“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目：國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)下新型高效柴油車尾氣脫硝催化劑案例研究

馬媛媛，陳朝暉，王舒，左春玲，馬鳳延，辛楊，張輝

（齊齊哈爾大學(xué)，黑龍江齊齊哈爾 161000）

1 “互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽開展的背景

1.1 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育開展的現(xiàn)狀

近年來(lái)，隨著創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)政策的實(shí)施和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)環(huán)境的不斷改善，大學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)熱情逐漸高漲[1-2]。據(jù)《2021中國(guó)大學(xué)生創(chuàng)業(yè)報(bào)告》調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，有96.10%的大學(xué)生都曾有過(guò)創(chuàng)業(yè)的想法和意愿，有14.00%的大學(xué)生已經(jīng)創(chuàng)業(yè)或正在準(zhǔn)備創(chuàng)業(yè)。

目前，社會(huì)發(fā)展需要培養(yǎng)和提高大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力[3]。在信息化時(shí)代，高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育需要突破教材限制，與時(shí)俱進(jìn)地進(jìn)行內(nèi)容更新，引入最新的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)知識(shí)，從而提高教學(xué)實(shí)效性和學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)踐能力以及人才培養(yǎng)質(zhì)量[4-5]。

在“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下，產(chǎn)生許多創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)模式，主要包括科技孵化創(chuàng)業(yè)、提供服務(wù)體驗(yàn)非標(biāo)準(zhǔn)性創(chuàng)業(yè)、新概念極致化創(chuàng)業(yè)、產(chǎn)品內(nèi)容融合創(chuàng)業(yè)、高層級(jí)式迭代產(chǎn)品創(chuàng)業(yè)共五大模式[6]。目前，大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)還面臨諸多問題，如創(chuàng)業(yè)能力和經(jīng)驗(yàn)不足、創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目科技含金量不高等[7]。這就需要高校充分利用“互聯(lián)網(wǎng)+”的大環(huán)境，以產(chǎn)教融合聯(lián)合培養(yǎng)為途徑，為學(xué)生提供創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的平臺(tái)和機(jī)會(huì)[8]。

1.2 “互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目開展的背景

在環(huán)境領(lǐng)域，氮氧化物（NOx，包括NO和NO2）是引起霧霾、光化學(xué)煙霧和酸雨的重要污染物。在我國(guó)，柴油車產(chǎn)生了近90%的NOx排放量，成為氮氧化物排放的主要來(lái)源之一。2020年，全國(guó)機(jī)動(dòng)車氮氧化物（NOx）排放量為626.3萬(wàn)t，其中柴油車NOx排放量占排放總量的近88%，遠(yuǎn)超過(guò)汽油車，然而柴油車保有量只占汽車總量的10%[9]。此外，非道路移動(dòng)源（工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械和船用發(fā)動(dòng)機(jī)等使用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源）的NOx排放量與汽油車相當(dāng)。因此，控制柴油機(jī)NOx排放已經(jīng)迫在眉睫。

在柴油車尾氣后處理系統(tǒng)中，由于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的稀薄燃燒條件，三元催化劑難以控制NOx排放。為了控制柴油車尾氣排放，氨選擇性催化還原NOx（NH3-SCR）技術(shù)被成功地商業(yè)化應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)的V2O5-WO3/TiO2催化劑仍存在一些問題，如五氧化二釩的生物毒性、溫度窗口窄（300～400℃）和高溫下氮?dú)膺x擇性低。因此，開發(fā)一種環(huán)境友好、高效、穩(wěn)定的催化劑，用于在惡劣條件下去除NOx，是非常迫切的。而具有混晶形結(jié)構(gòu)的新型CuCe/SAPO-5/34催化劑，由于其優(yōu)異的脫硝性能、高水熱穩(wěn)定性，成為滿足國(guó)六排放標(biāo)準(zhǔn)的新型脫硝催化劑。本項(xiàng)目研究了CuCe/SAPO-5/34催化劑的混晶結(jié)構(gòu)對(duì)NH3-SCR反應(yīng)性能影響，發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)與催化性能之間的關(guān)系。然后，從一步合成方法出發(fā)，通過(guò)更加經(jīng)濟(jì)、高效的方法，制備出性能可控的催化劑，為CuCe/SAPO-5/34催化劑的規(guī)模化生產(chǎn)提供了可行的技術(shù)路線，并結(jié)合該類產(chǎn)品的市場(chǎng)調(diào)查，對(duì)CuCe/SAPO-5/34催化劑的市場(chǎng)前景進(jìn)行了合理的展望。該項(xiàng)目成果投入使用，會(huì)有效解決尾氣污染問題，構(gòu)建綠色可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)環(huán)境。

