沉浸式教学阶梯式实践成就型感受——服务于设计实践的“化工设计”课程教学策略

“化工设计”为化工学科的核心课程,是工程知识向工程能力转化的关键课程。传统“化工设计”课程存在课堂教学与能力培养脱节、个体问题难以解决、课程思政内容融入不佳等问题,学生工程能力培养效果不佳。教学团队本着“沉浸式教学、阶梯式实践、成就性感受”的教学理念,秉着“以能力培养为目标、立德树人为宗旨,以服务实践为任务、工程实践为抓手,提升课堂获得感和设计成就感”的课程改革思路,通过教学内容重构、沉浸式教学、无界课堂和阶梯式实践等一系列教学策略,并多角度融入思政元素,以实现协同育人和立德树人。创新策略的实施能够促使学生深度参与化工设计实践,真正实现工程知识内化,提高工程能力。

基于Langmuir等温吸附的吸附动力学方程

把吸附剂对溶质的吸附看作是吸附剂和溶质之间的化学反应,参照反应动力学方程提出了相应的吸附动力学方程。基于Langmuir等温吸附定义了吸附剂动力学浓度,并导出了它和固液比、Langmuir等温吸附方程参数的关系。吸附动力学微分方程为(1+a)级,对应于吸附剂动力学质量浓度是1级,对应于溶质质量浓度为a级。通过对动力学微分方程求解,分别得到了a=1和a=2时的动力学方程的解析表达式。在a=2时,用提出的动力学方程对文献的吸附数据进行了回归计算,结果表明该动力学模型和实验数据吻合良好,回归的相关系数R^(2)>0.97。

基于上转换发光的可见/近红外光催化研究现状及展望

上转换发光材料可将低能光子转换为高能光子,对于太阳能的转化利用具有潜在的应用前景。本文以TiO2为例,介绍了上转换发光在可见/近红外光催化领域的研究背景,说明了光能吸收、光能转换、光能转移、表面反应的光能利用机制,总结了上转换发光的研究进展。同时重点分析了稀土上转换发光在可见/近红外光催化领域的研究现状,阐述了上转换发光与其它改性方法协同提高TiO2光催化效率的基本原理。最后提出了基于复合上转换发光的光催化研究思路,展望了上转换发光在光催化中的应用前景。

钠铝氟化物包覆BaF_2材料上转换发光性能

采用水热法合成了一种非稀土上转换发光材料,由钠铝氟化物和BaF2组成。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SEM)对其进行了表征,分析表明,钠铝氟化物主要以NaF和Na3AlF6两种晶态存在于BaF2晶体表面,形成化学复合,呈现包覆结构。荧光光谱测试表明,样品在583nm可见光和863nm近红外光室温激发下,均能产生304和324nm的宽波段紫外光发射。时间分辨光谱表明,发光均有一个上升和衰减过程,衰减大约自15ms开始,磷光寿命大于18.4ms。借助上转换发光能量转换过程对发光机理进行了研究,分析表明,发光源于量子限制效应的带间光吸收和界面缺陷的光吸收,发光机制属于量子限制效应-界面发光中心复合发光。

研究生学术交流能力培养与思考——以西北大学化工学院为例

学术交流在研究生培养过程中具有重要意义,是促进研究生创新意识、创新精神和创新能力形成的关键。针对西北大学化工学院研究生学术交流能力培养现状,介绍了学校、学院、导师三位一体的培养体系,对具体举措、效果、存在问题等进行了重点分析,以期营造和谐的学术环境,提升学术交流实效,提高研究生的培养质量。

“定位”式课堂签到对工程教育认证持续改进的启示——以“化学反应工程”课程为例

加强课堂教学管理是保障教学质量的重要环节。以西北大学化工学院“化学反应工程”课堂教学过程管理为例,对传统课堂考勤进行了新探索,证实“定位”式课堂签到在信息化时代具有重要存在价值,不仅可以实现准确快速考勤,改善课堂学风,而且“定位”轨迹和学习效果之间的“定位”效应是关注学生课程学习状态,改进课堂教学方式、教学内容等有效依据。实践证明,“定位”式课堂签到是强化教学过程管理的有效措施,对于开展工程教育认证持续改进工作具有积极推动作用。

