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作品名称：微痕解码——从污点到净界的神奇之旅
学校名称：山东理工大学
参赛队伍：“源心净界”队伍
队伍编号：222400
参赛学生：赵一耿珍钰王慧珍
指导老师：杨璐
投票日期：2025年10月10日 00:00->2025年12月15日 00:00
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详细说明

本项目《微痕解码——从污点到净界的神奇之旅》由山东理工大学“源心净界”团队研发，聚焦环境监督中污水检测的传统痛点，通过创新材料与技术实现污水检测的便捷化、精准化与低成本化。

一、项目背景与痛点

当前污水检测依赖实验室分析或大型仪器（如ICP-MS、分光光度法），存在操作复杂、成本高昂、时效性差等问题。

同时，国内部分企业存在违法排污现象，传统检测手段难以满足快速筛查需求。

团队针对这一痛点，提出基于金属有机框架化合物（MOFs）的试纸检测方案，旨在以可视化、低成本的方式实现污染物的快速识别。

二、创新方法与技术突破

材料创新：

团队采纳TRIZ理论中的“增加理想度”原则，设计合成含镧（La）的四苯乙烯配体基配位聚合物（LTC）。

该材料以四苯乙烯（TPE）衍生物为配体，通过溶剂热反应与六水硝酸镧结合，展现出优异的荧光性能，可对Fe³⁺、Cr₂O₇²⁻、精氨酸（Arg）和对硝基苯胺（NA）等污染物实现高灵敏度、选择性荧光识别。

灵敏度：Fe³⁺检测限低至1.69μM，Stern-Volmer常数（Ksv）达1.09×10⁵ M⁻¹。

可视化：污染物浓度变化引发梯度性荧光猝灭，通过比色卡实现半定量检测。

技术升级：

数字化检测：通过算法将荧光强度转化为电信号，实现污染物浓度的精准测量，降低人为误差。

成本优化：第四代产品通过“能量转换”原则，显著减少能耗与耗材成本，单张试纸材料成本仅0.1元，较传统方法降低90%以上。

三、产品优势与应用场景

核心优势：

便捷性：试纸形式，无需复杂设备，适用于户外、实验室预分析等场景。

高效性：5分钟内完成检测，响应速度远超传统方法。

经济性：量产成本低，市场定价100元/盒（50张），利润空间显著。

应用领域：

工业检测：电镀、化工废水监测，避免违规排污。

市政与医疗：污水处理厂、医院废水安全排放筛查。

农业与生态：农田灌溉用水、土壤污染分析。

家庭自检：紫外线照射后比色卡对照，实现水质快速评估。

四、研发历程与成果

技术迭代：

项目历经四年研发，完成四代产品升级：

第一代：Fe³⁺检测试纸原型。

第二代：扩展至Cr₂O₇²⁻检测。

第三代：实现Arg与NA多离子识别。

第四代：集成数字化算法，支持精准定量分析。

知识产权：

团队已申请2项国家发明专利：

《一类基于四苯乙烯基团的MOFs的可视化阴离子识别方法》。

《一类基于四苯乙烯的MOFs荧光材料的硝基化合物选择识别》。

五、市场前景与社会价值

市场需求：

检测行业规模达3511亿元（2020年），环境检测占比22%。

政策推动下，居民自检需求与工业合规需求持续增长，项目产品可填补快速检测市场空白。

社会效益：

环保贡献：助力水资源循环利用，减少污染排放。

就业带动：覆盖生产、销售、研发全链条，预计创造千余就业岗位。

技术推广：与多家企业建立合作，推动技术从实验室到产业化落地。

六、团队与资源

团队由山东理工大学化工、化学专业学生组成，指导教师为化学领域副教授杨璐。

项目依托学校实验室资源，与郑州阿尔法化工、北京清露源科技等企业建立原料供应合作，确保研发与量产无缝衔接。

结语

本项目以创新材料为核心，以TRIZ理论为指导，实现了污水检测从“实验室分析”到“现场可视化”的跨越。

未来，团队将持续优化产品性能，拓展污染物检测种类，为环境保护与公共健康提供更高效的解决方案。