2 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的創(chuàng)新研發(fā)

2.1 柴油車尾氣脫硝催化劑創(chuàng)新研發(fā)過(guò)程

將異丙醇鋁溶于適量的水中，加入二乙胺、硅酸四乙酯，再滴加磷酸，獲得均勻的混合物A。將硝酸銅、硝酸鈰和四乙基五胺溶解在水中，添加不同量的纖維素，持續(xù)攪拌蒸干，得到粉末B。將A和B混合在一起，攪拌，超聲，獲得均勻的凝膠。之后依次進(jìn)行水熱晶化、煅燒，最終獲得CuCe/SAPO-5/34雜化晶體結(jié)構(gòu)的脫硝催化劑。

CuCe/SAPO-5/34催化劑的多級(jí)孔結(jié)構(gòu)改善了傳統(tǒng)SAPO-34的傳質(zhì)問題，其獨(dú)特的制備工藝提高了活性組分Cu、Ce的擔(dān)載量和分散度，在NH3-SCR反應(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)異的脫硝催化活性及抗水抗硫性（如圖1所示）。傳統(tǒng)的V2O5-WO3/TiO2催化劑在200～450℃之間的NOx轉(zhuǎn)化率均低于92%，而CuCe/SAPO-5/34催化劑在此溫度區(qū)間的NOx轉(zhuǎn)化率均大于95%，且在200℃時(shí)，NOx轉(zhuǎn)化率甚至接近100%。可以看出，在低—中—高溫的條件下，CuCe/SAPO-5/34催化劑的催化性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的V2O5-WO3/TiO2催化劑。

圖1 CuCe/SAPO-34、CuCe/SAPO-5/34和V2O5-WO3/TiO2催化劑的抗水、抗硫性能評(píng)價(jià)結(jié)果

2.2 產(chǎn)學(xué)研跨學(xué)科融合創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)

本項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)由化工、環(huán)境、財(cái)務(wù)管理、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化系等專業(yè)學(xué)生組成，如圖2所示。團(tuán)隊(duì)分工明確，其中化工、環(huán)境專業(yè)學(xué)生主要負(fù)責(zé)CuCe/SAPO-5/34脫硝催化劑的研發(fā)；財(cái)務(wù)管理、市場(chǎng)營(yíng)銷、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué)生主要負(fù)責(zé)搭建互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，拓展銷售渠道。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)打破了專業(yè)、背景、文化的界限，依托創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目進(jìn)行跨學(xué)科合作，實(shí)現(xiàn)高配合度的知識(shí)創(chuàng)新。

圖2 “互聯(lián)網(wǎng)+”柴油車尾氣脫硝催化劑創(chuàng)新研發(fā)團(tuán)隊(duì)

縱觀市場(chǎng)前景，目前，在國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)下，對(duì)新型脫硝催化劑的產(chǎn)業(yè)化需求已是迫在眉睫，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)從創(chuàng)新想法的萌發(fā)到創(chuàng)業(yè)計(jì)劃書的完成，不同學(xué)科交叉融合、相互補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)CuCe/SAPO-5/34新型脫硝催化劑的創(chuàng)新研發(fā)。在項(xiàng)目開展過(guò)程中，不同學(xué)科背景的隊(duì)員發(fā)揮各自所長(zhǎng)，通過(guò)交流與合作，使學(xué)科知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)專長(zhǎng)、思維模式相互耦合，共同推動(dòng)項(xiàng)目進(jìn)程。

