域在国外发展的实际情况，包括前沿技术、后继的实际应用及政府的相关政策和扶持。对比国内该领域的发展，更清楚的认识到所存在的差异、有待解决和改进的问题，为今后的科研提供了素材和灵感。②农业生物质再利用方向的发展最终应该落实到实际应用。Roger 的团队在这方面的研究更具有针对性，总是深入企业，通过交流发现问题，再回到实验室进行科学研究。最终将科研成果用于解决企业的实际问题并带来相应收益。例如，本人在访学期间所从事的LCCMR项目就是和圣保罗市最大的污水处理厂（St. Paul, Minnesota’s Metro water treatment Facility）合作，该厂每年仅用于Oily Scum填埋处理的费用达到$100,000/年，除此之外还需要花去大量的人力物力，且环境效益差。通过本项目的研究，课题组针对Scum的物性建立相应的转