庆祝郑州大学化工与能源学院建院60周年专刊

郑州大学化工与能源学院始建于1958年,原为化工部所属郑州工学院化工系。1958年由原大连理工大学及天津大学化学工程系援建。学院坚持以学科建设为龙头,以素质教育为中心,研究生教育和本科生教育并重,走产、学、研一体化的办学道路,逐步形成了协作、奉献、求是、创新的良好院风和务实、高效、协调、规范的工作准则。六十年来,学院共为党和国家培养了各类高等工程技术人员近2万名。

产科教融合的跨学科化工创新人才培养

针对当前化工行业跨学科创新人才培养的问题,从构建跨学科课程体系,打造多元化实践教学平台,加强校企合作等方面,论述了产科教融合模式下跨学科化工创新人才的培养方法。提出了基于产科教融合模式的跨学科化工创新人才培养策略。

河南省化工产业集聚区绿色发展研究

结合河南省现代化工产业发展现状以及“十四五”期间国家和河南省对化工行业发展所提出的要求,对河南省濮阳、济源、焦作、沁阳、鹤壁宝山、永城6个现代化工产业集聚区进行调研。分析了“双碳”目标下河南化工产业集聚区绿色发展存在的问题及对策,并提出了发展建议。以市场需求和国家产业政策为导向,结构调整和产业升级为主线,科技创新为动力,技术改造为手段,推动化工产业集聚区绿色高质量发展。

化工热力学线上线下混合式教学改革与实践

针对化工热力学课程理论性强和概念抽象,学生学习难度大,畏难心理严重等教学挑战,诸措并举,开展了融合课程思政的线上线下混合式教学改革。经过多年实践,课程教学效果显著提升,荣获国家级一流本科课程等系列荣誉。

化工设计及设计软件课程思政建设探索与实践

打破传统单一的课程模式,将工匠精神、工程伦理意识、民族自豪感和使命感等思政元素与专业知识深度结合,以课赛融合、SPOC课程、翻转课堂、产教结合、企业导师进课堂等多元化教学方式来推动课程思政的实践,在潜移默化中提升学生的价值观,实现育人和育才相统一,有效落实立德树人的根本任务。

石化和化工行业CO_(2)排放量预测及情景分析

为了摸清江苏省徐州市石化和化工行业CO_(2)排放量情况,采用TAPIO脱钩模型分析了徐州市石化和化工行业CO_(2)排放量与经济增长之间的关系,借助STIRPAT模型选取城镇化率、碳排放强度和能源强度等6个变量构建了徐州市石化和化工行业CO_(2)排放量预测模型,分析预测了2023-2030年不同情景下CO_(2)排放量情况.结果表明:1995-2022年徐州市石化和化工行业CO_(2)排放量处于52.83~1224.99万t.其中,化学原料及化学制品制造业和石油煤炭及其燃料加工业CO_(2)排放总量占石化和化工行业CO_(2)排放总量的81.38%~98.20%.徐州市经济发展与石化和化工行业CO_(2)排放量的脱钩状态主要经历两个阶段:第一阶段以扩张负脱钩为主,表现为粗放型经济发展模式;第二阶段以强脱钩为主,表现为高质量经济发展模式.基准情景下,徐州市石化和化工行业2030年CO_(2)排放量为631.96万t,低碳情景下,2030年CO_(2)排放量为507.81万t,强化低碳情景下,2030年CO_(2)排放量为412.36万t.同时,指出了徐州市石化和化工行业CO_(2)减排路径可立足于区域政策调控、能源结构优化、化工产品和技术升级等方面.

离子液体在石油化工与能源领域中的应用

本文对近年来离子液体在石油、天然气化工与能源领域的应用进行了综述。主要介绍了在离子液体体系中天然气脱除二氧化碳、汽油脱硫、二氧化碳的活化、烃类化合物的加氢、羰化、氧化、齐聚以及Friedel-Crafts烷基化与酰基化反应的研究进展。

构建化工与能源跨学科实验平台

该文以化工与能源两个大学科为平台,分析实验教学过程中的第一手资料,研究了多学科专业基础实验、专业实验之间的联系,对实验仪器设备等硬件资源在管理。

煤化工废水除氟及尾水脱氮除磷性能

为了实现将水体中F-浓度降至1mg/L以下的目标,采用多步除氟法,优化药剂投加顺序及剂量控制成本.对除氟尾水进行脱氮除磷处理,并利用16S rRNA高通量测序技术分析微生物群落结构.结果表明,在最优除氟方案下能将F-浓度从119.73~138.56mg/L降至0.33mg/L,除氟成本为6.13元/t.除氟尾水的硝化和反硝化负荷分别达到0.12和0.13kg/(m^(3)⋅d).硝化过程从批次八实现稳定的短程硝化,平均亚硝酸盐积累率(NAR)>80%,这由前期游离氨(FA)抑制和后期游离亚硝酸(FNA)抑制造成.脱氮过程中观察到反硝化除磷作用,磷的吸收率可达到84.10%~89.75%.高通量测序结果表明,经过20个批次的驯化,污泥微生物群落结构发生显著变化.驯化污泥中好氧反硝化菌(Paracoccus和Pseudomonas)、异养反硝化菌(Flavobacterium和Thauera)和反硝化聚磷菌(Paracoccus、Pseudomonas和Thauera)得到富集.

