电分析化学毕业论文

电分析化学毕业论文

　　化学是重要的基础科学之一，是一门以实验为基础的学科，在与物理学、生物学、地理学、天文学等学科的相互渗透中，得到了迅速的发展，也推动了其他学科和技术的发展。下文是我为大家搜集整理的关于大学化学毕业论文的内容，欢迎大家阅读参考!
　　大学化学毕业论文篇1
　　浅议化学氧化改性对碳毡空气阴极表面特征的影响

　　微生物燃料电池(MFC)是一种可以将废水中有机物的化学能转化为电能同时处理废水的新型电化学装置。但输出功率低、运行费用高且性能不稳定等严重制约了MFC的实际应用。影响MFC性能的主要因素有产电微生物、阴极催化剂、电极材料、反应器构型及运行参数等。其中，阴极是影响MFC性能及运行成本的重要因素。目前，有学者通过筛选电极材料及对电极材料进行改性来提高MFC性能和降低成本，效果较为显着。因此，笔者采用HNO3氧化碳毡，制作改性碳毡空气阴极，研究化学氧化改性对碳毡空气阴极表面特征的影响;并通过循环伏安测试，考察改性后碳毡阴极的稳定性。

　　1材料与方法

　　1.1试验装置及材料

　　采用连续流运行方式，试验装置主体是由有机玻璃制成的圆柱体，中间阳极室有效容积为36mL(内径为2cm，高为11.5cm)，为确保阳极室的厌氧环境，用密封柱密封。阴极在阳极室外侧壁围绕。装置总容积为3.92L，密封盖上有阳极孔、阴极孔及检测孔，以便用铜导线、鳄鱼夹来连接外电路，外接1000Ω电阻作为负载。进水口设计在底部中央，制备成无膜上升流式反应器。阳极是直径为1cm的碳棒，阴极是厚度为3cm的碳毡，输出电压由万用表采集。

　　1.2原水水质及运行参数

　　垃圾渗滤液取自沈阳市老虎冲垃圾填埋场的集水井，其水质如表1所示。接种微生物为取自UASB反应器中的厌氧颗粒污泥，接种量为25mL。启动期的进水流量控制在30mL/h，COD约为500mg/L。稳定运行后进水流量逐步提升到90mL/h，COD提升到1500mg/L。

　　装置在32℃下恒温运行。MFC接种厌氧污泥后，先用COD为1000mg/L的垃圾渗滤液驯化一个周期，使阳极的产电微生物成功挂膜，MFC运行稳定后，再以COD为1500mg/L的垃圾渗滤液作为阳极进水。

　　1.3改性碳毡空气阴极的制备

　　阴极预处理：将碳毡剪成所需尺寸，然后浸泡在1mol/L的盐酸溶液中，目的是去除碳毡中的杂质离子，24h后取出，用去离子水反复清洗直至清洗液为中性，放入105℃烘箱中干燥2h。

　　碳毡改性：将预处理过的碳毡浸入65%～68%的浓硝酸中，用水浴加热至75℃，处理不同时间后取出并用蒸馏水反复清洗直至清洗液为中性，放入105℃烘箱中干燥2h。

　　催化剂吸附：将经改性后的碳毡放入Fe/C催化剂溶液(硝酸铁浓度为0.25mol/L，活性炭粉为1g)中，于磁力搅拌器上搅拌30min，然后取出碳毡放入105℃烘箱中烘干。

　　1.4分析项目和方法

　　外电阻R通过可调电阻箱控制，电压由万用表直接读取，功率密度P通过公式P=U2/RV计算得到，其中U为电池电压，V为阳极室体积。

　　表观内阻采用稳态放电法测定。

　　循环伏安测试以饱和甘汞电极作为参比电极，采用传统三电极体系，电化学工作站为EC705型。

　　电极电导率采用伏特计测定，COD采用快速密闭消解法测定，NH+4-N采用纳氏试剂光度法测定。

　　2结果与讨论

　　2.1改性时间对催化剂担载量的影响

　　电极表面催化剂担载量是影响电极性能的直接因素，而化学改性将影响电极吸附催化剂的担载量(如表2所示)。碳毡经过HNO3化学氧化处理不同时间后，其质量均出现一定程度的减少，且随着处理时间的增加，单位质量碳毡减少量也逐步增加，同时，单位质量碳毡所吸附催化剂的量也增加。这是由于HNO3的氧化作用使碳毡结构发生了变化，表面沟壑加深加密，粗糙度和表面积增加。同时碳毡表面的H+易被催化剂Fe3+取代，也有利于阴极催化剂的吸附。

