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關鍵詞:煙氣脫硝;建模與仿真;辨識;電站運行
Modeling and simulation of SCR reaction in a power plant
Liao Li, Yang Pengzhi
Key Laboratory of Low-grade Energy Utilization Technologies and Systems, Chongqing University, Ministry of Education, Chongqing 400044, PR China
Abstract: The SCR (selective catalytic reduction) technique is an advanced way to removal NOx from the flue gases in coal-fired power plants. Based on the Langmuir adsorption-desorption model and Eley-Rideal reaction mechanism, a dynamic mathematical model is established in this paper to focus on the nitrogen monoxide concentration at the outlet of the SCR reactor . In additional, identification technique is applied to obtain the exact value of certain kinetic parameters based on the data from a power plant and the assumption that the pre-exponential factor for the DeNOx reaction KNO is a variable which is affected by the NH3/NO concentration ratio at the inlet of the SCR reactor. The SCR model is tested in static state situation and dynamic state situation in different loads in the power plant .The result of simulation suggests that: A)these parameters gained from identification and the SCR model can suit the real SCR reaction in this power plant .B) Temperature, ammonia concentration, nitrogen monoxide concentration as well as gas velocity play crucial roles in SCR reaction .C)In the power plant, the amount of ammonia supply, the control of NH3/NO concentration ratio are effective methods to ensure the nitrogen monoxide concentration at the outlet of the SCR reactor stays in an appropriate range especially in the load up process or load down process.