工程教育专业认证背景下环境科学专业化工原理实验教学改革与实践

根据工程教育专业认证的新标准和新要求,对环境科学专业化工原理实验课程教学进行了改革和实践。重新调整设置课程目标,提出目标达成的途径与措施,创新考核评价方式,全面分析课程达成度和教学结果,并对教学改革的效果进行了分析和反思。化工原理实验课程教学改革有利于培养学生的科学素质和团队协作精神,提高学生的动手能力、实验研究能力和创新能力。

化工过程开发人员的创新思维培养

随着社会的发展,化工过程开发人员在具备化工专业技能的基础上还要具备创新思维。因此,我国在化工过程开发人员的培训中,要注重创新思维的培养,来推动化工产业升级转型,增强化工产业在市场中的竞争力。本文首先阐述了化工过程开发人员创新思维培养的重要性,然后分析了化工过程开发人员创新思维培养的对策。

新工科背景下化工专业化工设备机械基础课程建设探索

围绕新工科背景下化工专业化工设备机械基础的课程特点,从新工科的概念和定义出发概述其现阶段存在问题,着力对化工设备机械基础课程建设进行了探究,突出化工特色。

植物油基聚氨酯包膜肥料研究进展

缓释肥包膜材料采用的聚氨酯主要由石油基原料制备,由于石油基聚氨酯成本高、环境风险较大,近年来逐渐被生物基聚氨酯所取代。在众多的生物基材料中,植物油因价格低廉、来源广泛、无毒性、可生物降解等特点,成为缓控释肥料膜材的研究热点。本文分别综述了植物油基多元醇的制备方法,植物油基聚氨酯包膜的分类,植物油基聚氨酯包膜肥料的改性及应用。环氧开环、酯交换反应、氨解法、加氢甲酰化以及臭氧氧化还原是植物油改性制备植物油基多元醇的常用技术手段。丙烯酸酯、环氧树脂、有机硅、氟改性、纳米材料等是植物油基聚氨酯包膜材料改性的常用原料,试验证明植物油基聚氨酯包膜肥料具有减少氨挥发、氮淋溶,提高氮素利用效率的作用。如何提高植物油基聚氨酯交联密度、降低生产成本、深入揭示缓释机理以及扩大在大田试验的应用场景将是今后研究的重点。

磷矿资源绿色全量利用技术研究现状及突破思路

磷矿是一种战略性、不可再生的矿产资源。介绍了世界及我国磷矿资源的概况,指出了我国磷矿资源利用中存在的主要问题;从磷矿加工技术、磷矿加工副产物资源(如黄磷渣、磷尾矿、萃余酸、淤渣酸、磷石膏)的高效利用、磷矿伴生资源综合利用等3方面阐述了磷矿资源绿色全量利用技术的研究现状,并提出了磷矿资源绿色全量利用的突破思路。

磷石膏配料碳热熔融还原硫逸出及熔渣物相分析

基于配料计算在磷石膏中添加硅、铝、镁等,使其渣系满足矿渣棉生产对酸度系数、氢离子指数、黏度系数的要求。通过热重分析、熔融特性的测定及高温还原焙烧/熔融实验,探究了磷石膏配料在高温还原过程中硫逸出及熔渣的物相结构。结果表明:碳的加入可以促进磷石膏分解,加入量以n(C)/n(S)=0.5为宜;还原剂(石墨、无烟煤、焦炭)及配料的加入均可以降低磷石膏体系的熔融特征温度,CaO-MgO-SiO_(2)-Al2O_(3)四元相图计算表明配料体系在1255.73℃时形成最低共熔点。磷石膏及其配料在高温焙烧过程中的物相演变规律表明,CaS为CaSO_(4)还原过程的中间产物,配料中加入的SiO_(2)可结合更多的CaO促进CaS和CaSO_(4)反应的进行。还原熔融实验表明,n(C)/n(S)对熔渣硫含量及体系脱硫率影响较大。以焦炭为还原剂,磷石膏配料的酸度系数Mk=1.4、pH=4.85、n(C)/n(S)为0.5时,采用刚玉坩埚在1450℃下高温熔融20min后,脱硫率可达99.05%,硫高效逸出的同时形成的熔渣呈非晶态,具有良好的玻璃相结构。

液相剥离法高效制备石墨烯的研究进展

石墨烯是一种具有优良物理化学性质的二维纳米材料,广泛应用于电池、催化、传感器、印刷、生物医药等领域。然而,石墨烯及其衍生产品的应用与发展面临着巨大挑战——低成本、高品质、规模化生产。本文综述了液相剥离法高效制备石墨烯的研究进展,重点探讨了电化学插层法、溶剂插层法、高温膨胀法和微波膨胀法等液相剥离的前处理方法原理以及对石墨烯剥离效果的影响;分析了水基溶剂、有机溶剂和混合溶剂等剥离溶剂的优缺点与选取原则;对比了超声、高剪切和微通道等过程强化设备的剥离原理和优缺点;简述了离心分离的后处理方法以及分离效果;最后对液相剥离法宏量制备石墨烯的发展趋势进行了展望:通过结合人工智能等方法进行多目标优化,开发无残留的功能化插层剂并匹配温和快速的膨胀方法,寻找低毒、低沸点、高分散的溶剂体系,精确调控液相剥离设备作用机理,设计连续化梯级离心设备,实现液相剥离制备石墨烯的连续化、规模化、低成本快速制备。

