暑假期间，大二女生潘玉花几乎一直泡在实验室里，她有时候发愁晶体太小，有时候纳闷儿为什么同样的操作得到的实验现象却不一样。

　　她研究的对象是磷酸，确切地说，是磷酸中的杂质。和她一样铆足劲儿跟磷酸杂质“作对”的，共有来自9个省份、12所高校的16支团队。

　　这道让他们冥思苦想的题目来自贵州磷化（集团）有限责任公司（以下简称“贵州磷化集团”），此次征集的是湿法磷酸除杂的新方案。

　　2024年3月，第十九届“挑战杯”竞赛2024年度“揭榜挂帅”专项赛征集赛题，团贵州省委特别邀请贵州磷化集团出题。此前不久，贵州省委、省政府提出“富矿精开”，要求精确探矿、精准配矿、精细开矿、精深用矿。贵州的矿产资源富集，锰、磷、铝等49种矿产储量居全国前10位。其中，磷是重要的工业原料，位于贵州中部的福泉市更有“亚洲磷都”之称。

　　贵州磷化集团供应全国1/4的磷酸，其下游产业包括新能源电池前驱体材料、化肥、磷精细化工品等。

　　随着下游产业发展，他们需要获得更高纯度的磷酸。作为该公司科技管理部创新研发主管，彭宝林关注的是，“磷化集团的净化工艺已经20多年了，我们需要储备一些新的、成本更低的技术，因此要借助大学、科研院所的力量。”

　　让他们没想到的是，一群行业外的大学生带来了新的灵感。

　　“跨界”的灵感

　　这次比赛，出题人决心“另辟蹊径”。

　　磷酸净化工艺常用的是溶剂萃取法，但彭宝林表示：“用萃取法净化磷酸，无论是技术，还是成本、能耗，我们已经做到极致了。”

　　作为出题人之一，彭宝林特别提出，要用“非萃取法”来净化磷酸。这意味着参赛选手要从没有路的地方“蹚出一条路”。

　　甄晓彤是西安建筑科技大学的研二学生，她就读于环境工程专业。2024年夏天，甄晓彤偶然听其他课题组的同学聊到“揭榜挂帅”专项赛。浏览了50多个赛题后，她觉得“磷酸净化”赛题跟自己的研究方向很契合。

　　环境工程专业的一大研究任务就是处理工业废弃物，甄晓彤所在的课题组对“盐酸净化”做了很多工作——将工业废酸除去杂质、提高盐酸的纯度，再将盐酸回收利用。

　　该课题组曾使用“扩散渗析膜分离技术”来净化盐酸、硫酸，技术已经比较成熟。甄晓彤考虑，这项技术或许也可以用于磷酸净化。

　　渗析膜的性能通常用“选择性”和“通量”来衡量，一般来说，选择性较高的膜，其通量不那么高。甄晓彤和队友在膜上添加了一些新物质，使其通量大幅提高，这意味着磷酸“跑”得更顺畅，杂质则留在膜的另一侧。

　　贵州磷化集团要求将肥料级磷酸的MER值（磷酸纯度的一项衡量指标，数值越小，纯度越高——记者注）降到3%以内，甄晓彤团队可以将MER值降到0.15%。重复20多组实验，都能稳定地达到这个效果。

　　获得本次“擂主奖”的是另一支“跨界”团队。

　　收到赛题时，王占昊在武汉理工大学资源与环境工程学院读研究生一年级，导师让他带领课题组的同学尝试“揭榜”。

　　他们选用的净化材料是树脂，常规思路是利用树脂吸附杂质，但很快遇到了问题。王占昊说：“树脂的选择性比较单一，一种树脂只对一种杂质有效，除杂的药剂又非常贵。”

　　实验进行了两周后，他们决定反其道而行之：用树脂来吸附磷酸，再将磷酸从树脂上洗脱下来。

　　这个逆向思维连彭宝林也忍不住赞叹。

　　筛选出合适的树脂成为关键。王占昊和队友用大量的离子液体改变树脂的物理化学性质，使之能够吸附磷酸。王占昊记得，大约尝试了10几种离子液体。“萃取法用的是有机溶剂，很贵。离子液体则是一种新型、绿色环保的介质，价格也便宜。”

　　他们从2024年5月中旬正式开始实验，一直到6月中旬才筛选出合适的树脂。

　　用离子液体制备树脂的时间长、能耗高。为了提高反应效率，他们又想到，使用超声波探头促进有机化学反应，成功将反应时间从十几个小时缩短到两三个小时，并降低了反应温度。

　　作为研究团队的新人，王占昊独立撰写了2.5万字的项目报告，还写了一篇论文、一项专利的申请书。这些经历让他脱胎换骨：“一开始我只是一个普通的研一学生，现在我会做PPT、写论文、写专利申请书。”