Keywords: SCR; modeling and simulation; identification; power plant operation
τ詬玫緋В相比于溫度和進口NO的影響,NH3的增加對于脫硫效率的提高較為緩慢,如圖3(b)、圖6。表3也可以看出,該廠需要的供氨量也很大,氨氮比偏高,在1.4以上,尤其是在負荷變化時,需要更大的氨量,其氨氣逃逸量控制在0.015PPM-0.03PPM左右,符合排放標準。在實際運行中,升降負荷時,需提前增大供氨量,保持氨氮比變化率在0.01以內。并隨時監視出口NO和NH3的排放量,防止排放超標(該廠出口濃度大于200mg/m3即為超標排放)。
(4)溫度與NO共同擾動
選取機組某500MW時穩定狀態時的參數值。 圖7中,5s時刻,進口NO濃度突然升高至962mg/m3,出口NO的濃度相應的增大至68mg/m3 。 15s時刻,突然增加進口煙氣溫度至385℃,催化效應增加,出口NO濃度減小,直至25s處,保持溫度385℃,進口NO濃度降至924 mg/m3。此時可見出口NO濃度減小至56 mg/m3。 變化過程和趨勢符合實際的變化。
六、結論
1依據Langmuir吸附層模型、E-R反應機理、建立反應器出口NO濃度變化的模型,其中未知參數采用多次辨識的方法獲得,假設KNO是一個與氨氮比變化率有關的函數,通過擬合得到關系式 。仿真過程的關鍵是確定不同階段的負荷時起始修正系數 ,負荷變化時根據前后時間段氨氮比變化率乘以相應 。模型能夠較為真實的反應機組運行時出口NO濃度的變化趨勢和相應數值,最大誤差控制在25%以內。
2模型驗證和仿真過程中,反應溫度升高、煙氣流速降低有利于催化反應的進行,入口NO濃度降低、供氨量增加亦能減小出口NO排放量。
3模型能夠對該電廠的脫硝運行過程進行分析和預測,為運行中提供指導防止排放超標:1)入口NO量(通過煤質、負荷)、反應溫度、供氨量的控制是保證脫硝效率的主要手段;2)從仿真試驗中,該電廠催化劑在360℃-380℃之間溫度的增加使得催化效率能明顯提高。運行過程中,機組在550MW-660MW時,將煙氣溫度控制在375℃-385℃之間。400MW-550MW時,應將煙氣溫度控制在365-375℃。300MW-400MW時,將煙氣溫度控制在360℃-365℃;3)控制供氨量是運行中保證出口濃度的最主要手段。升降負荷過程中,進口NO濃度變化較大,出口濃度變化劇烈。加入的NH3反應有滯后性,負荷變化時,應提前增減供氨量。確保前后5s內氨氮比變化率控制在0.01以內,即每分鐘供氨量的增減控制在30kg/h以內。
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隨著生活水平的提高,消費者對食品、飲料的口味、口感要求越來越高,這就需要大量使用香精、香料來迎合消費者,促進了食品企業對香精香料的應用。食用香精在食品配料中所占的比例雖然很小,但卻對食品風味起著舉足輕重的作用。國際知名咨詢公司Freedonia于去年5月底的研究成果表明:預計從2006~2008年,發展中國家對香精和香料的需求,將以年均4.4%的速度快速增長,到2008年該市場的份額將達到186億美元。而亞太地區(不包括日本)對香料和香精的需求特別強勁,未來幾年有望以年均7.3%的增速快速增長。發展中國家人均收入增加,對消費品質量要求有很大提高。隨著全球消費者越發注重健康,市場對營養和健康食品的需求也日益增加。因此,由于預計低糖低脂食品和飲料市場將迎來強勁增長,全球消費者對食用香精和香料的需求也必將不斷增加。香料配料市場需求量的繼續增長,還主要源于化妝品生產,在發達國家和地區,消費者的護膚化妝品消費呈上升趨勢。羧酸酯類香料作為優良的可食用香料品種其需求也必將不斷激增。