　　2.2化学改性时间对电导率的影响

　　电极电导率是表征电极性能的重要参数之一。考察了碳毡空气阴极化学改性时间对其电导率的影响，

　　经改性后碳毡空气阴极的电导率明显提高，且随着处理时间的增加，电导率升高，当化学改性时间达到6h后，电导率趋于稳定。

　　这是因为碳毡具有石墨层状结构，层与层之间主要是以范德华力相结合，故层间较易引入其他分子、原子或离子而形成层间化合物。应用HNO3处理碳毡时，HNO3分子嵌入层间，同时吸引石墨电子，使其内部空穴增多，因此大大提高了碳毡的电导率。当碳毡层间嵌入的HNO3分子达到饱和时，将不再影响碳毡的电导率。

　　2.3改性时间对MFC电化学性能的影响

　　2.3.1对产电性能的影响

　　分别选取经HNO3氧化0、2、4、6、8、10h的碳毡制备碳毡空气阴极，并以石墨棒为阳极，垃圾渗滤液为燃料构建MFC，进行产电试验。极化曲线斜率和功率密度是表征MFC产电性能的两个重要参数，因此，通过测定输出电压和电流等参数，分别得到极化曲线和功率密度曲线。整个试验过程保持进水流量为120mL/h，反应温度为32℃。经HNO3改性的碳毡空气阴极MFC的极化都经历了活化极化、欧姆极化和浓度极化三个阶段。随着HNO3改性时间的延长，活化极化、欧姆极化和浓度极化损耗逐渐减小，电池的极化曲线斜率逐渐减小，即表观内阻逐渐降低;当改性时间为6h时，极化曲线斜率达到最小，表明此时表观内阻最小(358Ω)。之后，随改性时间的增加，极化曲线斜率增大，即表观内阻增大。

　　随着处理时间的增加，电池的功率密度同样经历了一个先增高再降低的过程，与图2的规律基本一致。其中当处理时间为6h时，电池的产电性能最好，最大功率密度达到6265.67mW/m3，较未经HNO3处理的MFC的最大功率密度(1838.46mW/m3)增大了2.4倍。由此可知，通过HNO3化学氧化改性碳毡空气阴极是改善MFC产电性能的有效方式之一。

　　2.3.2对CV曲线的影响

　　循环伏安法(CV)是表征MFC放电容量的重要方法之一。化学改性碳毡空气阴极MFC的CV曲线如图4所示。其中，扫描速度为50mV/s，扫描范围为-1～1V。扫描曲线以下的积分面积代表了电池的放电容量。由此可知，随着处理时间的增加，放电容量先增加后减小，化学氧化时间为6h时，构建的MFC放电容量最大，即MFC性能最好。综上所述，HNO3化学氧化碳毡空气阴极的最佳时间为6h。

　　2.4MFC的产电除污稳定性

　　2.4.1产电性能稳定性

　　对经HNO3化学氧化处理6h的碳毡空气阴极MFC进行了CV测试，共进行了21次循环扫描，结果表明：随着循环次数的增加，曲线形状几乎没有改变，第1、6、11、16、21次的循环伏安曲线基本重合，面积近乎恒定，即放电容量几乎没有变化，说明电池性能比较稳定，能够长期稳定运行。

　　在其他条件不变的情况下，采用经HNO3氧化6h的碳毡作为阴极，保持进水流量为120mL/h，外接1000Ω电阻持续运行14d，每天记录输出电压。

　　在最初的3d内，输出电压从62mV增加到483mV，第4天达到最大为492mV，接下来的一周则稳定在470mV左右。随着运行时间的增加，电压略有下降，这可能是阳极室溶液的不断流动，冲刷阳极，带出一定量产电菌同时增加了电池的内阻所致，但总体上电池的运行比较稳定。

　　2.4.2除污性能稳定性

　　采用经HNO3化学氧化6h的碳毡作为阴极、石墨棒作为阳极、外接1000Ω电阻的MFC，以连续流方式处理垃圾渗滤液。试验过程中原水COD为(2376±200)mg/L，NH+4-N为(151±10)mg/L，保持进水流量为120mL/h、温度为32℃，反应初期(1～5d)，出水COD浓度急剧下降，之后出水COD浓度逐渐趋于稳定。

