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暑假期間，大二女生潘玉花幾乎一直泡在實驗室里，她有時候發愁晶體太小，有時候納悶兒為什么同樣的操作得到的實驗現象卻不一樣。

她研究的對象是磷酸，確切地說，是磷酸中的雜質。和她一樣鉚足勁兒跟磷酸雜質“作對”的，共有來自9個省份、12所高校的16支團隊。

這道讓他們冥思苦想的題目來自貴州磷化(集團)有限責任公司(以下簡稱“貴州磷化集團”)，此次征集的是濕法磷酸除雜的新方案。

2024年3月，第十九屆“挑戰杯”競賽2024年度“揭榜掛帥”專項賽征集賽題，團貴州省委特別邀請貴州磷化集團出題。此前不久，貴州省委、省政府提出“富礦精開”，要求精確探礦、精準配礦、精細開礦、精深用礦。貴州的礦產資源富集，錳、磷、鋁等49種礦產儲量居全國前10位。其中，磷是重要的工業原料，位于貴州中部的福泉市更有“亞洲磷都”之稱。

貴州磷化集團供應全國1/4的磷酸，其下游產業包括新能源電池前驅體材料、化肥、磷精細化工品等。

隨著下游產業發展，他們需要獲得更高純度的磷酸。作為該公司科技管理部創新研發主管，彭寶林關注的是，“磷化集團的凈化工藝已經20多年了，我們需要儲備一些新的、成本更低的技術，因此要借助大學、科研院所的力量。”

讓他們沒想到的是，一群行業外的大學生帶來了新的靈感。

“跨界”的靈感

這次比賽，出題人決心“另辟蹊徑”。

磷酸凈化工藝常用的是溶劑萃取法，但彭寶林表示：“用萃取法凈化磷酸，無論是技術，還是成本、能耗，我們已經做到極致了。”

作為出題人之一，彭寶林特別提出，要用“非萃取法”來凈化磷酸。這意味著參賽選手要從沒有路的地方“蹚出一條路”。

甄曉彤是西安建筑科技大學的研二學生，她就讀于環境工程專業。2024年夏天，甄曉彤偶然聽其他課題組的同學聊到“揭榜掛帥”專項賽。瀏覽了50多個賽題后，她覺得“磷酸凈化”賽題跟自己的研究方向很契合。

環境工程專業的一大研究任務就是處理工業廢棄物，甄曉彤所在的課題組對“鹽酸凈化”做了很多工作——將工業廢酸除去雜質、提高鹽酸的純度，再將鹽酸回收利用。

該課題組曾使用“擴散滲析膜分離技術”來凈化鹽酸、硫酸，技術已經比較成熟。甄曉彤考慮，這項技術或許也可以用于磷酸凈化。

滲析膜的性能通常用“選擇性”和“通量”來衡量，一般來說，選擇性較高的膜，其通量不那么高。甄曉彤和隊友在膜上添加了一些新物質，使其通量大幅提高，這意味著磷酸“跑”得更順暢，雜質則留在膜的另一側。

貴州磷化集團要求將肥料級磷酸的MER值(磷酸純度的一項衡量指標，數值越小，純度越高——記者注)降到3%以內，甄曉彤團隊可以將MER值降到0.15%。重復20多組實驗，都能穩定地達到這個效果。

獲得本次“擂主獎”的是另一支“跨界”團隊。

收到賽題時，王占昊在武漢理工大學資源與環境工程學院讀研究生一年級，導師讓他帶領課題組的同學嘗試“揭榜”。

他們選用的凈化材料是樹脂，常規思路是利用樹脂吸附雜質，但很快遇到了問題。王占昊說：“樹脂的選擇性比較單一，一種樹脂只對一種雜質有效，除雜的藥劑又非常貴。”

實驗進行了兩周后，他們決定反其道而行之：用樹脂來吸附磷酸，再將磷酸從樹脂上洗脫下來。

這個逆向思維連彭寶林也忍不住贊嘆。

篩選出合適的樹脂成為關鍵。王占昊和隊友用大量的離子液體改變樹脂的物理化學性質，使之能夠吸附磷酸。王占昊記得，大約嘗試了10幾種離子液體。“萃取法用的是有機溶劑，很貴。離子液體則是一種新型、綠色環保的介質，價格也便宜。”

他們從2024年5月中旬正式開始實驗，一直到6月中旬才篩選出合適的樹脂。

用離子液體制備樹脂的時間長、能耗高。為了提高反應效率，他們又想到，使用超聲波探頭促進有機化學反應，成功將反應時間從十幾個小時縮短到兩三個小時，并降低了反應溫度。

作為研究團隊的新人，王占昊獨立撰寫了2.5萬字的項目報告，還寫了一篇論文、一項專利的申請書。這些經歷讓他脫胎換骨：“一開始我只是一個普通的研一學生，現在我會做PPT、寫論文、寫專利申請書。”