羧酸酯類香料的主要生產和消費國有美國、西歐、日本、墨西哥和中國等,國內食品、飲料生產企業中目前應用最多的添加劑就是香精香料,隨著消費者對于味覺享受越來越高,這種趨勢會對香料需求產生積極影響。香料產品是香料工業的上游產品,是后續香精產品的原料,香料和香精產品是其他有關產品的配套性產品,它們被廣泛地用于日化、食品、醫藥、飼料等工業產品的生產。據了解,飲料行業是香料最主要的應用領域,該領域2005年的香料消費份額達31.1%。就各地區而言,美國、日本和西歐地區目前統領香料消費市場。香料市場未來的發展大部分可能會出現在亞太地區,尤其是中國和印度這些發展中國家。這將進一步刺激香精香料市場的快速發展。我國目前在世界香料市場中所占份額僅5%左右,日本所占份額達到12%,而美國則達到20%。
2.羧酸酯類合成的傳統工藝
傳統上羧酸酯類的合成都是用濃硫酸作催化劑,由相應醇與酸酯化而得。但由于濃硫酸作催化劑合成酯化反應具有以下缺點:(1)在酯化反應條件下,濃硫酸的氧化性和強脫水性易導致一系列副反應,給產品的精制和原料的回收帶來困難,且酯的質量差。(2)反應產物的后處理要經過堿中,水洗等工序,比較復雜困難,同時產生大量廢液,污染環境。(3)濃硫酸嚴重腐蝕設備,加快了設備更新,增加生產成本。為克服這些缺點,倡導綠色化學,人們選擇環境友好型催化劑催化酯化反應,近年來,已發現氨基磺酸、結晶固體酸、雜多酸、無機鹽等均可作為酯化反應的催化劑。
3.羧酸酯類合成的發展
近年來,人們對于羧酸酯類的合成的研究開發和應用發展很快,研究和開發出高效、環保的催化劑,是羧酸酯類的合成的研究發展方向:
無機鹽催化劑:無機鹽大多性質穩定,來源廣泛,對設備幾乎沒有腐蝕,反應條件溫和,不會對環境造成太大污染,但是由于無機鹽容易潮解,影響其催化的效果。常用的催化劑有三氯化鋁、三氯化鐵、硫酸鈦、十二水合硫酸鐵銨、五水合氯化錫、一水合硫酸氫鈉和硫酸鋅。
磺酸類催化劑:磺酸類催化劑來源廣泛、性能穩定、安全、使用方便、對酯化反應有較高的活性、產品收率較高、產物處理方便、催化劑可以重復使用等特點,適合于工業化生產的需要。
雜多酸催化劑:雜多酸是一種含氧橋的多核化合物,其特點是催化活性高。選擇性好,反應時間短,反應溫度低。不易造成環境污染,對設備幾乎沒有腐蝕。再生速度快。
陽離子交換樹脂催化劑:其主要特點是價廉易得,不腐蝕設備,不污染環境,不會引起副反應,不溶于反應體系,能夠重復使用,易于分離、回收和再生,操作簡單,產品收率較高,具有工業推廣價值。
固體超強酸催化劑:固體超強酸在有機合成中的優點是活性高,重復使用性好,不腐蝕設備,制備方法簡便,處理條件易行,便于工業化。這對于節約能源,提高經濟效益是很有意義的。
負載型催化劑:其優點是催化活性高,重復使用性好,不腐蝕設備,制備方法簡便,處理條件易行,便于工業化,這對于節約能源,提高經濟效益是很有意義的。
鈦酸四丁酯催化劑:不僅具有催化活性高,重復使用性好,不腐蝕設備等基本優勢,而且同制備方法簡便,酯收率高,價廉易得,反應時間短,反應溫度低,處理條件易行,便于工業化,這對于節約能源,提高經濟效益是很有意義的。
酶催化(脂肪酶催化、菌體催化等)工藝不僅催化化活性高、產品質量好,而且反應條件簡單、溫和,酶重復使用方便,酶活性保持時間長,在生物酶的固定及精細化學品的合成中有較大的使用價值。
4.討論
目前,國內外羧酸酯類的合成的發展趨勢越來越多的偏向于研究合成綠色、高效、環保等多功能的新型催化劑劑。一方面,合成環境友好的催化劑所采用的原料都比較易得,在開發過程中可以降低成本;另一方面,合成環境友好的催化劑所采用的都是低毒、高效、無污染的工藝,較大范圍的降低了環境的負荷。發展我國羧酸酯類香料應當注意加大科技投入力度,大力開展技術創新,加強安全法規和環境保護,強化企業管理,提高經濟效益。
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關鍵詞:生物技術石油化工應用