　　COD由初始的(2376±200)mg/L降到(238±15)mg/L，去除率达到89.9%～91.2%，高于谢珊等采用两瓶型MFC处理垃圾渗滤液对COD的去除率(78.3%)。而氨氮则由初始的(151±10)mg/L降到(86±5)mg/L，去除率达到39.3%～46.8%。去除的氨氮中部分以NH+4形式随水流进入阴极室，在阴极室扩散到空气中或转化为其他形式的氮，部分在阳极室作为电子供体被氧化。He等的研究也证实了氨氮可以作为MFC的燃料。

　　3结论

　　①碳毡空气阴极吸附的催化剂量随着HNO3化学氧化碳毡时间的增加而增加，但是过量的催化剂不但不能促进反应，反而会增加电池内阻从而降低电池产电性能。碳毡空气阴极电导率随着HNO3化学氧化碳毡时间的增加而增加，并逐渐趋于稳定。

　　②随着HNO3化学氧化碳毡时间的增加，碳毡空气阴极MFC的功率密度、放电容量呈现先升高后降低的趋势，而极化曲线斜率呈现先降低后升高的趋势。

　　③HNO3化学氧化碳毡的最佳时间为6h。阴极改性6h后电池产电性能较稳定，最大功率密度比未改性增大2.4倍，达到了6265.67mW/m3，内阻降低到358Ω。

　　④阴极改性6h后的MFC处理垃圾渗滤液的性能稳定。当进水COD为(2376±200)mg/L、NH+4-N为(151±10)mg/L时，对两者的去除率分别为(89.9%～91.2%)和(39.3%～46.8%)。

　　参考文献：

　　[1]布鲁斯·洛根。微生物燃料电池[M].北京：化学工业出版社，2009.

　　[2]FomeroJJ，RosenbaumM，CottaMA，ialfuelcellperformancewithapressurizedcathodechamber[J].EnvironSciTechnol，2008，42(22)：8578-8584.

　　[3]李明，邵林广，梁鹏，等。集电方式对填料型微生物燃料电池性能的影响[J].中国给水排水，2013，29(9)：24-28.
　　大学化学毕业论文篇2
　　浅谈化学分子力学对建筑建材选用的影响

　　引言

　　化学的应用给人类文明带来了翻天覆地的变化，在建筑领域，基于化学基础上的新型建筑建材的开发和利用提高了建筑的质量及建筑的安全性、稳定性、美观性等，是现代建筑研究的重要话题。此外，随着地球资源的日益紧张，环境污染的日益严峻，现代建材的研究和应用更为人们所重视，基于化学分子力学对建筑建材的选择和应用途径也日趋广泛。

　　1 建筑建材的选择和应用

　　1.1 现代建筑建材选择和应用的现状

　　伴随着人类文明的发展，建筑建材的生产工艺日益改进，生产技术的现代化，实现了建筑建材生产的智能化、自动化，各类建筑材料在科技发展的影响下不断优化。例如，混凝土的应用，它不仅是一种建筑材料，更具有装饰等作用。如利用混凝土砌块装饰建筑物墙壁，不但具有一定的美观性，还具有保温、隔热等效果。在高分子化学建材应用上，国外的发展要优于国内，例如塑料地板、高分子防水卷材等高分子化学建材最早出现与国际市场，被一些发达国家广泛应用。当前，建筑建材的选择和应用趋于高科技、多功能化，人们对建筑建材的性能、装饰效果、环保作用等有了更高要求。例如，涂料的选择，功能多、污染小、性能高、装饰效果强的材料更受欢迎。总之，人们对建筑建材的选择已由传统的实用性，转向了性价比高、性能好、低碳环保、功能多等多元方向。

　　1.2 新型化学建筑材料

　　新型化学建筑建材能赋予建筑新功能，在节约能源、优化环境等方面也有突出表现。例如建筑物墙体，可选择非粘土砖、建筑墙体板材、钢结构、玻璃结构等，其性能明显优于传统墙体。如玻璃结构，透光性好、装饰性强，给人以时尚、美观、大气之感。同时，新型化学建筑建材的多样性，使其具备更广泛的功能。例如塑料，新型塑料门窗，不仅美观、轻便、易安装，还具有很好的隔热性、耐腐性等; 又如新型的塑料管材，不但克服可传统管材的易腐蚀、易生锈、易老化等缺点，还具质轻、易安装、无污染等特点，极适合现代建筑环境; 再如塑料地板，节省原料，运输、施工方便，能带给人更好的舒适，具有良好的装饰效果好，是现代建筑建材的“新宠”。此外，混凝土、涂料等，在化学发展的影响下也具有更多、更广泛的用途，例如涂料的防水、防火、防毒、杀虫、隔音、保温等作用。

