过程强化理论与装备研发相结合,提升研究生工程化意识

化学工业作为国民基础支柱产业,其重要性不言而喻,随着国外对诸多技术的垄断控制,国家迫切需要一批能满足国家和企业要求的高质量人才,一方面可以应用相关专业知识解决实际生产问题,另一方面,也要打破国外垄断、突破技术瓶颈,建立拥有自主知识产权的先进化工装备。过程强化理论与技术是化学工业中一个快速发展的重要研究方向,目前已经在诸多领域中得到了广泛应用。而化学反应过程涉及一系列复杂的非线性动力学知识,这就要求学生掌握牢固的理论基础,而另一方面,培养单位也需要瞄准国家重大战略需求开展相关研究生培养工作,例如各种新兴技术的工业化、产业化和市场化等。建设和发展与生产实践相适应的教学内容及课程体系,是教学改革的重要发展方向。本文提出以化工过程强化理论与装备研发相结合的教学理念,形成产教融合的发展模式,助力培养高层次化工人才的工程意识、创新能力和战略思维。

智慧化工背景下基于学科前沿视角的化工安全技术课程教学改革探析

化工安全技术课程是化工专业的核心课程,具有综合性和实践性强的特点。但当前该课程教学仍存在教学内容陈旧、教学模式单一及安全操作训练不足等问题。对此,重庆大学绿色化学化工研究中心的课程教学团队基于学科前沿视角,实施了学术报告式前沿讨论、立体交叉实践式教学法、虚拟实景式智慧化工厂构建等教学改革举措,为培养既具备扎实化工基础又具有多学科交叉能力的复合型人才提供路径启示。

“教-学-赛”相结合,推动化工装备与安全教学的融合

培养高素质、综合性人才是高校教育的目标之一,学生们解决实际问题的综合能力是高校教育水平的重要体现。该文基于《化工安全技术》课程的教学改革,以“智能搅拌反应器原理及应用”项目为例,结合近十几年的学生竞赛辅导进行教学研究,通过“教-学-赛”模式的教学改革,使学生既能获得理论知识,又能丰富实践经历,使教学取得较好效果。该文采用“互联网+”多媒体教学、学生团队合作式教学、项目任务实践驱动教学等多种教学模式,从“教-学-赛”模式的改革形成、教改目标以及具体实施方案三个方面深入研究。通过实践证明,“教-学-赛”模式对激发学生学习兴趣、丰富学生项目实践经历、提升学生综合素质、增强学生团队凝聚力等方面具有积极的作用,使教学效果有了明显提升。

双金属ZIF衍生的ZnxCoy/N-C催化剂及其高效电催化还原CO_(2)制CO的性能研究

电催化CO_(2)还原是实现CO_(2)资源化利用的重要方法,其关键在于高效催化剂的合成。以双金属有机骨架化合物(ZnxCoy-ZIF)为前驱体,经高温热解得到ZnxCoy/N-C催化剂,研究了前驱体中双金属的物质的量之比及热解过程对ZnxCoy/N-C催化剂的碳载体形成、N掺杂程度、Co电子结构变化及电催化还原CO_(2)制CO的反应性能的影响。结果表明,前驱体中Zn的存在有利于碳载体活性面积的提高,并且促进Co-Nx活性位点的形成,实现对Co位点电子结构的有效调节。900℃热解获得的ZnxCoy/N-C催化剂具有高活性及高导电性,在电还原CO_(2)制CO反应中,电流密度最高可达135 mA/cm2,且CO分电流密度为59 mA/cm2,CO法拉第效率达56.1%,在40 h的性能测试中,ZnxCoy/N-C催化剂的催化活性未出现下降,在电催化CO_(2)中具有工业化的潜力。

工业物联网技术在搅拌反应器领域的应用

传统搅拌反应器运行模式匹配度较差,缺乏对搅拌装备的智能化诊断、控制和匹配能力监测。近年来,工业互联网的兴起引起了各个行业内巨大的研究兴趣,并取得了相对可喜的进展。本文首先概述了工业物联网兴起的背景及其特征优势,然后简述了搅拌反应器智能化需解决的关键技术难题,而后采用工业物联网技术,对表征搅拌反应器内部物料混合状态的时变信号进行数据智能化采集、分析和处理,并预测设备内部物料未来状态的变化趋势。结合流体混沌混合特性、宏观混合行为以及搅拌反应器结构参数和操作参数进行大数据分析,形成了智能监测与混沌同步体系,并建立搅拌反应器智能监测的操作平台,主要包括风险动态管控、在线监测预警和实时反馈控制三大功能模块。最后,总结了该搅拌反应器智能终端在化工领域存在的挑战,并且对未来发展方向及应用前景进行了展望。希望通过本文能吸引化工方面不同研究背景的学者进入这个多学科交叉领域,共同为推动节能减排、发展智能化工装备与安全做出一定贡献。

