超细颗粒静电表面喷涂技术

超微颗粒肺部给药技术

循环流化床高效废水处理技术

干粉直接包衣固态制剂技术

细颗粒(Group C)辅助流态技术

液固循环流化床生物反应器技术

牙科及其它材料新型抗磨损测试器

超细颗粒静电表面喷涂技术

由于省去了液体喷涂过程中的溶剂，且易于过量颗粒回收，表面静电颗粒喷涂（喷漆）是一项更经济的、有利于环保的表面喷漆技术。目前的静电漆粉喷涂技术只能喷涂30微米以上的漆粉，所以表面的光洁度有限，无法达到高的质量要求。比如象镜面一样的汽车外表面，现有技术就无法用粉漆喷涂。应用超细漆粉（10-15微米以下）后，可以大大提高表面喷涂质量及光洁度。但是超细颗粒难以流化并均匀喷出，使得此项技术一直不能用于超细颗粒。祝教授和他的科研组已经研制出几种新型技术，用于克服超细漆粉颗粒间的作用；并已找到新的喷涂配方，以增强超细漆粉颗粒的流动性并减小或消除喷涂成品表面的橘皮现象。由于这些新技术的应用，高质量喷涂产品表面的效果已经可以同液体喷漆技术相媲美；与粗颗粒喷漆技术相比，这些新技术也可以减小喷漆的厚度。这就使粉漆能用于汽车外表面的直接喷涂，并可代替油漆应用于更广泛的产品。此外，该方法不使用液体溶剂而且过量喷涂的粉末又很容易被回收，既节省原料又保护环境，经济上也很有利。最近，安大略省最大的专业粉末喷涂公司（Liffey Custom Coatings Inc.）已经开始使用祝教授的新技术，用超细漆粉替代其原有的粗漆粉。这对当今表面涂料工业是一项革命性的变化，如果广泛使用，仅汽车工业一年就可以节省上亿美元。

这些新型技术可以很容易地应用于现有的粗漆粉静电喷涂生产线上。通过简单的改进，大多数现有的颗粒喷漆设备均可以用来进行更细颗粒的表面喷涂工作。

超微颗粒肺部给药技术

通过“肺部给药”方式来吸收生物类药品 (治疗糖尿病的胰岛素等) 超细药粉：是将药品制成超细粉末（小于5微米），通过“口腔吸入器”就可以吸入肺部、直接吸收到人体血液中去。用此法来代替口服，可大大提高吸收效率，避免此类生物药物在消化系统内的分解；同时用之取代注射，可以免去患者的痛苦及针头传染的危险；因而是一种既方便、又安全有效的全新的药物吸收方法。为了使药粉能够顺利地通过支气管，所用药粉颗粒必须非常细小(小于5微米)，但这样的细颗粒极易聚团。现有方法是将超细药粉和大量的粗颗粒的果糖或淀粉混合，或将药粉悬浮在液体中，以便于精确分装。但这导致在吸收过程中，仅有一小部分(15%左右)超细药粉可从液体或粗粉末中分离，大大降低了药粉吸入肺部的比例，而且药品的实际吸入率无法得到精确的控制。目前治疗哮喘的喷剂就属于这种情况。但这种方法无法应用于类似治疗糖尿病的胰岛素。原因在于治疗糖尿病的胰岛素和治疗哮喘的药物不同：治疗哮喘没有严格的剂量要求，而且患者在用药时，能够根据感觉掌握用药量；而治疗糖尿病的胰岛素剂量要求严格，必须精确定量分装及吸入。本颗粒技术研究中心使用新的专利技术,现在可以将1－5微米的超细药粉精确地分装为50-500微克的剂量并使药粉均匀地从最新设计的口腔吸入器中喷出。这是干法处理微量超细药粉的唯一方法，它至少可以将肺部给药的药品吸收效率提高两倍。

用肺部给药方式逐步取代传统的口服和注射给药方式，是目前世界药物剂型的发展趋势。该技术不仅可以直接用于胰岛素超细药粉，还可用于其它各种需要精确控制剂量的超细药粉。由于此技术解决了肺部给药技术中的一大难题，对迅速地将肺部给药技术推广到其它药品，将起到极其重要的作用。