3 創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的產(chǎn)業(yè)化構(gòu)思

3.1 產(chǎn)品CuCe/SAPO-5/34脫硝催化劑的產(chǎn)業(yè)化價(jià)值

團(tuán)隊(duì)成員根據(jù)市場(chǎng)及文獻(xiàn)調(diào)研認(rèn)為：CuCe/SAPO-5/34脫硝催化劑的多級(jí)孔結(jié)構(gòu)改進(jìn)了傳統(tǒng)SAPO-34的傳質(zhì)問題，其獨(dú)特的制備工藝提高了活性組分Cu、Ce的擔(dān)載量和分散度，在NH3-SCR反應(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)異的脫硝催化性能及穩(wěn)定性，滿足國(guó)六標(biāo)準(zhǔn)下柴油車尾氣脫硝排放要求。因此，CuCe/SAPO-5/34脫硝催化劑具有良好的產(chǎn)業(yè)化前景。

通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研，初步擬定催化劑的價(jià)格為每公斤3 500元，計(jì)劃在未來(lái)兩年內(nèi)實(shí)現(xiàn)100家柴油汽車廠尾氣脫硝處理原材料的供應(yīng)。計(jì)劃融資100萬(wàn)元，出讓股權(quán)20%～25%，隨著一代催化劑的擴(kuò)大生產(chǎn)和二代催化劑的研發(fā)，再進(jìn)行合理的股權(quán)出讓來(lái)獲得融資。資金主要用于產(chǎn)品研發(fā)、工人工資、原材料采購(gòu)等，扣除成本，未來(lái)四年的收入預(yù)測(cè)如圖3所示。

圖3 未來(lái)四年的收入預(yù)測(cè)柱狀圖

3.2 構(gòu)建環(huán)保科技有限公司

基于CuCe/SAPO-5/34脫硝催化劑的研發(fā)，本項(xiàng)目擬構(gòu)建新綠環(huán)保科技有限公司。該公司是以生產(chǎn)的CuCe/SAPO-5/34脫硝催化劑為核心產(chǎn)品，集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售為一體的化工企業(yè)。通過(guò)對(duì)地理和經(jīng)濟(jì)條件的考察，并結(jié)合地方政策，將公司擬建于黑龍江省齊齊哈爾市龍沙區(qū)高新產(chǎn)業(yè)園區(qū)，注冊(cè)資金約100萬(wàn)元。新綠環(huán)保科技有限公司是一家以綠色環(huán)保為理念的催化劑生產(chǎn)公司，擁有先進(jìn)的CuCe/SAPO-5/34脫硝催化劑生產(chǎn)技術(shù)。相比傳統(tǒng)V2O5-WO3/TiO2催化劑，該公司生產(chǎn)的脫硝催化劑具有安全無(wú)毒、活性溫度窗口寬、熱穩(wěn)定性好、抗水抗硫性能優(yōu)異、使用壽命更長(zhǎng)、滿足國(guó)六排放標(biāo)準(zhǔn)等優(yōu)勢(shì)，可以快速融入市場(chǎng)，經(jīng)濟(jì)效益非常可觀。公司以CuCe/SAPO-5/34脫硝催化劑為前期產(chǎn)品，開拓市場(chǎng)，并逐步開發(fā)相關(guān)產(chǎn)品，應(yīng)用于機(jī)動(dòng)車、船舶等以柴油作為燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣脫硝中，進(jìn)一步擴(kuò)大市場(chǎng)，形成柴油發(fā)動(dòng)機(jī)脫硝催化劑相關(guān)產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)鏈。

