挑战杯申报书填写参考范本科技发明制作A类

1、“挑战杯”申报书填写参考范本(科技发明制作A类)项目名称：原位生成碳化硅纳米纤维及其对材料性能影响得研究第十二届挑战杯作品小类：能源化丄大类：科技发明制作A类简介：我们开发一条合成讥晶纳米复合氧化物La2CuO4纤维得路线。自制碳纳米管为模板，利用水热合 成法在温与条件下(6 0OC)合成出纳米L32CUO4 晶纤维，其比表面积达到1 0 5 m2 组成为La2CuO . 882+ CuO、12+03、94,有1 2%Cu +,也有氧空位，并显示出优越得 低温NO分解与甲醇水蒸气垂整制CO2与氢气得催化活性。详细介绍：氮氧化物NOx(N0zN2O等)就是最严重得空气污染物它们就是致癌得化学气体

2、、就是酸雨 得主硬成分、也就是比二氧化碳更严重得温室气体。普遍产生于各种燃烧过程.发电厂.冶炼 厂、汽午尾气.岛空雨云闪电八化匚厂(待别就是硝酸生产)等。近年來，我国各种汽车数虽 猛増，尾气排放正在逐年I：升，机械性能较差得或使用年限已较长得发动机尾气中得NOX浓 度要更商。国家对汽午尾气得排放要求越來越禹。所以研制同效氮氧化物分解催化剂(DcNOx) 非常迫切。虽然从热力学得角度來唯，氮氣化物直接分解得产物N2与O 2比氮氧化物稳定，应该 容易进行。但爭实上由于中间态得复杂与对氧物种得墩感，氮氧化物必须在高选抒性得催化剂 上才能分解为N2与02。所以DeNOX 一直就是环境催化领域里最重要得

3、课题之一。最理想得 催化剂就是能将氮氧化物直接分解为氮气与氧气而不需要添加其它化学物。但就是理想得氮氧 化物直接分解催化剂研尤进展缓慢，故不得不加入还原剂(CO, H2, NH3. CnHm),促进 NO得分解(Selective c ataly t i c reduct i on-SCR)O g前氮氧化物直接分解催化 剂存在得困难就是催化剂只有在岛温时才有较岛得活性。常见得直接DeNOx催化剂有：CuZSM 5,钙钛石或类钙伙石型复合氧化物如Lal-xSrxM03-6(M = Co, Niz Cu)z La (B a ) Mn(In)O3z Ag /La 0 . 6CeO x 4CoO3,

4、CeO2, Pr6Ol 1 稀上氧化物，负载型贵 金属Pt/Al2O3。绝大部分催化剂只有在600OC以上才显示较商得活饥所以在商温下(8000 C左右)才能匸作(汽乍尾气净化器必须安装在很崟近发动机部位，拆卸复杂)。尤其廉因:无论 就是在贵金屈催化剂上,还就是在钙钛石型催化剂上或就是在分子筛ZSM-5u h氧物种与 NO存在竞争吸附，且氧物种在低温下不易脱附，在氧物种存在下NO极易转化为N 02 (O+ NO = NO2)C 我们研究过 N O 得分解过程：2NO (NO)2N2O2 一 N2O + O N2 +1/2 O2o 若氧能及时脱附，就能促使反应向右边进行;如果氧不容易脱附.则使反

5、应易向左边进 行。在目前得De NOX催化剂上，氧得脱附都就是在6 00OC以上才能进行。这就是催化剂为 何在商温才有活性得主要原因之一，贵金属催化剂成木太髙。在非贵金属元素中.铜元素就是对 氮氧化物最有活性得催化组分。机理研究证明,NOX在铜催化剂上得分解与催化剂中Cu +与C U2+之间得氧化还原相互耦合。保持一定比例得CU+就是关键。在一般得氧化物与担载催化 剂上,CU2+与Cuo都比较容易稳定，但C u +则不宜得到。在具有特定晶休结构得含铜氧化 物中可以通过氧缺陷得存在与掺朵商价态元素來稳定CU+。在类钙钛石型催化剂L32CUO4 中，氧缺陷得存在 La2(C u +)B(Cu2+)