　　1.3 建筑建材的选择和应用原则

　　建筑建材的选择首先要满足应用需求，确保建筑建材选择的应用性能，确保其应用方便、应用安全和应用效果。其次，考虑建筑建材的美观性，建筑不是把好的东西堆积起来，而是一种艺术的创造与实践。

　　再次，充分考虑建筑建材的性价比，确保建筑工程的综合效益。在选择建筑建材时，先对建筑建材的特点、性能进行充分的了解，结合建筑需求，科学的选择适当的建筑建材。再对建筑建材的使用环境、使用目标进行综合的分析和研究，确保建筑建材应用的效果和性能，提高建筑物的功能性、美观性。最后，要全面认知建筑建材的应用工艺，确保建筑建材性能的发挥。例如混凝土，不但要了解各种混凝土的特点、配置比例等，还要重视其混合工艺，确保混凝土能到达理想的建筑效果。因此，建筑建材的选择是需要非常慎重的，而且需要遵循必要的应用原则。

　　2 化学分子力学对建筑建材的选择和应用的影响

　　新型建筑建材种类繁多、功能齐全。例如涂料，有有机水性涂料、溶剂类涂料等，在应用上也有较大区别。新型涂料应用化学知识，使涂料具有低污染、高性能、隔热、防火等多种功能，在材料选择时，要充分考虑建筑建材的应用目的，以达到工程施工的最大效益。又如保温隔热材料，现在常用的有玻璃棉、泡沫塑料等，这些材料的选择和应用与化学分子力学息息相关。以混凝土为例，要选择高性能的混凝土，首先，要了解混凝土的特点，它是一种由水泥、砂石、水、胶凝材料等按一定比例混合而成的复合材料。在材料的选择与应用中，必须认清其复合材料性质和各种混合比例，同时掌握混凝土的搅拌、成型、养护等等。

　　其次，在混凝土基本特点基础上，科学认知混凝土的集中搅拌特点，科学搭配各种材料比例，确保建筑建材的工作性、效益性和性价比。再次，在实践中结合理论科学的进行建筑建材的选择和应用。如通常情况下，建筑中会使用硅酸盐水泥，在该类建筑建材的选择上，不能单方面的考虑某一方面，要综合考虑，全面了解、可选选择。例如，在配置C40 以下的流态混泥土时，选择 42. 5Mpa 普硅水泥就不太合适，应结合应用需求，选择 32. 5Mpa 普硅水泥，避免选择的盲目性带来施工的不便。

　　此外，混凝土的选择要科学的利用化学知识，如相同标号的混凝土，要选择强度系数大，确保混凝土的耐久性; 相同强度的混凝土，则要选择需水量小的，降低水泥用量，确保水灰比例的科学性。同时，注重季节、气候等对于建筑建材化学性能的影响，如在混凝土配置中选择水泥，如在冬季施工则易采用 R 型硅酸盐水泥，搭配合适的掺料、外加剂等，确保混凝土性能。总之，化学丰富了现代建筑建材市场，为建筑提供了更多的选材机遇，而新型的建筑建材的使用一定要避开盲目性、跟风性，应在建筑目的的指导下，结合建筑建材性能，利用化学分子力学等知识，科学的、适当的对其进行选择和应用，以提高建筑建材的应用效果和应用价值。化学的分子力学，在建筑建材中应用非常广泛，基于建筑建材的化学分子力学应用，可以将建材的使用效率和使用效果做到最佳。总之，要充分利用化学分子力学的原理，在建筑建材中实现广泛的推广性使用，逐步加强对于化学原理的实际应用，从而达到推动行业发展的目的。

　　3 结语

　　高科技带来了建筑建材的高性能、多功能及轻便、美观等等。如玻璃材料钢化、夹丝、夹层等工艺不但提高了玻璃的安全性、抗压性，还对玻璃的隔音性、保温性等有很大的优化作用。随着化学工业的发展，越多的不可能变为可能，玻璃墙、塑料地板等，不断的丰富人类的建筑需求，提升建筑品味，使城市建设的风景更加多姿多彩。

　　参考文献

　　[1]辉宝琨。压力输送式预拌特种干混砂浆生产工艺选择[J].广东建材，2013( 9) .