4 通過(guò)競(jìng)賽提升學(xué)生學(xué)習(xí)及實(shí)踐能力

4.1 對(duì)所學(xué)知識(shí)綜合運(yùn)用能力的提升

在傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生通過(guò)課程體系將所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行關(guān)聯(lián)和拓展，很少有機(jī)會(huì)對(duì)專業(yè)知識(shí)進(jìn)行綜合運(yùn)用，而這種綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)來(lái)解決實(shí)際問題的能力正是學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)成功的關(guān)鍵[10]。在本次比賽中，參賽學(xué)生對(duì)催化劑的合成等相關(guān)專業(yè)知識(shí)進(jìn)行深入了解，在實(shí)驗(yàn)室中合成并表征脫硝催化劑。在此過(guò)程中，學(xué)生對(duì)催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、材料合成與表征等相關(guān)知識(shí)的認(rèn)知得到較大程度提高，加深了對(duì)項(xiàng)目小試—中試—工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)程的了解。另外，參賽學(xué)生還學(xué)習(xí)了與項(xiàng)目相關(guān)的其他學(xué)科的專業(yè)知識(shí)，如財(cái)務(wù)管理、市場(chǎng)營(yíng)銷等，從而提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和學(xué)習(xí)能力，學(xué)生的思維方式從理論科研擴(kuò)展到了社會(huì)應(yīng)用、市場(chǎng)價(jià)值等，增強(qiáng)了學(xué)生在創(chuàng)業(yè)過(guò)程中的信心[11]。同時(shí)，參賽學(xué)生汲取以往參賽獲獎(jiǎng)項(xiàng)目和比賽現(xiàn)場(chǎng)其他項(xiàng)目的優(yōu)點(diǎn)并進(jìn)行創(chuàng)新，從而提高比賽的獲獎(jiǎng)概率。

4.2 對(duì)學(xué)生信息搜集與分析整理能力的培養(yǎng)

在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)過(guò)程中，需要搜集大量信息，并對(duì)信息進(jìn)行分析整理。通過(guò)前期的市場(chǎng)調(diào)研，可以確定未來(lái)的創(chuàng)業(yè)合作公司和對(duì)標(biāo)公司，還可以找到市場(chǎng)缺口，為創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)打好基礎(chǔ)[12]。在項(xiàng)目開展前，學(xué)生調(diào)研了脫硝催化劑的市場(chǎng)狀況，查閱了相關(guān)的文獻(xiàn)綜述、技術(shù)報(bào)告等資料。此外，與行業(yè)同類技術(shù)進(jìn)行技術(shù)性對(duì)比分析，收集和分析整理信息的過(guò)程類似于撰寫文獻(xiàn)綜述的文獻(xiàn)整理過(guò)程。在項(xiàng)目開展過(guò)程中，學(xué)生需要從分散且復(fù)雜的信息源中提取并整合出有用的信息。這一過(guò)程難度較大，需要學(xué)生掌握方法，并分析匯總，提高了學(xué)生信息搜集與分析整理能力。

4.3 對(duì)學(xué)生溝通表達(dá)能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和實(shí)踐科研能力的強(qiáng)化

在項(xiàng)目開展過(guò)程中，參賽學(xué)生在路演PPT制作和講解、團(tuán)隊(duì)協(xié)作以及實(shí)踐科研能力等方面都有明顯的進(jìn)步。參加競(jìng)賽對(duì)PPT制作及路演匯報(bào)的要求更高、更專業(yè)，路演匯報(bào)人需要在5min內(nèi)給投資人介紹相關(guān)領(lǐng)域的行業(yè)情況、項(xiàng)目開展的可行性、產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)、企業(yè)運(yùn)營(yíng)等，這對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)難度很大。參賽學(xué)生在計(jì)劃書和PPT的準(zhǔn)備環(huán)節(jié)中，根據(jù)個(gè)人能力特點(diǎn)及專業(yè)優(yōu)勢(shì)分配工作任務(wù)，不斷完善項(xiàng)目計(jì)劃書和PPT，表達(dá)溝通能力得到提高。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)成員也建立了深厚的感情，實(shí)現(xiàn)了成員之間的能力互補(bǔ)，提高了團(tuán)隊(duì)凝聚力[13]。此外，在此次比賽的項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)階段，參賽學(xué)生在教師指導(dǎo)下參與脫硝催化劑制備、評(píng)價(jià)、表征等過(guò)程，對(duì)傳統(tǒng)的制備方法、生產(chǎn)工藝等進(jìn)行部分改進(jìn)或創(chuàng)新，將科研實(shí)踐成果轉(zhuǎn)化成商業(yè)產(chǎn)品，極大提高了實(shí)踐科研能力和動(dòng)手能力[14]，為將來(lái)的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。