6、a()4-6 p + 2 a +6 =2(4-6) ;a+p=l或通过掺朵 Ce4+ 可以稳定Cu+ 并调控其含虽，La 2 -xCex (Cu+)y(C u2+) zO43(2-x) + 4x + y + 2z =8;y+z=l o （CeO2木身对分解no有一定活性）。规整结构中得氧空 位为氧物种提供了场所,并且氧在其上得脱附相对比在氧化物晶格中容易。比较两类典空得催化 剂.各有利弊:Cu-ZSM-5比表血积大,但不宜调变铜离子得价态加稳定性差，并且极易受水 蒸气与SO 2中帝。钙钛石型复合氧化物可以调变铜离子得价态甚至组成.热稳定性好，但该 类化合物得比表面积很小，一般只有2到3 m2/

7、g,用溶胶凝胶法锻大能制备出13m2/g。所 以若能制备大表面得具有特定结构得钙钛石型复氧化物可能会获得一类性能优越得氮氧化物分 解催化剂。曾通得合成方法制备不出比表浙积很大得钙饮石型复合氧化物。我们得团队主要就 是开发一条合成单晶纳米复合氧化物La2C u 04纤维得路线采川自制得碳纳米管作为模板（碳纳米管得加入虽很少，在目标产物中含虽 1 wt%），利用水热合成法在温与条件下（60 oC） 合成出纳米La2CuO 4讯晶纤维，其比表面积达到10 5 m2组成为La2CuO. 882+ CuO、 12+03、9 1,有12% Cu匕也有氧空位，并显示出优越得低温NO分解（在3 0 0 OC能

8、将NO 分解为N2与02并且在60小时内保持活性不下降）与甲醇水蒸气重整制CO2与氢气得催化 活性。普通方法制备得La2CuO4粉组成为La2Cu0s 922+CuO、083+0 4 . 04,比表而积 只有2. 7 m2 / g,其催化活性大大劣于纳米La2CuO4纤维。作品专业信息设计.发明得目得与基木思路、创新点.技术关键与主要技术抬标合成商比表而积.适、”iCu+/Cu2+比例得类钙钦石型复合轲化物La2xCex （Cu+）y（Cu2+） z 04 （X= 01）（简称LCCO）系列讥晶纳米纤维与纳米晶粒。决得能在低温（300OC左右） 下将氮氧化物直接分解为氮气与氧气并且具有长寿命得

9、傑化剂。探索氮氧化物在该类催化剂上得 催化分解机理与催化剂维持商活性得必婆表而结构条件。研制出非贤金属汽午尾气浄化催化剂。科学性、先进性以碳纳米材料为模板合成向比表而积与特殊表面（孔道结构得La2 xCex （Cu+）y（Cu2+） z O 4 -6 （x = 01）纳米纤维与纳米晶札该结构能稳定并调变Cu+（对活化NO x有利）及氧空位含虽 （对氧物种得脱附有利），进而在低温下能禹效直接分解氮氧化物。该种方法为首次发明得方法并已 取得r初步得成果。该催化剂用在汽牟尾气净化上.将避开贵金属，大大节约成木，为铜资源开辟 了新得高技术应用领域。获奖情况及鉴定结果无作品所处阶段本作品已完成实验样品得

10、制作。技术转让方式无作品可展示得形式 反应器实物样品。使用说明.技术特点与优势,适应范隔.推广前景得技术性说明，市场分析,经济效益预测该法使用商分散得碳纳米材料作为模板，且对碳纳米材料得使用虽很小，一克碳纳米管可以制出一 千克L32CUO4纳米纤维，碳纳米管及纳米洋葱碳目前得制备已不就是难题,售价也不昂贵，我们自 己得实验室就能制备。水热合成就是制备分子筛材料得常规方法，成木与放大都不存在技术难题。 我国具有丰富得铜资源，如果把丰富得铜元素用作汽乍尾气净化及环境保护产业上，将对我国铜资 源开发与利用有重大得意义。同类课題研究水平概述国外减排产品一般也只能减排20% 40%.无法彻底解决大中城市