Fe^(3+)掺杂纳米TiO_2催化剂光催化还原CO_2的性能

采用改良的溶胶-凝胶法制备了Fe3+掺杂纳米TiO2(简写为Fe-TiO2)催化剂,并用X射线衍射、高分辨透射电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、热重-差热分析等方法对其进行了表征。表征结果显示,Fe-TiO2催化剂的分散性好,平均粒径为9.37nm,比表面积为85.46m2/g;掺杂Fe3+不仅使TiO2的平均粒径减小,且有效抑制了TiO2的晶相转变,该催化剂保持单一的锐钛矿相结构。考察了Fe-TiO2催化剂光催化还原CO2的性能,实验结果表明,当Fe3+掺杂量为4.0%(相对于TiO2的质量分数)的Fe-TiO2催化剂用量1.0g/L、反应时间8h、CO2流量200mL/min、反应温度90℃、反应液中NaOH和Na2SO3的浓度均为0.10mol/L时,甲醇的产率高达308.76μmol/g(以每克催化剂上生成甲醇的物质的量计)。此外,对Fe-TiO2催化剂光催化还原CO2的机理进行了探讨。

甲醇制芳烃工艺研究进展

甲醇制芳烃是典型的煤制芳烃技术,既降低了石油的负担,又贯穿着"绿色化学"理念。芳构化反应是一个酸催化强放热反应,其催化剂是在ZSM-5分子筛基础上通过过渡金属元素改性后得到的,用来提高芳烃的选择性。我国甲醇制芳烃技术目前已取得较大的进步,正逐步实现工业化进程。文中主要综述了甲醇制芳烃的机理,国内外芳构化工艺进展,芳构化技术的关键,以及分子筛催化剂的失活问题,最后展望了该领域未来的发展方向和研究热点。

纳米TiO2稀土元素掺杂改性光催化还原CO2制甲醇研究

讨论采用改良的溶胶-凝胶法，以钛酸丁酯为前驱体，以冰醋酸为鳌合剂，通过水解缩聚作用制备纳米TiO2，掺杂稀土金属进行改性，进行CO2光催化还原制甲醇研究；利用X射线衍射（XRD）、高分辨透射电镜（HRTEM）、BET比表面积、光致发光光谱（PL）技术来分析制得的光催化材料结构、吸光性能、化学吸附等特性，期待能弄清楚纳米TiO2结构与催化效果之间的关系，从而确定主导CO2光催化还原反应效率的因素。

S-型MnCo_(2)S_(4)/g-C_(3)N_(4)异质结光催化产氢性能研究

本文通过简单的水热法和热解法分别得到MnCo_(2)S_(4)和g-C_(3)N_(4)催化剂,之后采用溶剂蒸发法将MnCo_(2)S_(4)和g-C_(3)N_(4)纳米片结合构建获得无贵金属的S-型MnCo_(2)S_(4)/g-C_(3)N_(4)异质结。研究结果表明,优化后的复合材料具有良好的光催化产氢活性,其产氢速率最高可到2979μmol·g^(-1)·h^(-1),分别为g-C_(3)N_(4)(113μmol·g^(-1)·h^(-1))和MnCo_(2)S_(4)(341μmol·g^(-1)·h^(-1))的26.4和8.7倍。这主要归因于形成的S-型异质结具有比单体更低的反应阻抗,更高的光电流和高效的电子-空穴分离能力,以及低的析氢过电势。本研究为开发稳定、高效的非贵金属产氢异质结催化剂提供了实验基础。