中圖分類號:F406文獻標識碼: A 文章編號:
一生物技術與石油化工
生物技術又稱生物工程,是在古老的微生物發酵工藝學基礎上發展起來的一門新興綜合學科,它很早就與石油關系密切。
早在20世紀20年代,石油工作者就提出將微生物用于石油回收。50年代生物技術逐漸由石油向石油化工領域延伸,許多化工產品的生物生產技術和工藝相繼出現。60年代,石油微生物學興起,以石油為原料生產單細胞蛋白的工業化成為可能。70年代,生物分子生物學的突破,出現了生物催化劑固定化技術,與此同時,美國、歐洲及原蘇聯等都先后進行了微生物采油應用研究和實施。80年代,DNA重組技術和細胞融合技術的崛起,生物化學反應工程應運而生,為人們在石油化工領域開發精細化工產品提供了重要手段和工具。90年代,節能與環保成為人們關注的兩大課題,能源與資源的合理利用,使得生物技術在石油化工領域的應用更加活躍。
面對21世紀石油與石油化工技術的挑戰,清潔過程的開發,“綠色化學”產品的生產,生物脫硫技術正引起人們極大的關注。隨著生物技術的發展,溫和條件的合成反應將會繼續受到重視,生物催化劑將大力推廣,生物能源的替代,具有光、聲、電、磁等高性能生物化工材料的應用,都將為石油化工技術注入新的活力,新的生物石油化工技術必將興起。
二生物技術在石油化工中的應用
1生物技術在石油勘探中的應用
隨著微生物培養技術及菌種數測定方法的不斷改進,利用微生物勘探石油的技術得到迅速發展。根據直接探測油氣的有關理論,地下烴類的向上滲透使地表和地球化學環境發生了變化。從生物圈角度來看,無論是根植于地下較高等植物,或是散布于其間的低等生物,都會發生變異,用現代生物分析檢測手段(如微生物微量元素分析、毒素分析、DNA的PCR擴增技術檢測)檢測這種變異,再經過適當的數據處理,就可能達到預測油氣藏的目的。現代石油工業根據石油的生物標志特征可以研究判斷石油的生成相和油源。我國石油工作者就是利用生物標志特征判斷出柴達木盆地西部剖面油砂和瀝青的前身原油是成熟原油,它具有水體相對較深的湖相有機質形態,其源巖應該是侏羅系的。隨著生物技術在石油勘探領域應用的拓寬與深化,生物與石油相關規律的研究將會取得更大的成果,有可能在深山密林、深海谷底、冰川、南北極等尚未開發的環境區域,探測到更多的油氣礦藏,大大提高石油的儲采比,增加石油儲備。
2生物技術在石油開采中的應用
生物技術特別是微生物采油技術,已經引起石油工程技術人員的空前關注,目前在國內外開展的微生物采油先導性礦物試驗已初見成效。利用微生物提高原油的采收率技術(Microbial Enhanced Oil Recovery簡稱MEOR)來開發我國豐富的資源,已成為生物技術發展的主導方向之一。微生物采油就是利用微生物代謝產生的聚合物、表面活性劑、二氧化碳及有機溶劑等物質進行有效的驅油。微生物采油技術與其它采油技術相比,具有適應范圍廣、工藝簡單、投資少、見效快、無污染等特點,是目前開采油藏中剩余油和利用枯竭油藏最好的廉價方法,并且更符合環保要求。微生物采油技術起源于美國,發展至今已成為國內外發展迅速的一項提高原油采收率的技術,也是二十一世紀的一項高新生物技術。
其經歷了:1930年~1965年的起步與探索,1965年~1980年的迅速發展,1980年~1990年的深入研究和礦場應用見效,1990年至今的現代微生物采油技術的發展等四個階段。現代微生物采油技術的發展階段主要是現代生物技術在微生物采油上的應用階段。美國應用現代生物技術重組微生物菌體,構建基因工程菌,使微生物菌種具有較高的性能,大大促進和發展了生物技術在微生物采油中的應用。現代生物技術,特別是分子生物學技術的快速發展,使采油微生物研究已經進入了分子水平。分子生物學技術的發展,對微生物采油機理的研究產生了很大影響。PCR(Polymerase Chain Reaction)技術、DNA芯片技術等是研究微生物群落新穎的分子生物學工具。