药物超微量分装技术的关健为超细药粉的精确定量分装、及口腔吸入器的制造。为确保能顺利通过支气管，用于肺部给药的药粉必须很细（小于5微米）；另一方面，肺部给药有效地提高了药剂的吸收效率，使用药量大为减小（50-500微克）。但是，目前的技术还无法准确地将这么小剂量的超细药粉（小于0.5立方毫米）分装到吸入器中并送入吸入者的肺部深处。最新设计的口腔吸入器能有效地将超细药粉传递进入患者的肺部，其效率接近 80％。

目前，用肺部直接给药法治疗糖尿病已经得到了美国药物管理局的批准。本颗粒技术研究中心已和一些医药公司、研究所合作，将进一步完善现有的设备和技术，并将此技术推向市场。这项新技术的商品化将大大增强肺部给药的吸收效率，从而带来巨大的经济效益。因为许多此类药物每磅价值近百万美 元，仅吸收效率增加一项每年就会节省数亿美元。目前，全世界约有1800万人患有糖尿病，估计到20年后可能会超过3000万人。仅美国一年在糖尿病及其并发症的费用就高达1000亿美元。通过肺部给药来吸收胰岛素等超细药粉的产品市场是每年90亿美元，并将以指数形式增长。由于这种给药方式带来的方便和经济效益，今后将有更多的药品由肺部吸收，这就给这项新技术提供了广泛的应用市场。

循环流化床高效废水处理技术

随着废水排放量的急剧增加、排放标准的日趋严格和可资利用空间的限制，不仅对废水处理工艺过程的有效性提出了更高的要求，而且对废水处理设备的能力也提出了苛刻的要求。采用生物降解法去除废水中的营养成分（BNR）的废水处理工艺过程，可以同时去除废水中的碳、氮和磷。与传统的活性污泥法相比，BNR过程不仅可以大幅度降低投资成本和运行及维护费用，而且还能满足排放标准中对总氮含量和磷含量的严格要求。

我们采用了一种新近开发的专利技术——液固循环流化床生物反应器（LSCFBBR）来实现BNR过程。


LSCFBBR是由两个流化床组成的，一个是液体和颗粒并流向上流动的快速流化床（简称为上行床），另一个是液体向上流动、颗粒向下流动的慢速流化床（简称为下行床）。运动至下行床底部的固体颗粒经过一个斜接管达到上行床的底部，然后在高于颗粒终端速度流动的液体携带下一起并流向上运动。在上行床顶端，液固悬浮物进入液固分离器，分离后的固体颗粒通过另一个斜接管重新进入下行床的顶端。通过上述方式，LSCFBBR反应器中就形成了一个稳定的操作过程，在这个过程中，上行床和下行床可提供两个完全不同的反应环境，但是这两个反应区之间又存在连续的固体颗粒交换。为了维持反应器的稳定运行，在连接上行床和下行床底部的斜接管上安装了调节阀，以确保上行床和下行床中的固体颗粒循环速率保持一致。如果需要，气体可以引入到下行床（或上行床）中以形成气-液-固三相流化床。显然，在LSCFBBR一个系统中，可以同时存在两个可独立控制但又相互联系的反应过程。为了充分应用和有效控制LSCFBBR系统，我们对系统中上行床和下行床中的流动特性进行了详尽的研究，并已将其成功地应用于生化工程中的蛋白质提取、酚提取/转化工艺过程。

我们的新技术是将LSCFBBR将固定膜技术与BNR过程结合起来，充分利用其广大的界面接触和快速传质等特性，大大提高反应器的反应效率。在LSCFBBR固定膜BNR系统中，好氧反应区位于下行床内，空气从下行床的底部引入；厌氧反应区位于上行床的上部，缺氧反应区则位于上行床的下部。经过仔细挑选的颗粒作为微生物细菌的载体在上行床和下行床之间循环。在上述过程中，废水从上行床底部注入，以循环固体颗粒为载体的活化污泥也同时加入到上行床底部。为了从下行床好氧区将硝化的混合液供给上行床下部的缺氧区，一部分最后排放液要重新引入到上行床的底部。自此，废水和载有微生物的固体颗粒以及硝化的废水一并从上行床底部向上流动，并在流动过程中相互接触。在上行床下半段，缺氧环境有利于脱硝反应。上行床下半段脱硝反应的碳源来源于新注入的废水或下行床中从生物膜上脱落下来的生物质。接着，废水继续向上流动进入上行床上部的厌氧反应区。在这里，磷被释放出来，挥发性脂肪酸也在此好氧反应区得到进一步的降解。一部分厌氧排放液进入上行床底部重新循环，其他的则与固体颗粒一同返回到下行床好氧反应区，以进行进一步的脱碳、硝化和生物固磷。厌氧反应区内硝酸盐的有效脱除将大大增强磷的释放，并有利于好氧反应区内磷的摄取。

