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，美高梅集团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。
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。”