　　[2]崔东霞，费治华，姚海婷等，粉煤灰与化学外加剂对高性能混凝土开裂性能的影响[J].混凝土与水泥制品，2011( 4) .
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改革开放以来，我国化工行业发展迅速，为国民经济发展做出了重要贡献。同时，我国化工行业经营环境也日趋复杂，面临的风险和安全隐患也越来越大。下面是我为大家推荐的化工类 毕业 论文，供大家参考。

化工类毕业论文 范文 一：化学工程学科集群分析

一、我国化学工程与技术专业学科集群现象

经过调查统计,我国共有100多所高校招有化学工程与技术专业硕士研究生,该专业研究方向过多,一个专业出现87个研究方向。研究方向的划分有的甚至是跨学科的。如化学工程与技术专业是属于工学的,应用化学专业是属于理学,可应用化学居然是化学工程与技术专业的一个研究方向。同属于一个研究方向,研究方向的名称也是多样化的,缺乏统一标准,如安徽大学、南昌大学的绿色化学工程,上海大学就称为绿色化学与工艺。为了解决上述问题,我们请教了化工领域的专家,给这87个研究方向做一个归类,分为9个大的方向(表1)。由表1可以发现我国化学工程与技术专业是存在学科集群现象的,表现在:专业的学科建设,已经不单是化学工程的问题,而涉及到了化学化工研究的所有领域,包括应用化学、环境化工、工业催化、资源与材料工程、新能源技术、生物工程与技术、过程系统工程、油气加工及石油化工等。我国化学工程与技术专业学科集群的力度较大,表现在:各个高校的研究方向基本上都比较多,如清华大学、中国矿业大学、北京工业大学、北京理工大学、华南理工大学、华东理工大学、上海大学等高校,其研究方向都是传统与现代并存,传统化学化工的研究方向所占比例较大,如化学工程,包含的研究方向较多。部分代表21世纪化学化工发展方向的研究方向,在很多学校都受到重视,如资源与材料工程,研究方向也比较多。

二、化学工程与技术专业学科集群的创新及竞争优势

本文选择山西省高校做研究,分析其师资力量情况,以分析化学工程与技术专业集群的创新及竞争优势。山西省作为我国化工3大生产基地,化学化工产业是山西省的支柱产业,化学化工专业是山西省高校、特别是工科院校的学科优势之一。选择山西大学、中北大学、太原理工大学的化学化工学院为样本(见表2),按照前文对学科集群的认识,这些学院都有9个以上相关专业和研究方向,已经形成了一定的学科集群规模。其中论文指该学院教师被SCI、EI、ISTP3大检索刊物收录的论文数。中北大学的数据包含了CA论文。山西大学的数据不包括ISTP论文。专著指该学院教师出版的学术专著数,不包括教材。项目及奖项指该学院教师申请的省部级以上项目、经费及省部级以上奖项。发明专利指:该学院教师申请并且授权的发明专利。3所高校的化学化工学院拥有一定数量的教授和博士生导师,博士学位的教师也占到了较大比例。3所学院教师的科研成果也较为可观,被3大检索刊物收录的论文数量较多,出版了一定数量的专著,申请了一定数量的国家自然科学基金项目。山西大学化学化工学院承担了国家自然科学基金的重大攻关项目,以及“863”项目,甚至获得了国家科技进步奖和国家技术发明奖二等奖各1项。中北大学化学与环境学院承担过“973”项目,获得过国家技术发明二等奖1项,三等奖2项,国防科学技术一等奖2项。中北大学和山西大学还拥有发明专利十几项。从师资力量来看,应该说学科集群让山西省高校化学化工领域的创新取得了一定的成就,使得山西省高校化学化工专业在全国具有了一定的竞争优势和影响力。

三、化学工程与技术专业学科集群的协同创新模式

山西大学至今已与国内20余所高校、科研院所建立了学术交流与合作关系;与日本岩手大学、香港浸会大学等国家和地区的高校及科研单位签订协议,开展交流。在校企合作方面,与山西三维集团股份有限公司、太原钢铁(集团)公司、天脊集团等大型企业,在产品研发、岗位培训等多方面进行了良好的合作。太原理工大学与山西化工研究所建立了山西省化学工程技术中心,还与山西焦化集团公司等6个企业建立了长期稳定的产学研合作关系。中北大学安全工程系与航天一院、航天三院、北京理工大学、南京理工大学、第二炮兵工程学院、西安近代化学研究所等科研机构和相关生产企业进行了卓有成效的科研项目合作。从产学研合作角度来看,三所高校都与国内外相关院校、科研院所和企业建立了良好的产学研合作关系。从企业合作的视角来看,在研发方面,与山西省的产业集群密切相关,合作领域主要为新能源技术、环境化工、生物工程与技术。3所高校的化学工程与技术学科集群与山西省的产业集群具有一定的协同关系,构建了学科集群与产业集群协同创新的模式,围绕着山西省的产业特色,为山西省地方经济服务。