　　本科生团队闯进决赛

　　令评委惊讶的是，入围决赛的队伍中有一支完全由本科生组成的团队。

　　在评审现场，这支来自黔南民族师范学院的团队让彭宝林印象深刻。和其他参赛选手相比，这支团队的两名选手看起来有点儿怯场，却流利地答出了评委提出的所有问题，并清晰解释了实验的各种细节。

　　彭宝林说：“数据很翔实，实验指标数据、筛选介质、药剂、试错时的想法都讲得很清楚。”

　　2024年4月看到比赛通知时，当时读大二的潘玉花正在该校教师周骏宏的实验室做实验，她对“磷酸净化”这道题目很感兴趣——跟她的实验方向比较相似。

　　黔南民族师范学院位于贵州省黔南布依族苗族自治州，有“亚洲磷都”之称的福泉市也位于黔南州，该校化工学院承担了周边磷化企业的一些横向课题。

　　选出赛题后，潘玉花邀请对此感兴趣的同学组队，大家一边查资料，一边做实验，一边推翻各种方案。

　　一次次实验后，潘玉花逐渐明确了思路：先将磷酸与尿素反应生成磷酸脲，再将磷酸脲与草酸反应重新生成磷酸，由此提高纯度。

　　但如何控制磷酸脲晶体的大小？晶体越大，杂质越少，纯度越高，每次实验得到的晶体大小都不同，这令她颇为困惑。在周骏宏的指导下，潘玉花耗费一个月时间，终于探索出降温先慢后快的方法。

　　实验过程中，她“经常遇到知识的空白区域”，为此查了许多论文。为了做好实验，周骏宏还带领这支团队去附近的磷化企业调研，了解实际生产的情况。

　　考虑到这项研究要应用于工业生产，潘玉花希望实验原料便宜、实验过程中尽量没有废液产生。令她喜出望外的是，这种方法产生的废液可以用作肥料，她正在探索副产物草酸脲的用途。准备比赛期间，周骏宏还指导学生申请了专利，潘玉花是第一发明人。

　　2024年11月，终审评审会在浙江杭州举办，潘玉花团队获得了特等奖，他们是为数不多的本科生。

　　从实验室到企业仍有距离

　　甄晓彤觉得，这项比赛很好地锻炼了她的演讲能力，“我原来比较腼腆、内向”；准备比赛的过程中，团队遇到很多困难，“这也锻炼了我们解决问题的能力”。她打算未来继续研究磷酸的净化工艺。

　　王占昊说，这次参赛让团队成员了解了磷化行业，“我们团队有好几个同学都很想到磷化集团工作”。

　　贵州磷化集团办公室主任田茂芳曾担任该集团团委书记，全程参与了这次“揭榜挂帅”征集工作。田茂芳记得，获奖团队中有的学生参加了贵州磷化集团的校园招聘，并通过了笔试、面试。他说，在面试中，人力资源部门会重点关注这些学生，“我们公司欢迎这样有研究精神和能力的学生来应聘”。

　　贵州磷化集团出的赛题包含3个方向：肥料级磷酸的净化，萃余磷酸的净化，将净化后磷酸的纯度做到“电子级”。选手可以任选一个方向作答。

　　磷酸按照纯度可分为“工业级”“食品级”“电子级”等，纯度依次升高，价格也随之升高。彭宝林告诉中青报·中青网记者，该公司的湿法净化磷酸年产量200多万吨，分为工业级磷酸和食品级磷酸。前者多用于生产化肥，后者纯度较高，可用于生产食品添加剂、磷系新能源电池材料、芯片加工等。未来，芯片精度提高，对磷酸纯度的要求也会更高。

　　彭宝林坦言，从企业生产的角度来说，同学们提出的方案还不够成熟，但作为评委，他更看重技术的创新性。未来，要将研究应用于实际生产，还要考虑成本、技术可行性、与现有生产设备的衔接等因素。目前已有获奖团队的指导教师来该公司对接下一步实验。

　　共青团贵州省委书记杨云表示，2024年，团贵州省委联合贵州省自然资源厅等部门，动员全省广大团员和青年投身“富矿精开”，实施贵州共青团投身“富矿精开”五大行动。为此，团贵州省委特别邀请贵州磷化集团参与第十九届“挑战杯”竞赛2024年度“揭榜挂帅”专项赛，聚全国高校之智，助力企业破解技术难题。

　　杨云说：“我们将发挥好‘揭榜挂帅’破解技术难题的机制，同步开展省级赛事，发布更多选题，努力把科技创新这个‘关键变量’转化为贵州高质量发展的‘最大增量’。”