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化体系，可以最终将无法处理的Scum转变成达标的生物柴油。

由于在美国明尼苏达州所有的加油站里使用的柴油都添加了5%~20%的生物柴油。

所以该项目为污水厂解决问题的同时，还带来了$87,000/年的收益。

这些研究经历也为本人今后的研究理念、方式和方法带来了很大的启示。

③国外访学期间，本人也很关注明大的Seminar。

其特点是：学术氛围浓厚，方式和探讨的主题相对自由，Seminar形式多样。

除了有关该研究领域的专业学术交流报告（主要是探讨具体的专业技术及课题组相关研究成果的报告）外，还有一类特殊的系列报告让人耳目一新。

例如，资源环境类每年都会有一个“Big Questions”的前沿探讨讲座，会邀请该领域的名人对当前研究领域及社会上存在的前沿问题进行探讨，探讨的方式主要有陈述、讨论和辩论。

探讨的问题往往犀利尖锐，角度不局限于专业技术，更多的是从伦理、道德、政策、经济等多方面去探讨。

这类Seminars能让听众视野开阔，往往是从更宏观和客观的角度探讨除学术问题以外有关该领域的其他问题，对今后研究往往是有许多指引作用的。

此外，明大给每个老师营造了很好的科研氛围，院系未见有频繁的会议和琐事，给课题组和教师们充分的时间静心科研。

教学方面体会：美国大学本科教学与国内本科教学相比具有几个特点：学生对专业的选择自由度大、灵活性高；学生作业多、考试多、学习压力大；学生主动性强，知识面广。

美国高校学费昂贵（明大每年学费约$ 30,000/年），80%的学生是通过贷款进入大学学习，因此大多数本科生需要通过打工来还清贷款、完成学业。

明大的本科生通常在大一上学期可以根据兴趣自由选择专业和课程，经过1~2个学期的学习，最终确定专业，学校会给出专业课程的list，之后学生按照课程安排正式进行学习。

明大的本科实行学分制，大多数课程的学习任务繁重，平均每门课每学期会有4~5次的考试，考试会随机不定时，考试成绩直接与期末考试和学分挂钩，因此很少会有学生逃课。

平时作业多，大多数作业仅通过网络无法完成，需要学生去图书馆进行大量的查阅、总结和思考，学生的作业有时会做到凌晨。

还有一部分本科生会选择双学位，修的学分多，学习任务会更加繁重。

此外，课程考试也和国内有所区别，比如《生物化学》课程考试分为两部分，理论课考试和实验课考试，只有两项都通过，才算拿到学分。

另一方面，由于本人所在课题组安排的实验进程较满，选择性的听取了本院Prof. Min Addy讲授的《Renewable Energy Technologies》和Prof. Ruan 讲授的《Managing Water in Food and Biological Systems》部分课程。

体会：上课的形式多样化，老师自主性强，一门课可以由主讲老师针对章节选择几位专业性更强的老师以讲座的形式进行教学，课上时间一部分由老师讲授为主，另一部分由学生提问或授课老师与学生互动式讨论完成。

教师的教学监管未见有专门的教学督导组，完全由教师自我评价和学生的评教来衡量。

三、下一步工作打算在科研上，汲取访学期间所学的技术方法和研究理念，进一步完善本实验室的平台；加强与企业之间的交流与合作，寻找合适的切入点，用科研解决实际问题。

在教学上，将访学期间积累的专业素材和学科发展的相关动态作为实例，激发学生的兴趣；教学过程中可以穿插讨论式教学模式，提高学生的积极性，加深学生对知识点的理解。