四、我国化学工程与技术专业集群的路径

从以上3所高校的情况来看,基本上已经完成了单个高校某个学科的集群,在3所高校内部相关专业之间建立了学科集群,集群的方式是建立化学化工学院,统筹化学化工各个专业,从多学科、多专业、多研究方向的角度,进行学科集群。关于区域性学科集群,即单个高校与该高校所在地高校、研究所和企业之间的集群,3所高校都作出了一定的努力,也取得了一定的实效。集群的方式是产学研合作,与山西省高校、科研院所和企业建立合作关系,从而服务地方经济。关于跨区域性学科集群,即单个高校与该高校所在地之外高校、研究所和企业之间的集群,中北大学有一定的建树,却没有进一步深入。中北大学之所以能够有一定建树的原因是该校原来是部属院校,与其他部属院校具有一定的合作关系。因此,中北大学的跨区域学科集群,仅仅局限于与兄弟院校的合作,还没有进一步深入到与其他省份企业的合作上。

五、结论

第一,我国高校化学工程与技术专业有87个研究方向,扩散性较强,涉及到了化学化工的各个领域,表明该专业的建设具有学科集群现象,并且已经以建院的形式,完成了单个高校某个学科的集群。第二,学科集群有利于团队建设,从而能够产生一定的创新成果,与产业集群一样,使得高校学科建设具有一定的竞争优势和影响力。第三,学科集群与高校所在地产业集群存在一定的协同关系,也就是说,学科集群首先必须与高校所在地经济发展特色密切相关。只有这样,才能实现产学研结合,服务地方经济。第四,从学科集群的路径来看,单个高校某个学科的集群已经完成,区域性学科集群也具有了一定的规模,跨区域性学科集群还有待于进一步发展。当然,我们相信,在区域性学科集群发展到一定程度后,必然会走向跨区域性学科集群。

化工类毕业论文范文二：生物质化学人才培训思考

一、生物质化学工程人才的需求分析

能源是人类社会赖以生存和发展的基础。随着经济的飞速发展,我国能源消耗快速增长,已跃居世界第二大能源消费国。我国能源总量和人均占有量却严重不足,石油供需约缺口1亿吨,天然气供需约缺口400亿标准立方米。而且,由于清洁利用的技术难度较大,化石能源在使用过程中引发了诸多的环境问题。生物质能是第四大一次能源,又是唯一可存储和运输的可再生能源。发展生物质能将缓解能源紧缺的现状和减少化石能源造成的环境污染。我国幅员辽阔,又是农业大国,生物质资源十分丰富。据测算,我国目前可供开发利用的生物质能源约折合7.5亿吨标准煤。国家“十一五”发展规划明确提出“加快发展生物质能”。同时,随着化石资源日益枯竭,化学工业的原料也将逐步由石油等碳氢化合物向以生物质为代表的碳水化合物过渡。目前,世界各国纷纷把发展生物质经济作为可持续发展的重要战略之一。以生物质资源替代化石资源,转化为能源和化工原料的研究受到普遍重视。政府、科研机构和道化学、杜邦、中石油、中石化、中粮等大型企业争相研发和储备相关技术,并取得了一系列重大进展。海南正和生物能源公司、四川古杉油脂化工公司和龙岩卓越新能源发展有限公司,依托我国自主知识产权的生物柴油生产技术,相继建成规模超过万吨的生产线,产品达到了国外同类产品的质量标准,各项性能与0#轻质柴油相当,经济效益和社会效益俱佳。我国对以生物质为原料生产化学品(即生物基化学品)极为重视,已列入科技攻关的重点。例如,生物柴油生产过程中大量副产的甘油是一种极具吸引力的非化石来源的绿色化工基础原料。从甘油出发生产1,2-丙二醇、1,3-丙二醇和环氧氯丙烷等大宗化工产品,已经实现或接近产业化。新兴产业的发展,最根本的是靠科技的力量,最关键的是要大幅度提高自主创新能力,其核心是人才的竞争。浙江是经济大省和能源小省,能源资源低于全国平均水平,一次能源消费自给率仅为5%;而气候条件优越,是我国高产综合农业区,森林覆盖率达60%,生物质资源居全国前列。浙江省乃至全国的生物质能源产业和生物质化学工业的蓬勃发展,对生物质化学工程人才的需求十分迫切。

