基于学习通平台的《分离工程》课程混合式教学模式探索

《分离工程》课程是化学工程与技术学科相关专业的一门核心课程,在培养具备解决化工生产过程中复杂分离问题能力的高素质应用型人才方面有着重要作用。本文基于我校化学工程与工艺专业工程教育认证背景,分析了《分离工程》课程特点、教学现状及目前教学中存在的问题,并依托超星学习通平台,通过以学生为中心,结合课程思政和专业的煤化工特色,完善优化教学内容和资源,对课程线上线下混合教学模式进行探索,以期调动学生的学习积极性,激发创新意识,提高综合素质和工程实践能力。Separation Engineering is a core course in the majors related with chemical engineering and technology discipline, which plays an important role in training high-quality applied talents with the ability to solve complex separation problems in chemical production process. Based on the engineering education certification background of Chemical engineering and technology major of our school, this paper analyzed the characteristics, teaching status and existing problems in the current teaching of separation engineering course. Relying on Chaoxing learning platform, through student-centered, combined with the ideological and political characteristics of the course and professional characteristics of coal chemical industry, it improves and optimizes the teaching content and resources, and explores the mixed teaching mode of online and offline courses, in order to mobilize the student’s learning enthusiasm, stimulate the consciousness of innovation and improve the comprehensive quality and engineering practice ability.

煤基硬炭在钠离子电池负极材料中的应用研究进展

煤炭是全球储量最丰富、分布最广泛且使用最经济的能源之一。在可预见的未来,煤炭仍将是世界主要能源。在“双碳”背景下,探索煤炭资源的高效清洁利用是一项重要而紧迫的工作。本文简述了硬炭在钠离子电池中的存储机理,分析了以4种不同变质程度的煤作为前驱体调控硬炭结构的方式和电化学性能的差异,总结了煤基硬炭材料在钠离子电池应用中存在的共性问题,指出了目前煤基硬炭的研究重点和改进方向。研究成果可为煤基硬炭原料选择、结构调控、缺陷设计等提供参考。

外电场作用下苯酚的分子结构与解离特性

为了探究苯酚分子在电场作用下的稳定结构和微观性质,本文利用密度泛函理论,在B3LYP/6-311++G(d,p)水平下研究不同强度外电场(0~0.025 a.u.)作用下苯酚分子的总能量、偶极矩、几何结构、NBO电荷分布、前线轨道能级、红外光谱和解离特性等微观结构性质。结果表明,随外电场强度增加,分子的总能量、O—H键长、间位和对位C原子的电负性、HOMO-LUMO能隙逐渐减小,而分子的偶极矩、C—C键长、C—O键长、O原子和邻位C原子的电负性逐渐增强;分子红外光谱的部分特征振动峰发生不同程度的红移;当外电场强度为0.052 a.u.时,C—O键的解离势垒消失,分子发生解离。本研究为苯酚污染物分子的外电场降解提供一定的理论参考依据。

催化裂化回炼油-芳烃抽提组合工艺研究

采用纯糠醛或现有的润滑油糠醛精制装置抽提塔塔底抽出液为溶剂对石油二厂催化裂化回炼油进行了芳烃抽提小试、中试及抽余油的催化裂化中试的系统研究。主要介绍以纯糠醛为溶剂的芳烃抽提小试实验。实验结果表明 ,若抽出油仅作为橡胶填充油 ,则以纯糠醛为溶剂抽提回炼油适宜的操作条件为 :剂油比 0 .6 (质量比 ) ,抽提塔塔底温度 40～ 5 0℃、塔顶温度 6 0℃左右 ,此时抽余油的收率为 70 %左右 ,抽余油中的饱和分含量由回炼油的 5 5 %提高到 78%左右 ,抽出油的收率为 30 %左右 ,其抽出油中芳烃加胶含量高于 90 % ,可以作为橡胶填充油。按石油二厂南催化现有的回炼比 0 .3计算 ,新鲜原料处理量可提高 10