11、汽午尾气污染得难题，特别就 是对氮叙化物得净化非常不完全。礦氢化合物与一氧化碳得深度氣化催化剂较易制备，但氮叙化物 分解催化剂则很难获得，往往需要贵金属，如链与钳等。即使含有贵金屈得催化剂，随若使用时间得 増加，对氮氧化物得处理能力也会逐渐变弱。目前得二元催化剂一般都含有贵金屈，所以较昂贵。DeNOx 直就是环境催化领域里最重要与难度彊大得课题之一。常见得直接DeNOx催化剂有： Cu-ZSM-51,钙钛石或类钙钛石型复合轲化物如L a 1- xSrxMO3-6 （M = Co/Ni/ C u） 2 . La （Ba）Mn（I n）O3 3. Ag/LaO. 6CeO. 4CoO34z稀土氧化

12、物如CeO2、 Pr6Oll51 负载型贵金属Pt/A1203等。绝大部分催化剂只有在600OC以上才显示岀较疵 得活性，所以在窩温下（80 0 0C左右）才能工作（汽午尾气巾化器必须安装在很黑近发动机部位，拆 卸复杂），在目前得DeNOx催化剂上，氧得脱附都就是在600OC以上才能进行，这就是催化剂 为何在高温才有活性得主要原因之一。贵金属催化剂成木太高。项目名称：风力发电与变频抽油机群共直流母线能量管理系统來源：第十二挑战杯作品小类机械与控制大类：科技发明制作A类简介：目前訓田抽油机就是油ID最大耗电大户，平均效率仅为25. 96%。我国得多为低渗透低产油ED, 以电能换石油就是我国汕产油

13、现实情况。本方案通过改变抽油控制策略，创新性得将女台抽汕机 组成一个系统并联运行，经过实时监控.进行自动控制调整速率，提岛抽油每次抽有效率用最少 得电能换取昴女得石油。并且将风能引入到本方案作为抽油机提供淸洁能源。此方案不仅对原油 増产.原油生产成木降低与缓解当前能源紧张状况具有重义。详细介绍：目前訓01抽油机（俗称磕头机）就是应用最普遍得石油开采机械之一.也就是油E0耗电大户,其用电 虽约占油IB总用电虽得4 0%,且总体效率很低，据调査我国平均效率为25、96%.而国外平均水平 为30、05%o我国得汕（D不像中东得油ED那样有很强得自喷能力，女为低滋透得低能.低产汕EL 以电能换石油就是

14、我国汕ID产油现实情况。以往节能方案就是研制节能电机，达到节能效果,但就是 耍更换电机成木较大，不利于推广。木方案通过改变抽油控制策略，创新性得将女台抽油机组成一个 系统并联运行，经过实时监控抽油虽，进行自动控制调整速率，减少抽汕机抽油过程得不必耍损耗, 提髙抽汕效率，并且将抽汕机发电产生得能虽通过并联系统输送到有需要得抽汕机上，从而用最少 得电能尽可能换取最女得石汕C不仅如此匕方案还为风电这种清洁能源得使用开创J新思路，将风 能引入到木方案作为抽油机使用得能源得-部分可以有效地减少对电网电能得使用以及使用电网 电能时在传输线路上得插耗。通过对抽油控制技术得改进來节省电能,将对提岛系统效率实现