在上行床顶端的液固分离器中，载有微生物细菌的固体颗粒与液体分离，进入下行床的顶端。部分厌氧反应排放液与固体颗粒一起从上行床进入下行床，并汇同下行床中密相区（好氧反应区）的循环排放液一起形成顶端排放液。顶端排放液的大部分再次进入下行床的底部进行循环，其他的则作为最终排放液排除系统。污泥在下行床顶端的净化池中沉降出来，并周期性的从中排出。循环的顶端排放液则与空气一起从下行床底部引入以流化下行床中的固体颗粒。通过控制空气流量和循环液的流速，下行床中的好氧反应区可以一直保持在传统的流化区域，以确保载有微生物细菌的固体颗粒能在重力的作用下下降至下行床的底部。下行床底部的固体颗粒则与少量的流化液一起经过下部的斜接管进入上行床的底部。这些流体与返回的部分顶端排放液一起模拟硝化混合液从曝气池到缺氧池的再循环。

由于CFBBR过程结合了悬浮生长BNR过程和固定膜反应单元的优势，加之固定膜反应过程在污泥可沉降性好及其要求的净化池尺寸相应减小的优势，因此，CFBBR反应器可以让固体载体颗粒以沉较高沉降速度进行循环，从而在上行床顶端只需要很小的液固分离器就可以代替分离净化器。不仅如此，由于处于流化状态，CFBBR过程不仅可以处理可溶解的废水，也且也能处理含有颗粒的废水，因此，初级沉降池也就不再是必须的。我们在本市废水处理厂的大型中试实验证明，BNR与LSCFBBR的有效结合不仅能达到三级排放标准，而且水力停留时间（HRT）也从24小时下降到2小时、污泥产生量减少了三分之二。也就是说，这种反应器不仅反应效率高，而且占地面积大大小于传统的废水处理设备。

综上所述，BNR-LSCFBBR高效废水处理技术有以下优势：

• 由于反应器中传质效率和生物质密度的显著提高，并且也不再需要初级和次级净化池，因此，LSCFBBR系统设备非常紧凑，占地面积大大减小。

• 由于免除了大量的例行操作，劳动强度大大降低，例如，曝气池内的固体颗粒分析 、活性污泥的循环、净化池的清理、淤泥的排放、化学试剂的控制和添加。

• 由于生物膜的良好维持性能，过程运行的稳定性也得到显著提升。

• 由于固体颗粒在流化床内始终处于悬浮状态，因此，LSCFBBR系统可以同时处理可溶性和含有颗粒的废水。

• 由于LSCFBBR系统中有毒化合物与生物质的比例比悬浮生长过程更低，因此，其对有毒化合物和其他不利物质的敏感程度更低。

• 由于LSCFBBR过程具有除磷的功能，因此，化学法除磷试剂的用量大大降低，甚至不再需要。

• 污泥产生量大幅度降低，同时，由于缺氧反应区内比活性污泥过程更低的细菌产率，化学污泥的产生量也减少到最小。不仅如此，LSCFBBR系统还具有比一般BNR过程更长的固体颗粒停留时间和更高的生物膜脱落率，生物污泥的产生量也得到有效控制。

• LSCFBBR系统对氧气的需求量大大降低，当然所需的能耗也就随之降低很多。

• 作为微生物细菌膜载体的固体颗粒在循环过程中，生物膜的脱落可以作为脱硝反应所需的碳源，因此，LSCFBBR系统对碳源的需求量也会降低。

由于LSCFBBR系统设备占地面积大大减小，可以将其直接装在公寓楼中或居民小区内，实现居民废水进行现场处理与现场回用，这样可以大减轻居民区对城市水源的需求，节约城市用水。