二、生物质化学工程人才的知识结构

生物质化学工程(专业)模块是一个新生事物,并未包含在《全国普通高等学校本科专业目录》之中。在《专业目录》中与之接近的是生物工程专业。生物工程专业培养掌握现代工业生物技术基础理论及其产业化的原理、技术 方法 、生物过程工程、工程设计和生物产品开发等知识与能力的高级专业人才。生物工程专业重点关注围绕生物技术进行的工程应用,而生物质化学工程重点关注通过化学工程技术(包括生物化工技术)对生物质资源进行加工利用的工业过程。可见,生物质化学工程(专业)模块与生物工程专业的人才培养目标和知识体系存在着明显差异,其人才培养模式仍处于探索之中。生物质的组织结构与常规化石资源相似,加工利用化石资源的化学工程技术无需做大的改动,即可应用于生物质资源。但是,生物质的种类繁多,分别具有不同的特点和属性,利用技术远比化石资源复杂与多样。可见,生物质化学工程人才必须具有扎实的化学工程基础,并熟悉各类生物质资源的特点、用途和转化利用方式。因此,浙江工业大学将生物质化学工程人才的培养目标定位为:既能把握和解决各种化工过程的共性问题,胜任化工、医药、环保和能源等多个领域的科学研究、工艺开发、装置设计和生产管理等工作;又能将化学工程的基础知识灵活运用于生物质资源的转化利用和生物质化工产品的生产开发等领域,胜任生物质能源和生物质化工等新兴行业的工作。

三、生物质化学工程人才培养的探索与实践

(一)组织高水平学术会议,营造人才培养氛围

2007年4月,浙江工业大学与中国工程院化工、冶金与材料工程学部和浙江省科技厅共同主办了“浙江省生物质能源与化工论坛”。中国工程院学部工作局李仁涵副局长分析了我国能源技术的发展状况,强调了发展生物质能需注意工艺过程的绿色化。浙江省科技厅寿剑刚副厅长介绍了浙江省能源消费状况和新能源技术研发动态,鼓励省内外的科技工作者为改善浙江省能源紧缺现状而努力工作。浙江工业大学党委书记汪晓村回顾了浙江工业大学的发展历程,介绍了浙江工业大学化学工程学科在生物质能源领域的科学研究特色和人才培养思路。浙江工业大学的计建炳教授和石油化工科学研究院的蒋福康教授主持了学术交流与讨论。闵恩泽、李大东、舒兴田、岑可法、沈寅初、汪燮卿等六位院士分别从我国发展生物能源的机遇与挑战、我国生物质能源产业发展状况、生物质燃料(清洁汽柴油、生物柴油)利用技术、生物柴油联生产物利用技术和以生物质为原料进行化工生产等几个方面进行了精辟论述。2009年4月,浙江工业大学承办了“中国工程院工程科技论坛第84场———生产生物质燃料的原料与技术”。浙江工业大学副校长马淳安教授在开幕式上致辞,介绍了浙江工业大学化学工程学科在生物质能源领域开展的科学研究和人才培养工作。浙江省可再生能源利用技术重大科技专项咨询专家组组长、浙江工业大学化工与材料学院生物质能源工程研究中心主任计建炳教授主持了学术交流与讨论。国家最高科学技术奖获得者、两院院士闵恩泽做了题为“21世纪崛起的生物柴油产业”的 报告 ,重点阐释了我国发展生物能源和生物质化工的机遇与挑战。在两次会议上,来自石油化工研究院、清华大学、浙江大学、浙江工业大学、浙江省农业科学院、中国林业科学研究院和中粮集团等单位的专家学者分别介绍了生物质原料植物的选育、生物质原料的收储运物流供应体系、生物质原料的梯级利用、生物质液体燃料的制取技术、生物柴油的生产实践及其副产物综合利用和生产生物柴油的反应器技术等方面的研究进展。会议期间,闵恩泽院士等人应邀参加了浙江工业大学化学工程与工艺专业建设暨生物质化学工程专业方向建设研讨会。闵恩泽院士指出,迈入21世纪以来,针对日趋严峻的能源危机和环境危机,国家高度重视能源替代战略的发展和部署,新能源代替传统能源、优势能源代替稀缺能源、可再生资源代替非可再生资源是大势所趋;因此,化学工程与工艺专业根据国家发展需求调整学科设置、进一步促进交叉学科的发展也势在必行。闵恩泽院士认为,在降低能耗和保护环境的时代背景下,生物质能源和生物质化工的产业发展为生物质化学工程人才提供了广阔的发展空间,生物质化学工程(专业)方向的建设思路符合当今化工产业的发展趋势。近距离接触学术泰斗,聆听专业领域的前沿进展,极大地激发了学生们的学习兴趣。通过组织高水平学术会议,浙江工业大学营造了培养生物质化学工程人才的良好氛围。