凹凸土的纯化技术研究

采用机械搅拌与超声波的技术提纯凹凸土,提高凹凸土的纯度以改善其分散性。并用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)观察了凹凸土的显微结构,用Image Pro Plus软件对TEM图片进行凹凸土粒径和长度分布分析,用德国生产NETZSCHTG209对凹凸土进行了热失重分析。实验结果表明,与商品凹凸土相比较,提纯凹凸土中的杂质明显减少,凹凸棒更细更短,分散更均匀;商品凹凸棒土的长度在400～1000nm,平均在700nm左右,宽度在10～35nm,平均在20nm左右;提纯凹凸棒土的长度也在400～1000nm,平均在700nm左右,宽度在5～30nm,平均在15nm左右,提纯凹凸土的长度、粒径比商品凹凸棒土的长度、粒径分布更集中;提纯凹凸土和商品凹凸土的热失重性质相差不大,凹凸土热失重曲线有4个突变,温度达到780℃时,失重达17%左右。

聚酰胺66/凹凸棒粘土纳米复合材料的制备及其性能研究

对商品凹凸棒粘土提纯、钠化、有机化后,与聚酰胺66(PA66)经双螺杆共混挤出得到PA66/凹凸棒粘土纳米复合材料。用透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)研究了PA66/凹凸棒粘土纳米复合材料的微观结构,并测试了复合材料的力学性能和热性能。结果表明,凹凸棒粘土在PA66中达到纳米级分散,凹凸棒粘土的粒径小于100nm,并且在合适的添加量时复合材料的拉伸强度和热性能都有一定程度的提高。

合成条件对萘沥青树脂黏结性能的影响

以萘为单体,苯甲醛为交联剂,浓硫酸为催化剂,合成了与石墨等炭材料有优良黏结性的萘沥青树脂。实验研究了各因素对萘沥青树脂的软化点、残炭率以及黏结指数等黏结性能的影响。结果表明:萘与苯甲醛适宜的物质的量比为1∶1.0～1.5、适宜的浓硫酸用量为6%～10%(质量分数);缩聚反应温度120～170℃,且反应温度越高,所需反应时间就越短;增加氮气流量能提高缩聚反应速率。在此条件下,合成的萘沥青树脂的软化点26～163℃、残炭率26.8%～59.5%、黏结指数30.5～98.0,收率80%左右。

煤矸石填充改性聚酰亚胺复合材料的研究

以廉价的煤矸石为填料,利用原位聚合法制备了一种煤矸石填充改性聚酰亚胺(PI)复合材料。用傅立叶变换红外光谱仪和偏光显微镜研究了PI/煤矸石复合材料的微观结构,并测试了复合材料的力学性能和热性能。结果表明,加入适量煤矸石能提高PI/煤矸石复合材料的力学性能,当煤矸石的质量分数为10%时,PI煤/矸石复合材料的降解温度比纯PI提高了34.8℃;煤矸石在PI基体中分散较均匀,粒径为几微米到几十微米。

化工专业实验报告撰写改革探索

实验报告是实验操作过程总结以及对获得实验结果分析讨论的书面表达形成。针对传统实验报告存在形式固定和缺乏个性等弊端,在化工专业实验教学中,探索以小论文代替传统实验报告形式的教学改革。实验教学表明,小论文形式的实验报告有助于提供教学质量,对提高学生查阅文献资料和撰写科技论文的能力以及培养学生实事求是的科研态度都起到了积极作用,为大四的毕业论文以及后续的继续学习或科研奠定良好的基础。

空气氧化对煤沥青性质及组成的影响

以溶剂萃取脱除原生喹啉不溶物 （PQI） 的低温煤沥青为原料, 在常压下100~200 ℃范围内通过空气氧化对其进行改性, 制备用于炭素材料生产的低QI浸渍剂沥青.主要研究了氧化温度、 氧化时间、 空气流量对沥青性质和族组成的影响规律.结果表明, 随着氧化强度的增加, 改质沥青的收率逐渐减少, 而其软化点和结焦值则逐渐增加.特别注意到, 在热氧化反应过程中, 原料沥青中的甲苯可溶物 （TS） 仅转化为甲苯不溶-喹啉可溶物（TI-QS）, 而几乎未转化为喹啉不溶物 （QI）, 且TI-QS含量随氧化深度的增加而增加.