一1PCR與DNA芯片技術結合,可以對微生物采油菌種的油藏適應性、地下運移能力、增殖和增采能力進行準確可靠的認證,可以對油田地層中存在的微生物群落進行詳細調查,并以此對具有微生物采油作用的菌加以利用,對有害菌進行有效防治,進而研究微生物的驅油增產機理,為調整各項技術工藝,優化方案設計和把握實驗進程提供可靠依據。微生物提高原油采收率的真正成功或突破的關鍵在于“超級菌”的組建,因此,構建目的基因,培養較強競爭力的基因工程菌(Gene Engineering Microbe,簡稱GEM)是現代微生物采油技術的主要目標之一。利用基因工程,可針對性地培養有利菌株,拓寬微生物采油的菌種資源。
3生物技術在石油化工中的應用
① 微生物氧化烴類生產有機酸
微生物氧化烴類生產有機酸主要有二羧酸和一元酸。二羧酸主要有已二酸和癸二酸。一元酸主要有檸檬酸、琥珀酸。此外烷烴經氧化還可生產谷氨酸、富馬酸、水楊酸等。
a. 酶催化丙烯腈生產丙烯酰胺
丙烯酰胺大部分以40%~50%的水溶液銷售,低溫下會析出胺的結晶。常規生產丙烯酰胺有硫酸水和法和銅催化水和法兩種,前者工藝過程復雜,后者因反應中會生成加成反應而含有少量加成反應物。用酶催化丙烯腈生產丙烯酰胺,是將丙烯腈、原料水與固定化生物催化劑一起進行水和反應,反應后分離出廢生物催化劑。得到產品丙烯酰胺。酶催化丙烯腈生產丙烯酰胺,產品純度高,選擇性好,丙烯腈轉化率達99.9%以上。
70年代,日本日東化學公司使用Rhodococ—cus SP.N一774生物酶,經十年努力,成功開發了最初的生物催化生產丙烯酰胺的工藝,80年代中期建成規模為400t/a的工業化裝置。其后日本京都大學發現了代號為B一23、J一1的生物酶并對工藝加以改進。90年代初,日本使用生物酶生產丙烯酰胺的能力已上升到1.5萬t/a。
b. 烴類發酵生產二元羧酸
中長鏈二元羧酸是合成纖維、工程塑料、涂料、高檔油等重要的石油化工原料,通常是通過化學方法制取。以石油餾分為原料發酵生產二元羧酸的研究已有近40年的歷史。20世紀70年代初,日本礦業生物科學研究院(簡稱日本礦業)以正構石蠟為原料,微生物發酵氧化代替尿素加成法,生產相同鏈長的二元羧酸,80年代工業化,在世界上首先建成了150t/a的長鏈二元羧酸生產發酵裝置。90年代初由發酵法生產的十三碳二元酸(“巴西羧酸”),規模已達200t/a,終止了傳統的由菜籽油、蓖麻油裂解合成的歷史,是石油發酵在石油化工領域工業化最早的例子L2j。日本礦業選用Candida trpicalis 1098酵母菌生產二元羧酸,日本三井石化公司則用擬球酵母Torutopsis生產長鏈二元羧酸。研究表明,酵母菌、細菌、絲狀真菌都有不同程度氧化正構烷烴生成二元羧酸的能力,而假絲酵母、畢赤式酵母尤其是正構烷烴發酵生產二元羧酸的高產微生物。據報導l31,我國鄭州大學等單位承擔的“九五”國產科技攻關計劃“十二碳二元酸合成尼龍1212工業生產試驗研究”,最近已通過鑒定。該研究合成的長鏈高性能工程塑料尼龍1212所用原料,即是以石油輕蠟發酵生產的十二碳二元酸,這充分顯示了生物技術在石油化工領域的成功應用。
②在其它石油化工方面的應用
生物技術在其它石油化工方面的應用主要有:由烯烴類制備環氧乙烷和環氧氧丙烷,以石油為原料生產單細胞蛋白,加氧酶在石油化工的開發利用,柴油生物脫硫研究與開發,石油微生物的脫氮的研究,生物法生產丙烯酰胺、1,3——丙二酸等。
結束語
隨著社會發展和科學技術的進步,生物技術正逐步擴大到石油和石油化工行業,以更加有效的、經濟的生物化學過程代替傳統的化工過程。生物技術在石油化工中的應用,將為石油化工技術注入新的活力,新的生物石油化工技術必將興起。
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關鍵詞:Au-Pd雙金屬催化劑,分子篩,共沉積
0.引言