二氧化碳-甲烷干气重整反应及其积炭控制的热力学分析

二氧化碳-甲烷干气重整(DRM)反应制合成气(H_(2)+CO)是二氧化碳(CO_(2))资源化利用的重要研究方向,关键问题在于积炭的控制。利用FactSage软件,基于吉布斯自由能最小法,对DRM反应及其积炭控制进行了热力学计算分析。结果显示,高温(600~1200℃)、进料比(n(CH_(4))/n(CO_(2)))为1.00、常压等单因素条件下,有利于DRM反应进行,可以实现较好的反应转化速率;以炭的残余量为0.01%(物质的量分数)作为积炭区与非积炭区的临界点,设定反应压力为0.10 MPa、反应温度为900℃,当进料比小于等于0.95时,反应处于非积炭区。研究结果对优化DRM反应的操作条件及催化剂设计具有一定的指导意义。

刚柔组合桨搅拌强化锰矿浸出数值模拟

通过CFD软件对以SO_(2)气体为还原剂的锰矿浸出过程进行数值模拟,对比刚性单桨、刚性双桨及刚柔组合桨对于气-固-液三相混合强化作用。通过对固相及气相浓度云图分析,比较三种不同结构配置的搅拌反应器对固体颗粒悬浮和气体分散的作用大小,并对搅拌反应器内宏观、介观及其微观混合性能通过轴向和纵向的速度、湍动能及湍动能耗散率进行对比分析。结果表明:刚柔组合桨流场内并未出现颗粒团聚、气体分散不均等现象,并在流场上部对于颗粒悬浮及气体分散作用明显要强于单轴单桨及单轴双桨;刚柔组合桨的宏观、介观及其微观混合性能的表现均优于单轴单桨及单轴双桨。

超声波促进Fenton法脱色甲基橙溶液的研究

分别研究了超声波、Fenton试剂、超声波-Fenton试剂作用下甲基橙溶液的脱色和COD去除行为.结果表明,超声波单独作用甲基橙溶液几乎没有脱色效果;Fenton试剂单独作用400mg/L的甲基橙溶液30min,甲基橙色度去除率67.51%,COD去除率63.15%;而超声波-Fenton试剂时,溶液色度去除率86.91%,COD去除率80.32%.超声波与Fenton试剂对甲基橙溶液的脱色和COD去除有协同作用.Fenton试剂脱色强酸性甲基橙溶液是氧化反应,而在pH大于5时,是还原反应.

氢敏材料及氢气传感器的研究进展

对氢气进行快速、准确、原位测量,具有重要的学术意义和广阔的应用前景。氢气传感器发展的关键在于高品质氢敏材料的研制,氢敏材料的敏感响应性、重现性等决定着氢气传感器的工作性能。综述了近年来研究较多的半导体型、热电型、光学型、电化学型4类氢气传感器及相应氢敏材料的研究进展,并展望了氢敏材料及氢气传感器的发展方向。

Fenton类氧化技术处理有机废水的研究进展

Fenton类氧化技术处理有机废水是新兴的高级氧化技术。综述了微波-Fenton、超声波-Fenton等组合法、类Fenton法处理有机废水的研究情况,并对Fenton类氧化技术处理有机废水进行了展望。

米糠生物质解毒含铬(Ⅵ)水溶液的研究

农林生物质是一种成本低、环境友好的重金属废水处理材料,也是受重金属污染环境的修复材料之一。实验讨论了初始pH值、米糠用量、吸附时间对含铬(Ⅵ)水溶液解毒的影响。结果表明,米糠对Cr(Ⅵ)存在吸附作用,同时也有解毒还原能力。100 mL浓度为100 mg/L的含铬溶液,在初始pH为2、米糠用量为3 g、吸附-反应平衡时间7 h的条件下,生物质吸附去除溶液中的铬为14.4%,而原溶液中Cr(Ⅵ)解毒了57.2%,米糠生物质吸附总铬的能力为0.48 mg Cr/g(生物质)。米糠生物质有潜在的吸附铬和修复受铬污染环境的利用价值。