萘沥青树脂的合成及结构表征

以萘为单体,苯甲醛为交联剂,浓硫酸为催化剂,合成了与石墨等炭材料有优良黏结性的萘沥青树脂,采用红外光谱（IR）、高效凝胶色谱（HPGPC）以及液相色谱/质谱（LC/MS）等方法对其结构进行了表征。结果表明,提纯后的萘沥青树脂为浅黄色粉末状固体,该树脂含有三芳基甲烷基结构,其数均分子量为550-900、质均分子量为600-1 100、平均聚合度n=2-4,分子量分布指数D=1.15-1.25,且树脂的分子量及分子量分布随萘与苯甲醛物质的量比的增加先增加而后减少。

Aspen Plus软件在分离工程课程教学中的运用

分离工程是化工专业的一门主干课,具有很强的工程实践性。为了培养化工专业学生的工程实践与创新能力,将Aspen Plus化工流程模拟软件应用于分离工程课程教学。探讨了Aspen Plus软件的学习方法,及其在课程教学中的具体应用。采用该软件辅助教学,可以激发学生学习热情,加深对课堂内容的理解,拓展视野和知识面,增强工程意识和工程思维,获得了良好的教学效果。

凹凸棒粘土负载WO_3催化剂用于环戊烯环氧化反应

以凹凸棒粘土(AT)为载体,钨酸铵为钨源,通过浸渍法制备了WO3/AT催化剂,采用FT-IR和XRD对其进行了表征,其后以30%(质量分数)H2O2为氧源、叔丁醇(TBA)为溶剂研究了其在环戊烯(CPE)环氧化反应中的催化性能。试验结果表明,WO3均匀地分散于凹凸棒粘土载体表面;在V[30%(质量分数)H2O2]/V(CPE)=2.2,V(TBA)/V(CPE)=10的条件下,环氧化反应的适宜工艺条件为:反应温度为308 K、反应时间为24 h、催化剂用量为0.3 g/mL(CPE)、WO3负载量为40.0%(质量分数)、催化剂焙烧温度为823 K和焙烧时间为2 h,在此条件下,环戊烯环氧化物(CPO)的收率为40.2%,CPE的转化率为92.1%。该催化剂对CPE的环氧化反应展现了较好的催化活性。

煤系针状焦微晶结构的XRD与Raman分峰拟合定量研究

采用XRD和Raman光谱分析技术,结合分峰拟合的数学方法,对不同生产厂家的三种煤系针状焦Coke-N,Coke-H,Coke-P进行了研究。由XRD分析结果计算出了三种针状焦的石墨化度、晶体结构类型以及晶粒尺寸(La和Lc),通过对XRD的分峰拟合处理,得出了三种针状焦中趋于规整结构的碳微晶含量(Ig)。通过对样品的XRD分析可知,Coke-N和Coke-P的石墨化程度及Lc相接近,并且明显大于Coke-H;La之间的关系为:Coke-N>Coke-P>Coke-H。通过Raman光谱结合分峰拟合的数学方法对样品进行了定量分析。研究结果表明,三种针状焦在拉曼位移1 000~2 000cm-1处有5个一阶谱拟合峰(G,D1,D2,D3,D4)。对样品的拉曼一阶谱拟合后所得出的每个拟合峰面积进行计算,可以用来定量分析三种针状焦中碳微晶结构的分布情况。由I_G/I_(All),I_(D1)/I_G,I_(D2)/I_G,I_(D3)/I_G,I_(D4)/I_G的计算可知,Coke-N和Coke-P的微晶结构比Coke-H的微晶结构更规整。在Coke-N中理想石墨碳微晶所占比例为0.33,而Coke-H和Coke-P分别为0.086和0.311。另外,Coke-H在三个样品中的无定形碳比例明显大于另外两个样品。Raman光谱分析结果与XRD的分析结果相吻合。由此可以看出,采用XRD和拉曼光谱分析技术可以从微观层面判定宏观质量不同的煤系针状焦差异的实质。

煤焦油精制软沥青组成及结构的表征

以高温煤焦油为原料,蒸馏至280℃后得到煤焦油软沥青,经溶剂萃取沉降方法获得精制软沥青,软化点为32℃(环法)。索氏抽提法测得的族组成为:庚烷可溶物53.67%,庚烷不溶甲苯可溶物39.47%,甲苯不溶物6.86%,喹啉不溶物0.06%。相对平均分子量是292,平均分子式为C22.22H16.32N0.12S0.06O0.33,杂原子含量总和小于1。红外分析结果表明:其杂原子氧以R—O—R,Ar—O—R结构存在,杂原子氮以R—NH—R和N结构存在,且以N为主。采用改进的Brown-Lander模型得其平均结构为五元稠环;紫外分析表明,线性排列为主、面性排列为辅,即样品的化学结构应以渺位缩合为主,迫位缩合为辅。