隨著人類社會的發展,人們對生活環境的質量要求也越來越高,但是化石燃料的燃燒作為最重要的獲取能源的方式,一直在對空氣造成嚴重的污染,其中的SO2可以導致酸雨,使得土地酸化,嚴重的可以直接引起疾病,威脅人類的健康。我國近幾年發展很快,能源的需求量不斷增大,環境污染問題已經引起了廣泛關注。
加氫脫硫(HDS)過程是將含硫化合物進行催化加氫處理使之轉化成相應的烴和HZS,從而降低原料中的硫含量,實現清潔能源。目前用于HDS反應的催化劑主要是Co(或Ni)-Mo系催化劑,因存在活性相燒結、中毒、金屬離子沉積等因素而使催化劑失活。目前對碳化物、氮化物及貴金屬HDS催化劑的研究較多。尋求新的活性高、抗中毒能力強的HDS催化劑是目前Au催化劑研究方向之一。
1.Au-Pd雙金屬催化劑的制備
Au催化劑的制備方法主要有:浸漬法、共沉淀法、沉積沉淀法、膠凝膠法、脈沖激光沉積法、高分子聚合物保護法、化學蒸發沉法、光化學沉積法、離子交換法、共沉淀法、金屬有機配合物固載、溶劑化金屬原子浸漬法及合金氧化法。用浸漬法制備的Au催化劑性往往很低,這也正是導致人們長期以來認為Au不能用作催化劑的原因之。
化學沉積法可將幾種金屬組分同時或分批地沉積到載體上,容易控制金屬顆粒小,但重復性不理想,目前只應用于制備Au/TIOZ催化劑。論文參考網。離子交換法一般以子篩或沸石為載體,制備的Au催化劑較有效。共沉淀法適合制成薄膜用于氣傳感器。金屬有機配合物固載法適合于制備以氫氧化物為載體的Au催化劑,適合制備高負載量的Au催化劑。溶劑化金屬原子浸漬法,合金氧化法,化學發沉積法因制備條件要求較高,通用性小強。脈沖激光沉積法僅在制備單一尺寸Au微粒的模型催化劑時使用。
Au催化劑的制備方法不同所得Au微粒大小不同,導致Au與載體的相互作用不同,直接影響催化效果。
1.1浸漬法(ImpregnationIMP法)
作為制備貴金屬催化劑最傳統最簡單的方法,它是將多孔性載體氧化物浸漬于含有活性組分(如HAuCz4·3HZO、AuC13或KAu(CN):等)的溶液中,干燥后再經后處理得到催化劑樣品,該法制備出的金催化劑分散度較低。
1.2共沉淀法(CopreeipitationeP法)
將HAuCI;的水溶液和相應載體的金屬硝酸鹽水溶液(如硝酸鐵)加入到堿性沉淀劑的溶液中,同時得到兩種氫氧化物的共沉淀物,再經過濾、洗滌、干燥及一定溫度的焙燒處理即得到金催化劑。沉淀過程既可采用正加法也可以采用反加法,目前采用共沉淀法己可以制備出金擔載量達l0(w)t%的高活性催化劑和氣體傳感器材料。
1.3沉積·沉淀法(DepositionpreeipitationDp法)
將金屬氧化物載體加入到HAuC14水溶液中,加堿中和并選擇適當的反應條件使之沉積在載體表面上,一般控制pH=6-10,隨后進行過濾、洗滌、干燥等后處理。論文參考網。不同載體用此法制備的最佳條件不同,制備過程中的處理方法也不同。該法的優點在于活性組分不會被包埋在載體內部,而是全部分布在載體表面,催化劑中Au顆粒尺寸分布較窄,提高了活性組分的利用率。
1.4聚合物保護法
在高分子保護下,用還原劑還原HAuC14溶液制得Au溶膠,然后負載于氧化物或活性炭載體,經干燥、焙燒后得Au催化劑。高分子保護劑可以為PvA(聚乙烯醇)、PVP(聚乙烯毗咯烷酮)、THPC(四輕甲基氯化磷)、PDDA、硫醇類物質、樹型聚合物等。還原劑有NaBH;、HZCZO4、SnC12等。載體不同所選擇的高分子保護劑也不同,5102、A1203為載體時PVA對其不起保護作用,用PVP則可以;活性炭為載體時用PVA,PVP作保護劑好于THPC;以氧化物為載體時pH值不同則保護劑不同,如用THPC保護劑和TIOZ、zroZ為載體時pH制在2.5,而e、A12o3為載體無需控制pH12,]。在Au催化劑制備過程中,高分子保護劑和還原劑與Au的前驅體用量存在著一定的關系。論文參考網。