Cu/Zn比对CuO/ZnO/ZrO_2催化CO_2加氢合成甲醇性能的影响

研究了不同Cu/Zn摩尔比对CO2加氢合成甲醇催化性能的影响。采用草酸凝胶共沉淀法制备了一系列不同Cu/Zn摩尔比的Cu O/Zn O/Zr O2催化剂,考察不同温度及Cu/Zn摩尔比对催化性能的影响,并结合X射线衍射(XRD)、N2物理吸附、程序升温还原(H2-TPR)和程序升温脱附(H2/CO2-TPD)技术对催化剂的结构和性质进行表征。结果表明:适宜的Cu/Zn摩尔比可以提高催化剂的反应性能。在513 K,2.0 MPa,n(H2)/n(CO2)=3/1和GHSV=4 800 h-1反应条件下,当R(Cu/Zn)=4时,Cu O/Zn O/Zr O2催化剂反应性能最好,CO2转化率高达17.8%,甲醇选择性高达67.8%。

CO_2和CH_3OH直接合成碳酸二甲酯催化剂研究进展

碳酸二甲酯是一种绿色的有机合成中间体,由CO2直接合成碳酸二甲酯备受关注。本文介绍了CO2和CH3OH直接合成碳酸二甲酯的各种催化剂,分析了催化剂的优缺点,探讨了催化反应的机理。同时介绍了合成碳酸二甲酯的新技术和新方法。最后指出了由CO2直接合成碳酸二甲酯的研究趋势。

油溶性1,8-萘酰亚胺类荧光染料的合成研究

以4-溴-1,8-萘酐为原料,经过亚胺化和取代反应合成4-烷氧基-N-十二烷基-1,8-萘酰亚胺。通过单因素实验,确定了亚胺化反应的最佳条件,即n(4-溴-1,8-萘酐)∶n(十二胺)=1∶1.1,反应温度50℃,反应时间4 h,在该条件下,中间产物4-溴-N-十二烷基-1,8-萘酰亚胺的产率达79.4%。采用IR、1HNMR对目标产物4-烷氧基-N-十二烷基-1,8-萘酰亚胺的结构进行了表征,紫外吸收图谱和荧光光谱研究表明,目标产物在无水乙醇中的最大紫外吸收波长分别为357 nm和342 nm,最大发射波长分别为485 nm和490 nm。目标产物在DMF中的荧光量子产率达0.6以上。

焙烧态类水滑石/HZSM-5双功能催化剂的制备及催化CO_2加氢合成二甲醚

采用并流共沉淀法制备了不同Zr O2含量的Cu O-Zn O-Al2O3-Zr O2类水滑石前体,焙烧后与HZSM-5分子筛物理混合得到Cu O-Zn O-Al2O3-Zr O2/HZSM-5双功能催化剂,采用XRD、N2物理吸附、H2-TPR等技术对催化剂的物相、结构特征及还原性进行了表征,考察了催化剂对CO2加氢直接合成二甲醚(DME)反应的催化性能。实验结果表明,所有前体试样均具有结晶相为Cu3Zn3Al2(OH)16·4H2O的水滑石结构,Zr O2的加入改善了催化剂的还原性和活性,DME合成速率主要取决于甲醇的合成速率。在533 K、3.0 MPa、n(H2)∶n(CO2)=3∶1、GHSV=2 400 h-1的反应条件下,当n(Zr O2)∶n(Al2O3+Zr O2)=0.10时,催化剂的反应性能最佳,CO2转化率达25.87%,DME选择性达48.15%;反应30 h后,催化剂仍表现出较高的活性及稳定性。

银表面等离子体效应增强TiO_2纳米管阵列光解水制氢

采用阳极氧化法制备得到TiO2纳米管阵列(TiO2-NTA),同时借助光化学还原法将纳米Ag颗粒沉积于TiO2-NTA表面(Ag/TiO2-NTA)。利用X射线衍射(XRD)、紫外-可见吸收光谱(UV-vis)、扫描电镜(SEM)对样品的晶型、光响应性能、表面形貌等进行了表征。分析结果表明,TiO2-NTA管径约为150nm,壁厚约为20nm,纳米Ag颗粒以单质形态分散于TiO2-NTA表面,其等离子体效应可以有效促进TiO2-NTA对可见光的吸收,共振吸收波长位于420nm。光解水制氢实验结果表明,Ag/TiO2-NTA的光催化活性高于纯的TiO2-NTA,前者约为后者的2.3倍。