煤系针状焦原料在成焦过程中的红外光谱定量分析

低QI含量的软沥青(SCTP)是制备煤系针状焦的优选原料,研究其在液相碳化成焦阶段(350~550℃)的结构变化有助于高品质针状焦的研制。利用样品的红外光谱,通过分峰拟合对谱图中3 100~2 800 cm^-1区的C—H伸缩振动峰和900~700 cm^-1区的芳香C—H弯曲振动峰进行了详细辨析,接着基于标准物质的相应C—H振动峰的校正因子,定量出SCTP在不同碳化温度(400, 500, 600和800℃)下的各类型芳香氢(Hsolo, Hduo, Htrio和Hquarto)和脂肪氢(HCH3, HCH2和HCH)的质量百分含量;进一步计算了样品的SP2杂化碳(SP2C)和SP3杂化碳(SP3C)的含量以及H/C原子比、芳香性指数(Iar)、芳香邻位取代指数(Ios)和支链化指数(CH3/CH2)等结构参数,讨论了SCTP在液相碳化成焦过程中芳香结构的变化情况。结果表明,煤系针状焦原料SCTP主要由低环数少侧链的芳烃构成,Iar为0.77,其82%左右的芳香氢分布在含有三/四个相邻芳香C—H的结构中,而其脂肪氢主要分布在环烷的CH2结构中。随着碳化温度升高, SCTP的脂肪氢或SP3C几乎呈直线下降,到400℃时损失约50%,这主要归因于轻组分的失去和环烷结构的脱氢,在500℃形成半焦时仅有0.15 Wt.%的脂肪氢和0.88 Wt%的SP3C, 600℃时已检测不到脂肪氢的存在。然而,由于环烷结构转变为芳环,导致芳香氢在400℃之前从原料的3.89 Wt%轻微增加至4.5 Wt%。随温度进一步升高,芳香氢则迅速减少,到500℃时仅为1.14 Wt%,表明在400~500℃中间相形成阶段沥青芳烃分子间发生了激烈的脱氢缩合反应,大量质子化SP2C转化为非质子化SP2C也证实了这点。在500℃后芳香氢继续减少,到800℃时已检测不到它们的存在。另外,发现芳烃的C—H面外弯曲振动比其面内伸缩振动对红外光更灵敏。Iar的增加以及H/C原子比、Ios和CH3/CH2等参数的减小,说明SCTP在成焦过程中其芳烃分子在逐步缩合长大,芳香性提高。利用红外光谱对各类型氢的快速定量,可及时了解成焦过程中沥青芳烃分子的结构变化,有助于针状焦的生产。

热聚合-氧化法制备高β树脂改性沥青

以中温沥青为原料,通过溶剂萃取沉降分离获得低喹啉不溶物含量(QI<0.1%)的精制沥青。对精制沥青进行热聚合-空气氧化改性处理,得到高β树脂含量的改性沥青。经特定热聚合条件处理后,研究了空气氧化阶段的反应温度、氧化时间和空气流量对沥青改性的影响。实验结果表明,在空气氧化阶段,当氧化温度为280℃,氧化时间为2h,空气流量为0.04m^3/h时,可以获得软化点为220℃、甲苯不溶物为61.59%、喹啉不溶物为4.35%、结焦值为78.44%,β树脂含量为57.24%的优质改性沥青。