(二)理论与实验课程体系

根据人才培养目标定位,浙江工业大学将生物质化学工程(专业)模块的主干学科确定为化学工程与技术,针对生物质资源加工利用过程的特点,对化工原理、化学反应工程、化工热力学、化学工艺学、化工设计、分离工程和化工过程分析与合成等主干课程的教学内容进行了梳理。此外,增设了生物质化学与工艺学和生物质工程两门专业课程。生物质化学与工艺学重点讲授糖类、淀粉、油脂、纤维素、木质素、甲壳素、蛋白质、氨基酸等生物质的结构、性质、用途,以及加工转化为化工产品的生产工艺。生物质工程从原料工程学、转化过程工程学和产品工程学等角度出发,为学生讲授生物质资源转化利用过程中的工程原理、工程技术和生产实例。化学工程与工艺国家特色专业综合实验室在中央与地方共建高等学校共建专项资金的资助下,为生物质化学工程(专业)方向增设了酯交换法制备生物柴油和生物质热解制备生物原油两个实验,并在积极筹备开设生物柴油品质测定、淀粉基两性天然高分子改性絮凝剂的制备和易降解型纤维素-聚乙烯复合材料的制备等实验。

(三)实习、实践和毕业环节

生物质化学工程模块依托化学工程省级重点学科和生物质能源工程研究中心建设,师资力量雄厚,拥有专职教师14人。其中,正高职称5人,副高职称7人,11人具有博士学位,7人具有海外 留学 经历。生物质化学工程模块教师的科研成果成功实现产业转化,与企业建立了良好的合作关系。生物质化学工程模块不断加强产学研合作,与宁波杰森绿色能源科技有限公司、温州中科新能源科技有限公司等企业签订了共建大学生创新实践基地的合作协议,设立了企业专项奖助学金,拓展了实习实践 渠道 ;还依托化工过程模拟基地,引入计算机模拟实习、沙盘模拟等方式,丰富了生产实习环节的教学手段。同时,生物质化学工程模块修订完善生产实习教学大纲和教学计划,根据实习厂和仿真软件编写实习手册,强化对实习的质量监控与反馈,建立科学合理的考评体系;增加“内培外引”师资的力量,加快实习指导师资队伍建设;从实习方式、实习内容、考核办法和师资队伍等多个角度出发,确保生产实习教学质量的全面提高,强化学生的工程意识和实践能力,培养学生的创新意识和创新能力。生物质化学工程模块教师承担了国家自然科学基金、浙江省自然科学基金、浙江省科技厅重大招标项目、浙江省科技计划项目和企业委托开发项目数十项。从这些科研和工程开发项目中选取的毕业环节课题,更加贴近科学研究、工程设计或工业生产的实际情况,能够全面检验学生所学的理论知识及其综合运用能力,全方位增强学生结合工程实际,发现问题、分析问题和解决问题的能力,为学生步入工作岗位打下良好基础。依托实践教学平台,从“产品工程”的理念出发,选取若干个恰当的产品,串联实验、课程设计、实习、毕业环节和课外科技活动等教学内容,帮助学生理顺知识体系,建立起绿色化学和节能环保的基本理念。以生物柴油为例,核心反应是酯交换反应,可以采用水力空化等技术强化反应过程;产物需要采用精馏方法分离,生产废水需要采用电渗析等方法加以分离;生产过程中还涉及流体流动和传热等问题;生物柴油这一产品可以将多个实验内容组合成一个有机整体,有效降低实验原料的消耗。教学可以选取其中部分内容作为单元设备设计进行,可以将生物柴油生产车间作为化工设计的教学内容,可以选取部分内容作为学科课外科技项目或毕业环节的研究内容,还可以将生物柴油生产作为创业大赛的竞赛内容。学生可以到生物柴油生产企业进行实习,将工艺革新、过程强化和产品工程融为一体,并通过实验室规模与工业化规模的对比,强化工程意识。