CO_2加氢一步合成二甲醚催化剂的研究进展

针对CO2加氢一步合成二甲醚催化剂的活性载体、助剂、沉淀剂及沉淀次序、焙烧温度和制备方法等对中间产物甲醇合成的影响进行了综述,介绍了甲醇脱水催化剂组分的研究现状,并对催化剂的失活原因进行了分析,同时阐述了甲醇合成与甲醇脱水复合结构催化剂的研究趋势,最后提出了高效催化剂的研究开发思路。

溶剂热法制备石墨型氮化碳及其降解苯酚研究

为有效地制备石墨型氮化碳(g-C_3N_4),对溶剂热法制备g-C_3N_4的影响因素进行了比较,并对g-C_3N_4降解苯酚的性能和机理做了初步研究。结果表明:反应物及溶剂种类对g-C_3N_4制备的影响较为明显;在以三聚氰氯和叠氮钠为反应物,以四氯化碳为溶剂,容积率为50%,以1.0℃·min^(-1)的升温速率将反应温度升至250℃,在水热合成釜中保温12h的工艺条件下,制备的g-C_3N_4晶型较好,在280~450nm范围内对紫外可见光的吸收较好,对苯酚的降解能力也较强,降解率达72.8%。该工艺具有潜在的应用价值。

新型非稀土上转换发光材料复合TiO_2光催化还原CO_2

采用水热法制备了一种新型非稀土上转换发光材料CaF_2:Na_xAl_yF_(x+3y)(0.3<x<0.5,0<y<0.1)。荧光光谱和时间分辨光谱分析表明,其能将575～630 nm的可见光转化为300～355 nm的紫外光,发光呈现一个上升和衰减过程,衰减自15 ms开始,磷光寿命大于18.0 ms。采用超声和退火处理将Degussa P25纳米TiO_2与CaF_2:Na_xAl_yF_(x+3y)复合形成上转换光催化剂TiO_2/CaF_2:Na_xAl_yF_(x+3y)。通过扫描电镜(SEM)对其表面形貌进行了观察,结合X射线衍射(XRD)和荧光光谱分析对样品组成及发光机理进行了探讨。光催化还原CO_2实验结果表明,该非稀土上转换发光材料可使TiO_2产生可见光λ>515 nm催化活性,能有效拓展TiO_2光响应范围。最后,提出了TiO_2/CaF_2:Na_xAl_yF_(x+3y)光催化还原CO_2的反应原理。

模板法合成g-C_3N_4光催化降解甲基橙研究

g-C_3N_4具有2.7 eV的禁带宽度、光能利用率高、对热和化学稳定性好、原料廉价易得,合成简单可靠等特点而被认为是较好的光催化剂之一,以g-C_3N_4为催化剂利用太阳能降解污染物对解决环境问题具有重要意义。本文以SBA-15为模板通过热分解制备g-C_3N_4,并采用X射线衍射分析、X射线光电子能谱、紫外-可见漫反射光谱、荧光光谱等对其进行了表征,并选用偶氮染料甲基橙为目标污染物来衡量g-C_3N_4降解有机物污染物的能力。结果发现,模板法能成功制备g-C_3N_4,使用经过4h光催化反应后,MO降解率可达到72%,说明该g-C_3N_4具有较强的降解有机物污染物能力,具有潜在的应用价值。

g-C3N4/Ag/Ag3PO4复合物的制备及其光催化性能

采用煅烧-沉积-光照还原法制备了g-C3N4/Ag/Ag3PO4复合材料(CAA)利用XRD、FT-IR、SEM、TEM、UVVis、XPS和PL等对其进行表征。在模拟太阳光下,CAA光催化降解亚甲基蓝(MB)和清除氮氧化物(NOx)的性能显著优于Ag/Ag3PO4和g-C3N4最优的CAA10在10min内的MB降解率为99.49%、NOx清除率为63.11%。结果表明,Z机制耦合银纳米粒子的局域表面等离子体共振效应是复合材料光催化性能增强的主要原因。