煤系针状焦生产中混合油的粘流特性与分子结构间关联性的FTIR解析

煤系针状焦生产过程中,延迟焦化工艺流程中混合油的性能在一个生焦周期内不断发生波动,如何稳定混合油的性能是确保针状焦质量均匀的一个关键因素。而混合油性能的差异主要体现在粘流特性的变化方面,导致这种差异的根源是混合油分子结构发生了变化。为了进一步定量分析混合油性质变化的根本原因,本文以一个生焦周期内不同进料时间的混合油为研究对象,利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析仪和旋转粘度仪为检测手段。从红外光谱波数范围700~900,1550~1650,2800~3000和3000~3100 cm^-1四个区域入手,引入6种分子结构参数。详细分析探讨了一个生焦周期内混合油分子结构的变化趋势与粘流特性的关联性。FTIR谱图分析显示混合油主要是以带有部分脂肪侧链的缩合芳香环结构组成的。随着生焦过程的进行,混合油分子中脂肪侧链的支链化程度(I1)不断降低、芳香度(I2)有所增加。而芳环的缩合度参数I3以及芳环上的取代情况(I4,I5,I6)的变化较小,这说明混合油的缩合程度随生焦时间的增加变化不大。混合油中多组分复杂芳香类物质的共存,导致了分子间易发生缔合,使得混合油的初始表观粘度值很大。混合油的粘流活化能Eη随着生焦时间的延长而呈现出增加的趋势。理论上缩合芳环和烷基侧链对粘流性质的影响最大,但是将I1,I2,I3与Eη进行分析时发现回归曲线的拟合优度R2仅可达到0.71。实际上,混合油本身支链化程度(I1)低,支链长度短,忽略I1对粘流活化能的影响时,对I2,I3与Eη进行数据处理获得的回归曲线的拟合优度R2反而降低。综合考虑所有的分子结构参数与Eη进行回归分析时,回归曲线的拟合优度R2可以达到0.98,混合油的分子结构参数与粘流特性之间的关系模型为:Eη=703.59-55.88I1-7.83I2+5.73I3-1866.70I4-694.85I5-83.16I6。由此可见,粘流特性是混合油这一复杂体系中所有分子结构特征的宏观表现。

煤精制软沥青庚烷可溶组的结构表征

以高温煤焦油为原料,蒸馏至280℃得软沥青,采用溶剂萃取沉降法得精制软沥青,其软化点为32℃;以庚烷为溶剂超声萃取得庚烷溶物。蒸气压渗透法测定庚烷溶物平均相对分子质量为202;元素分析与平均分子量结合得其平均分子式为C15.66H11.10S0.044O0.049,杂原子含量总和小于1;红外分析结果表明:其杂原子氧以R-O-R,Ar-O-R结构存在,氮以R-NH-R和-N=结构存在,且以-N=为主;采用改进的Brown-Lander模型得其平均结构:三元稠环;紫外分析表明,线性排列为主、面性排列为辅,即样品的化学结构应以渺位缩合为主,迫位缩合为辅。

煤沥青中β树脂热转化产物的微观结构

分别以甲苯和喹啉为萃取剂对3种典型沥青(中温沥青、热缩聚改性沥青和氧化改性沥青)进行二级溶剂萃取-热过滤-蒸馏处理,得到3种β树脂(依次命名为β-1,β-2和β-3)。利用元素分析仪、TGA和FTIR结合分峰拟合的方法对3种β树脂的基础物性进行了研究。对3种β树脂进行热转化和炭化处理制备得到3种β树脂基沥青炭(分别命名为β-1-C 500-P,β-2-C 500-P和β-3-C 500-P)。利用偏光显微镜(PM),XRD和Raman光谱结合分峰拟合的方法对3种热转化产物的微观结构进行了定量研究。结果表明:β-1-C 500-P的偏光显微结构中细纤维结构含量为24.71%,小片结构含量为56.32%;β-2-C 500-P的偏光显微结构中细纤维结构含量高达40.40%;而β-3-C 500-P的偏光显微结构则主要是各向同性结构和少量的镶嵌结构。β-1-C 500-P和β-2-C 500-P中趋于规整炭微晶含量Ig分别为78.78%和82.43%,微晶尺寸Lc分别为1.90 nm和1.94 nm,然而β-3-C 500-P的Ig和Lc则明显小于二者,分别为53.17%和1.58 nm。β-1-C 500-P,β-2-C 500-P和β-3-C 500-P中理想石墨微晶含量(I G/I All)依次为10.13%,10.46%和8.51%,无定形碳含量(I D3/I All)分别为10.94%,10.48%和11.55%。3种β树脂热转化产物的偏光显微结构定量分析结果与炭微晶分布结果(XRD和Raman结合分峰拟合定量分析)相吻合。