本科生團隊闖進決賽

令評委驚訝的是，入圍決賽的隊伍中有一支完全由本科生組成的團隊。

在評審現場，這支來自黔南民族師范學院的團隊讓彭寶林印象深刻。和其他參賽選手相比，這支團隊的兩名選手看起來有點兒怯場，卻流利地答出了評委提出的所有問題，并清晰解釋了實驗的各種細節。

彭寶林說：“數據很翔實，實驗指標數據、篩選介質、藥劑、試錯時的想法都講得很清楚。”

2024年4月看到比賽通知時，當時讀大二的潘玉花正在該校教師周駿宏的實驗室做實驗，她對“磷酸凈化”這道題目很感興趣——跟她的實驗方向比較相似。

黔南民族師范學院位于貴州省黔南布依族苗族自治州，有“亞洲磷都”之稱的福泉市也位于黔南州，該校化工學院承擔了周邊磷化企業的一些橫向課題。

選出賽題后，潘玉花邀請對此感興趣的同學組隊，大家一邊查資料，一邊做實驗，一邊推翻各種方案。

一次次實驗后，潘玉花逐漸明確了思路：先將磷酸與尿素反應生成磷酸脲，再將磷酸脲與草酸反應重新生成磷酸，由此提高純度。

但如何控制磷酸脲晶體的大小?晶體越大，雜質越少，純度越高，每次實驗得到的晶體大小都不同，這令她頗為困惑。在周駿宏的指導下，潘玉花耗費一個月時間，終于探索出降溫先慢后快的方法。

實驗過程中，她“經常遇到知識的空白區域”，為此查了許多論文。為了做好實驗，周駿宏還帶領這支團隊去附近的磷化企業調研，了解實際生產的情況。

考慮到這項研究要應用于工業生產，潘玉花希望實驗原料便宜、實驗過程中盡量沒有廢液產生。令她喜出望外的是，這種方法產生的廢液可以用作肥料，她正在探索副產物草酸脲的用途。準備比賽期間，周駿宏還指導學生申請了專利，潘玉花是第一發明人。

2024年11月，終審評審會在浙江杭州舉辦，潘玉花團隊獲得了特等獎，他們是為數不多的本科生。

從實驗室到企業仍有距離

甄曉彤覺得，這項比賽很好地鍛煉了她的演講能力，“我原來比較靦腆、內向”;準備比賽的過程中，團隊遇到很多困難，“這也鍛煉了我們解決問題的能力”。她打算未來繼續研究磷酸的凈化工藝。

王占昊說，這次參賽讓團隊成員了解了磷化行業，“我們團隊有好幾個同學都很想到磷化集團工作”。

貴州磷化集團辦公室主任田茂芳曾擔任該集團團委書記，全程參與了這次“揭榜掛帥”征集工作。田茂芳記得，獲獎團隊中有的學生參加了貴州磷化集團的校園招聘，并通過了筆試、面試。他說，在面試中，人力資源部門會重點關注這些學生，“我們公司歡迎這樣有研究精神和能力的學生來應聘”。

貴州磷化集團出的賽題包含3個方向：肥料級磷酸的凈化，萃余磷酸的凈化，將凈化后磷酸的純度做到“電子級”。選手可以任選一個方向作答。

磷酸按照純度可分為“工業級”“食品級”“電子級”等，純度依次升高，價格也隨之升高。彭寶林告訴中青報·中青網記者，該公司的濕法凈化磷酸年產量200多萬噸，分為工業級磷酸和食品級磷酸。前者多用于生產化肥，后者純度較高，可用于生產食品添加劑、磷系新能源電池材料、芯片加工等。未來，芯片精度提高，對磷酸純度的要求也會更高。

彭寶林坦言，從企業生產的角度來說，同學們提出的方案還不夠成熟，但作為評委，他更看重技術的創新性。未來，要將研究應用于實際生產，還要考慮成本、技術可行性、與現有生產設備的銜接等因素。目前已有獲獎團隊的指導教師來該公司對接下一步實驗。

共青團貴州省委書記楊云表示，2024年，團貴州省委聯合貴州省自然資源廳等部門，動員全省廣大團員和青年投身“富礦精開”，實施貴州共青團投身“富礦精開”五大行動。為此，團貴州省委特別邀請貴州磷化集團參與第十九屆“挑戰杯”競賽2024年度“揭榜掛帥”專項賽，聚全國高校之智，助力企業破解技術難題。

楊云說：“我們將發揮好‘揭榜掛帥’破解技術難題的機制，同步開展省級賽事，發布更多選題，努力把科技創新這個‘關鍵變量’轉化為貴州高質量發展的‘最大增量’。”(中青報·中青網 李雅娟)