另外，上述LSCFBBR系统不仅在处理城市污水方面具有显著优势，而且其还适合于工业废水的处理。例如，肉类加工工业也随着国内人口的增加和国际市场的需求而快速增长。由于肉类加工工业很高的能耗和用水量，导致大量的废水需要处理。这类污水具有以下显著特征：颗粒状的有机物含量高、油脂类含量高、不溶性有机物含量高、营养成分以氮和磷为主。随着很多污水处理厂的处理能力已接近设计极限，大量污水的处理开始限制肉类加工工业的进一步发展，这就要求投资建设新的污水处理厂或新建在线污水处理设备以满足污水排放标准或实现水的再利用。能满足直接排放标准的在线工业废水处理设备将大大缓解工厂对城市污水处理设备的依赖。

综上所述，LSCFBBR技术不仅能在传统污水处理过程的十分之一时间内达到更高的排放标准，而且还具有投资成本和运行几维护费用低、过程运行稳定性好、易于实现现场处理与回用等优势。同时，上述固定膜工艺过程不仅适用于所有的城市污水处理，而且对于具有空间限制和特殊要求的工业污水处理也具有特别的优势。

干粉直接包衣固态制剂技术

包衣是药剂学中处理固体形态制剂（如微丸、颗粒、片剂和胶囊等）最常用的技术之一。包衣的目的包括提高药剂稳定性、掩盖不良嗅味、控制药物释放或克服配伍禁忌等。目前工业上应用的都属湿法包衣技术，即将包衣液喷涂到药剂表面后迅速干燥形成衣层。剂形较大的制剂如片剂常采用包衣锅或埋管式包衣，而对较小的剂形如微丸和颗粒，因比表面积大而致使湿润状态下颗粒间很容易粘接，所以不采用包衣锅而采用耗气量极大的流化床包衣。尽管湿法包衣被国内外制药商广泛采用，但因其采用大量溶剂（水或有机溶剂）而导致（1）溶剂蒸发耗能耗时耗气、（2）溶剂回收和加热气回收困难、（3）尾气处理量大和（4）环境污染等问题，因此亟需一种新的技术来弥补湿法包衣的这些缺点。

本干法包衣技术不需要使用任何溶剂，在干法包衣锅中直接将干粉喷涂到固态制剂上，熔融固化形成均匀、致密、厚薄可调的衣层，具有节能省时、包衣材料利用率高、环境友好、无尾气处理，从而操作费用低等优点。本干法包衣锅与湿法包衣锅结构相似，后者略作修改即可继续用于干法包衣。

本技术不仅可用于固体形态制剂的包衣，如微丸、颗粒、药片和胶囊等，还可用于糖果等食品的包衣以及其它需要包衣的固体基质。

本干法包衣技术的包衣表面致密度、光泽度与湿法包衣相当；包衣材料利用率高于80％；包衣厚度可调（芯片：2.0-4.0%; 颗粒：10-40%）；总加工时间：<1h；压缩气消耗量：0.67-3m3/kg固态制剂。

本干法包衣技术的技术成果包括两方面：干法包衣工艺和干法包衣锅。干法包衣工艺不使用任何溶剂，因而消除了因溶剂蒸发而导致的耗能耗时、高额尾气处理设备投资和环境污染等问题。干法包衣锅在结构上与现有的湿法包衣锅相似，后者经微小改动后便可用于干法包衣；而且，本干法包衣锅可用于包衣任意大小的固态制剂，消除了湿法包衣中用于小颗粒固态制剂包衣的流化床设备（设备占用空间大、压缩气消耗量大从而导致尾气处理量大），大大降低了设备投入、设备占用空间及尾气处理费用。上述巨大的经济利益和社会效益必将推动和加速干法包衣技术的市场化。