磷尾矿综合利用现状及研究进展

中国磷矿资源丰富,但多为中低品位磷矿,需要选矿才能用于化工生产。磷尾矿是磷矿石经选矿产生的磷含量较低的固体废弃物,可以看作中低品位磷尾矿,主要由氧化钙、氧化镁、五氧化二磷、二氧化硅组成,有极大的综合利用潜力。针对磷尾矿的结构、组成成分、物理化学性质综述了磷尾矿综合利用现状及研究进展,详细阐述了磷尾矿在矿区填充、浸取钙镁等有价元素、再选回收磷元素,以及农业、建筑、环保等方面的应用。分析了磷尾矿综合利用过程中面临的问题并对其发展前景进行展望。指出开发新型环保高效的磷尾矿综合利用工艺是磷尾矿利用的发展方向,是磷化工企业和社会的共同需要,符合资源绿色高效利用和可持续发展的基本国策。

Fe^(3+)对细粒菱锌矿和方解石分散行为的影响

方解石矿泥的覆盖和高价金属阳离子的存在是影响粒径−20μm细粒菱锌矿浮选效果的关键因素,两者通过改变菱锌矿的表面性质而恶化其分散性和浮选环境。本文选择菱锌矿浮选中常见的Fe^(3+)为研究对象,通过吸附试验、Zeta电位、XPS分析,DLVO理论计算等考察Fe^(3+)对菱锌矿和方解石的分散行为规律和作用机理。结果表明:两种矿物对Fe^(3+)的吸附行为基本一致,但Fe^(3+)对菱锌矿分散行为的影响程度大于Fe^(3+)对方解石分散行为的影响。当Fe^(3+)浓度为5×10^(−4)mol/L时,菱锌矿分散行为被完全破坏。溶液化学及DLVO理论计算结果表明,Fe^(3+)吸附在矿物表面形成了羟基络合物或Fe(OH)3,导致菱锌矿颗粒间作用力小于方解石的,这是Fe^(3+)破坏菱锌矿分散行为、影响粒径−20μm细粒菱锌矿浮选的主要原因。

石膏基复合相变储能材料的研究进展

建筑能耗、工业能耗和交通能耗是能源消耗的主要方式。其中,建筑能耗约占能源消耗的40%,建筑能耗的持续上升会增加碳排放和加速化石能源的消耗,因此,如何提升建筑材料的保温节能性能逐渐成为建筑材料领域的研究热点。储热技术不仅可以降低建筑能耗,还可以减少环境污染。相变储能材料具有优异的储放热能力,是实现热能储存以及温度控制的重要技术手段,在建筑节能领域具有广阔的应用前景。该文主要综述了石膏基相变储能材料的研究进展;根据石膏基相变材料的不同,分析归纳了石膏基有机相变材料和石膏基复合相变材料;介绍了浸渍法、多孔材料吸附法、微胶囊法等制备石膏基复合相变储能材料的方法和机理及影响石膏基相变储能材料的因素;展望了石膏基相变储能材料的研究方向。

有机硅烷对介孔Y型分子筛理化特性及费托性能影响研究

为了合成对汽油段、柴油段产物有高选择性的催化剂载体,以多种有机硅烷为模板剂原位合成了高结晶度介孔Y型分子筛,考察了硅烷剂浓度以及有机硅烷剂中的取代基对Y型分子筛性能的影响,并以合成的介孔分子筛为载体通过浸渍法负载钴制备了催化剂,考察了催化剂的费托反应性能;采用X射线衍射、比表面积测试、扫描电子显微镜等测试手段分析了介孔分子筛及催化剂的物性特征,分别使用气相色谱质谱联用仪、气相色谱对反应产物进行了定性和定量分析。结果表明:有机硅烷剂中的硅与硅凝胶中的硅摩尔比为1∶30时达到饱和,继续提高硅烷剂浓度将导致分子筛结晶度下降,且大量的微孔损失,粒径明显减小。通过改变有机硅烷剂的取代基链长,分子筛的平均介孔尺寸可在4.9~9.0 nm进行调控。极性有机硅烷剂更有利于合成高结晶度与大比表面积的介孔分子筛,其中最大比表面积达到683.7 m^(2)/g,且相较于相同链长的非极性有机硅烷剂合成的分子筛其微孔孔容增加了约30%,而介孔孔容几乎相同。在以合成气为原料气的费托合成实验中,极性有机硅烷剂合成的分子筛催化剂对柴油段C_(10-20)产物具有较高选择性,最高达31.1%;非极性有机硅烷剂合成的分子筛催化剂对汽油段C_(5-12)产物具有较高选择性,最高达39.7%。