15、节能 降耗有很积极得作用，不仅对原油増产、原油生产成木降低与企业经济效益得提商有重要总义，而且 对缓解当前能源供应紧张状况也具有重要总义。设计、发明得目得与基木思路.创新点.技术关键与主要技术抬标一、发明得目得通过PLC控制核心与变频湍，通过传感器能够达到自动控制抽油机速率得效果, 从而提商抽油机运行时得抽有效率，并且充分利用抽汕机倒发电产生得能址。以风能部分代替电网, 使用淸洁能源，减少电网负荷。二、作品设计思路木方案中PLC根振油虽信息控制变频器,使抽油 机在商效率得转速下运行，避免空捞造成得能量损耗，并且通过接近开关了解抽油机得上下位宜办 调处于发电状态与电动状态得抽汕机得数虽（尽虽达到

16、1： 1 ）/吏下冲程得抽汕机发得电尽可能女得 被上冲程得抽汕机利用减少再生能址损耗。系统所有得变频器通过共直流母线连接.风力发电 系统也连接到直流母线上，为抽油机提供淸洁能源。、”I风能过剩时，直流僚线电斥超过阈值时.利用 能址回馈单元将艮余能量回馈到电网。此方案实现了抽油机群内部能址得有效分配与管理,充分利 用了淸洁能源，真正实现了抽汕机系统得节能增效。三、创新点1 根据每口井得出油情况与抽油 机相对位宜.PLC控制变频器，调节转速.涮配不同抽油机得上下冲程，实现抽汕机群内部能量互 馈,减少从电网吸收电能，最大限度提商采油效率。2 将风电电能并入直流母线，使风能以非并 网得方式更有效地被抽

17、油机利用，减少风能得并网成木。3 通过流址传感器门解抽油机得抽油效 率,自动调节抽汕机转速使抽油机拓效率下运行。四.节能效率以I川台容S45kw抽油机一天 耗能为例进行节能il算:可以达到26、2%得节能效率（详细计算内容附于方案论文5、2方案节 能效率计算）科学性、先进性与油m现实比较、突出质性技术特点现实情况就是一般抽汕机直接与电网相连接，没有节能控制、 只能在而定电压下运行，效率很低、无功很大.线损也很明显。而小部分加装了变频器，但就是不能 够根据采油悄况自动调节转速.只能几天或者一个礼拜调整一次.滞后性严重，并且抽油机倒发电 得能虽也无法加以利用，白白浪费在能耗电阻上。 木系统能够根据

18、流虽传感器.霍尔元件自动 检测抽汕机得能虽流动状态（发电、耗电、及运行效率）控制转速使抽油机避免空抽半抽（由于我 国筝为低港透低产油hi）并且通过接近开关了解抽油机得运行位鲨调配抽汕机倒发电能虽流动， 使抽汕机相互使用彼此发出得能虽c通过两种控制大幅度增加抽汕机得运行效率2 6、2 %以上。 自动调控提岛运行效率.控制能虽流动、使用洁浄能源与节约电能就是木方案得垠实质性得技术 特点。获奖情况及鉴定结果1、20 1 0年施耐徳电气杯全国大学生节能增效创新大赛特等奖（第一名）2、第十二届挑战 杯全国大学生课外学术作品竞赛山东省特等奖。3、携作品参加中国科协第十二届年会。4、 携作品代表大学访问法国

19、巴黎施耐徳电气全球总部。作品所处阶段A实验室阶段技术转让方式洽谈转让作品可展示得形式现场演示、图片.录像、实物，产品使用说明.技术特点与优势,适应范憎,推广前景得技术性说明，市场分析,经济效益侦测一.技术特点 PLC检测抽油机得运行状态并且通过油虽传感器检测汕况,协调控制由直流僚线 并联得逆变模块，控制电机转速，调配上下冲程状态，使抽油机产生御电能能够内部分配使用。为风 电电能过剩时，导致直流母线电圧过商,系统可以通过能虽回锻也元返回电网。上位机总体调控各 PLC。自动检测控制能址流动,节约电能就是木方案得技术特点。二、方案适用场合1、本方案因 为风力发电系统得原因，适用在风力资源较丰富得油IB地区。2.因为木方案就是采用群控技术, 所以适州于油井较为密集得油田。3、应用该系统可以减少线损，所以适用于抽汕机输电线路很