校园生活
首页 / 校园生活 / 正文

我校师生团队“点石成金” 固废物“逆袭”成超绝热耐高温材料

发布者:张虎琛 宋钦 编辑:宋钦 发布时间:2024-10-27 浏览次数:

武科大网讯(记者张虎琛 宋钦)日前,中国国际大学生创新大赛(2024)全国总决赛落下帷幕,我校资源与环境工程学院项目“膏材先锋—磷石膏制备超绝热高温材料开拓者”获高教主赛道——本科生创意组全国金奖。资源工程系侯文豪师生团队成功以磷石膏为主要原料,研发出超绝热耐高温材料,热导率和使用寿命领先国际水平。

中国是磷复肥生产大国,也是磷矿石高产地,其生产过程中会产生磷石膏。磷石膏是有害酸性固废物,杂质含量多,其中的有害元素污染土壤和水系,是长江生态环保治理的“老大难”。并且综合利用产品附加值低,市场竞争力不足,多数工厂只能堆积处理。我国堆存量已超8.7亿吨,磷石膏的处理仍是世界级难题。

2ED40

面对这一难题,侯文豪着手查阅相关论文和书籍,发现磷石膏具有易水化的特性,这会导致其内部的硅、镁、钙等有害重金属元素容易泄露出来。然而,磷石膏中还存在有机易挥发杂质以及白云石这一天然的成孔剂,这一特性又赋予了它制备耐高温材料的优势。他想:“若是能将其制作成绝热耐高温材料,既解决了‘磷石膏产多耗少,堆积成灾破坏环境’的问题,又能缓解‘高温工业热损严重,巨量碳排问题突出’的痛点。”于是,侯文豪将“变废为宝”的想法与导师和同学充分交流后,组建团队开始研究。

针对污染环境的重金属元素,水解等传统方法剔除后仍有残留,还会产生二次污染。他们想到将重金属封锁在材料内部。团队开发重金属离子固封技术,通过煅烧让有机杂质形成液相包裹住重金属,经降温形成玻璃相,易泄漏的有害元素就被牢牢封锁住了。经权威机构检测,重金属固封率高达99%。

“气体的导热率较低,如果材料有很多孔隙和大孔径,热导率就会降低,从而具有良好的绝热性能。”侯文豪介绍,团队开发微纳米孔构筑技术,利用磷石膏中的天然成孔物质,严格把控升温速率和时间等实验参数,在磷石膏内部构筑大量的微纳米孔,进而大幅度降低热导率。

磷石膏易水化是因为表面有较多钙化物质,容易吸收空气中的水分,会减少材料的使用寿命。团队研究发现,锆英石物质经过高温处理后能充分包裹在磷石膏表面,像 “保鲜膜” 一样隔绝空气,解决了这一难题,且锆英石物质本身具有良好的绝热性,让材料具有双重绝热功效。

据权威结构检测,该团队所研发的绝热耐高温材料的热导率低至0.08W/m・K,性能提升46%以上,领先国际水平。据介绍,产品以全固废磷石膏为原料,简化了生产工艺,降低了成本,且整个生产过程无废料排放和元素泄露。产品可广泛应用于钢铁冶金、石油化工等高温行业。

据悉,该项目已完成中试阶段,已于今年5月份成立公司,正在同企业开展战旅合作和产品试用。侯文豪表示:“我们计划从湖北省出发,未来辐射至磷石膏堆积大省,最终走向全国。在这过程中,我们会坚持对产品进行技术研发和升级迭代,深耕固废资源利用领域,打造全球绝热标杆,为我国固废处理和高温工业领域贡献青春力量。”

4272B


关闭