Fenton法再生废活性炭

运用Fenton法对甘氨酸母液脱色后的废活性炭进行氧化再生。实验结果表明:废活性炭再生的最佳工艺条件为:Fenton体系中H2O2/Fe2+的摩尔比为24∶1,H2O2的浓度为22.50 mmol/L,再生温度为60℃,反应时间为20 min,适宜pH值为3,再生之后的活性炭吸附能力可恢复75.5%以上。

农林生物质在含铬废水处理中的应用

农林生物质作为低成本吸附剂在环境污染治理中日益受到重视。综述了农林生物质在含铬废水处理中的应用研究进展,分析了生物质处理含铬废水的机理、影响因素,指出了生物质法处理含铬废水的发展方向。

微波促进H_2O_2脱色甲基橙溶液的研究

甲基橙是典型的偶氮染料之一。以甲基橙溶液模拟偶氮染料废水,探讨了在微波作用下,低浓度的甲基橙浓度、过氧化氢用量、溶液pH值、作用时间等因素对脱色率的影响。实验结果表明,微波能大大加快脱色反应速度,并能消除湿法氧化法可能产生的二次污染。微波功率为480W的条件下,酸性甲基橙溶液加入5%的H2O2作用5 min,其脱色率可达到99.0%。对比甲基橙溶液处理前后紫外光谱的变化,说明经微波促进H2O2氧化后,甲基橙分子结构中的偶氮键发生断裂,破坏了偶氮-苯环共轭发色体系,从而达到了脱色的目的。

Fe-Ni-P合金改性空心微珠及吸波性能研究

采用化学镀的方法制备了表面包覆Fe-Ni—P合金的空心微珠，研究了制备方法及条件对空心玻璃微珠表面改性的影响，并对其吸波性能进行了测试。实验结果表明，空心玻璃微珠表面镀层中铁、镍的质量分数分别为30．1％和63．2％，在频率为16．80GHz处，涂层的反射衰减可达-18．20dB，且在12．5～18．00GHz频段范围内，反射衰减皆低于-10．00dB。

磁性高分子材料的研究及应用进展

磁性高分子材料分为复合型和结构型两类,分别阐述了复合型和结构型磁性高分子材料的研究和应用现状,强调了磁性高分子材料的发展意义,井对其理论和应用领域的开拓前景进行了展望。

微波和微波Fenton组合法处理渗滤液的对比

利用高级氧化技术能将废水中的有机物氧化分解为小分子的碳氢化合物或将有机物完全矿化为CO2和H2O。利用微波辐射和Fenton法组合处理垃圾渗滤液,以探索微波Fenton法连续流处理垃圾渗滤液的可行性。实验对比研究了微波辐射、微波辐射与Fenton组合方法处理垃圾渗滤液的可行性。实验研究表明,垃圾渗滤液在微波功率为600 W,作用时间为4 min下的COD去除率可达到20%。而经过微波辐射处理后的垃圾渗滤液,再加入Fenton试剂,在FeSO4的浓度为15 mmol/L,H2O2的浓度为60 mmol/L,pH为5,反应时间为30 min的条件下,COD去除率可达到72%。

电解锰阳极泥的除杂活化及应用

采用稀H2SO4[w（NaCl）=5%]酸浸处理后,电解锰阳极泥中的MnO2含量由42%-59%提高到87%-93%,MnO2的晶体结构得到改善、电化学性能提高。用所得MnO2制成的R20电池,3.9Ω、0.9 V连放时间超过290 min。

实施创新教育 培养创新人才

在阐述创新教育基本理念和内涵的基础上,从教学内容与课程体系、课程设置、教学方法和手段、大学生课外科技活动、教学管理等方面出发,分析和总结了重庆大学化学化工学院几年来实施创新教育、培养创新人才的基本实践经验.

黄钠铁矾渣制备镍锌铁氧体及其表征

利用化学共沉淀法,以黄钠铁矾渣为原料制备镍锌铁氧体。以正丁胺为沉淀剂,在室温条件下,通过共沉淀铁、镍、锌(镍、锌由硫酸锌、硫酸镍按Ni0.5Zn0.5Fe2O4比例补加)制备镍锌铁氧体样品。采用SEM、XRD和FT-IR对该样品进行表征。结果表明,制备所得的样品为镍锌铁氧体。同时,通过磁滞回线显示,镍锌铁氧体比饱和磁化强度为9.04A·m2/kg,比剩余磁化强度为0.65 A·m2/kg,矫顽力为2.47kA/m,具有软磁材料的低比剩余磁化强度和低矫顽力的特性。