其成果的经济效益包括：（1）干法包衣工艺与湿法包衣工艺相比，因能耗降低、操作时间缩短和尾气处理操作消除等，一年可节约成本70万元/套包衣设备；如果按一个厂每年平行运行6套包衣设备计算，则每个厂一年可节约成本420万元。现在全球约有1000个从事药物包衣的厂家，则潜在节约的成本近40亿元。（2）干法包衣锅消除了尾气处理设备，而尾气处理设备通常占整个湿法包衣系统设备投入的1/2-2/3。按一套湿法包衣系统设备费用为1000万元计算，本干法包衣系统的设备投入为350-500万元/套，则每套干法包衣系统可节约500-650万；而且干法包衣系统的占用空间大大缩小也会带来许多潜在的经济效益。

综上所述，干法包衣技术是一项极具市场前景的创新工艺和设备，它将产生的社会效益、经济利益和环境效益都是巨大的，它也必将推动全球药物包衣技术进入一个崭新的时代。

细颗粒(Group C)辅助流态技术

很细和粘的粉末具有极强的颗粒间作用力，此类颗粒非常难以流化和处理，祝京旭教授研究小组已经开发了几种已获专利和正在专利申请中的新型技术用于降低或消除颗粒间作用力以便将超细颗粒平稳地流化。

液固循环流化床生物反应器技术

将希望得到的离子及蛋白质从低浓度的溶液（如排污液、液体处理费液等）中提取出来是化学工程、生化工程、环保工程、药品及食品工业的基本课题。传统的固定床离子交换器无法解决此问题，因为废液中的杂质颗粒很容易将床层堵满，所以流化床可以在这个领域得到应用。但是流化床的优势由于不能够在同一反应器内同时完成吸附和脱附而大打折扣。为了完全利用流化床的优点，我们将液固循环流化床离子交换器用于此过程，使离子的吸附和脱附可以在同一系统中实现。现在，此带有多个流化床的组合系统已被应用于从奶酪制造的废液中连续回收蛋白质离子。在此项新的离子交换技术中，蛋白质的吸收和离子交换树脂的还原在两个独立但又相连接的塔内同时进行，使离子交换树脂在两部分之间循环。这个系统的最大特点是能够直接处理带有颗粒杂质和其它污染物的溶液。另外，该系统具有高选择性和高处理量，使其成为大批量低浓溶液处理的首选系统。

牙科及其它材料新型抗磨损测试器

为了生产出更加适合其工作环境的优质牙科材料，就需要相应的材料耐磨测试设备。标准的测试包括针盘式方法，将被测试材料制为针型，同另外一种材料制成的盘，在给定负荷（压力）下相摩擦。因为测试时间短，这种测试方法不适用于测试材料的长期抗磨损性能。另外，因为这种测试往往应用超过正常负载的压力，所以不能真正代表实际过程的长时间抗磨损特性。比如说，植于人口腔内的牙科材料的磨损过程是一种相对非常缓慢的磨损过程，与测试方法中短期内高负荷的摩擦过程有较大的区别。因此，标准测试方法很难给出真实的磨损速率。

为了测试牙科修复材料的特性，通常采用两种方法：体内实验和体外实验。体内实验是指临床方法，在实际口腔环境中进行操作。这种方法特别费时间，为了测得可靠的磨损数据，通常需要6-12个月。另外，在一群指定的调查群体中，口腔的环境各异，很难建立一个统一的测量标准。体外实验通常使用针盘方法和牙膏/牙刷摩擦试验。现存的体外方法主要有两个问题：1、测试条件很难完全模拟体内的磨损环境，2、测试时间太短以致无法建立长期的牙科材料磨损特性。

为了克服这些体外测试的问题，祝教授成功地开发了一种新的流化床磨损测试仪。该测试仪将被测试材料置放于缓慢移动的颗粒群中，使之承受相当长时间的磨损和碰撞。由于可以灵活地控制颗粒的性质和颗粒的流动频率，这个系统可以灵活地模拟多种材料长时期、低负荷的抗磨损性能。另外，对于压力及材料可以灵活选取，使得较易对实际口腔环境进行近似模拟。这样，给定材料的抗磨损性可以在长时期低负荷测试条件下进行仿真的模拟分析。如果向系统中添加不同性质的液体，新的仪器就可以模拟出实际环境中的各种磨损腐蚀条件。

该仪器已成功地用于几种牙科材料的测试。这种仪器可以很容易地应用于其它材料，如金属或非金属的长期抗磨损性试验。