1.5化學蒸發沉積法(ehemica一vapordepositsonevn法)
在真空條件下,將揮發性的金屬有機化合物(如dimehtylgo1d即ikeotne)通過蒸汽導入并使之吸附于比表面積較高的金屬氧化物載體上,然后于473K下在空氣中焙燒使有機金屬化合物分解為小顆粒的Au。這種方法可以廣泛地應用于各種不同的金屬氧化物載體上,制得的催化劑活性一般都比較高,它甚至可以將金以納米級顆粒沉積在一些不適用沉積一沉淀法的酸性金屬氧化物載體上。
1.6光化學沉積法(photoehemiealdepositionPeD法
該法將n型半導體(如TIO:、ZnO、ZrOZ及SnOZ等)懸浮于HAuC14的醇溶液中,在室溫下用紫外光照射足夠時間,然后過濾,洗滌,真空干燥即得所需催化劑。該法容易控制金屬顆粒大小而將幾種金屬組分同時或分批地沉積到載體上。
1.7離子交換法(IonexchangeIE法
將HAucl4水溶液與NaY分子篩于80℃下共熱,使之與分子篩作用以取代載體表面或內部的H十(或N+a),再經焙燒等活化處理即可,該法對于制備以Y型分子篩為載體的金催化劑最為有效。
2.總結
催化劑的制備過程決定了它的組成、結構和紋理組織,催化劑的制備方法不同所得Au微粒大小不同,導致Au與載體的相互作用同,直接影響催化效果。一些傳統的制備方法,有的不能用于制備該催化劑,有的制得的性能不理想,如用浸漬法制備的Au催化劑性往往很低,化學沉積法可將幾種金屬組分同時或分批地沉積到載體上,容易控制金屬顆粒小,但重復性不理想,目前只應用于制備Au/TIOZ催化劑。而借助于溶液理論、膠體化學、固態化學以及金屬有機化學的知識可以比以前更合理地來合成各種新型催化劑。
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關鍵詞:納米材料,化工,應用
1前言
納米材料(又稱超細微粒、超細粉未)由表面(界面)結構組元構成,是處在原子簇和宏觀物體交界過渡區域的一種典型系統,粒徑介于原子團簇與常規粉體之間,一般不超過100nm,而且界面組元中含有相當量的不飽和配位鍵、端鍵及懸鍵。其結構既不同于體塊材料,也不同于單個的原子。其特殊的結構層次使它在眾多領域特別是在光、電、磁、催化等方面具有非常重大的應用價值。近年來,納米材料在化工生產領域也得到了一定的應用,并顯示出它的獨特魅力。
2納米材料特性
2.1具有很強的表面活性
納米超微顆粒很高的“比表面積”決定了其表面具有很高的活性。免費論文參考網。在空氣中,納米金屬顆粒會迅速氧化而燃燒。利用表面活性,金屬超微顆粒可望成為新一代的高效催化劑、貯氣材料和低熔點材料。將納米微粒用做催化劑,將使納米材料大顯身手。如超細硼粉、高鉻酸銨粉可以作為炸藥的有效催化劑;超細銀粉可以成為乙烯氧化的催化劑;超細的鎳粉、銀粉的輕燒結效率,超細微顆粒的輕燒結體可以生成微孔過濾器,作為吸咐氫氣等氣體的儲藏材料,還可作為陶瓷的著色劑,用于工藝品的美術圖案中。免費論文參考網。
2.2具有特殊的光學性質
所有的金屬在超微顆粒狀態時都呈現為黑色。尺寸越小,顏色越黑,銀白色的鉑(白金)變成鉑黑,金屬鉻變成鉻黑。由此可見,金屬超微顆粒對光的反射率很低,通常可低于l%,大約幾微米厚度的膜就能起到完全消光的作用。利用這個特性可以制造高效率的光熱、光電轉換材料,以很高的效率將太陽能轉變為熱能、電能。另外還有可能應用于紅外敏感元件、紅外隱身材料等。
2.3具有特殊的熱學性質
大尺寸的固態物質其熔點往往是固定的,超細微化的固態物質其熔點卻顯著降低,當顆粒小于10納米量級時尤為突出。例如,金的常規熔點為1064℃,當其顆粒的尺寸減小到10納米時,熔點會降低27℃,而減小到2納米尺寸時的熔點僅為327℃左右;銀的常規熔點為670℃,而超微銀顆粒的熔點可低于100℃。因此,超細銀粉制成的導電漿料可以進行低溫燒結,此時元件的基片不必采用耐高溫的陶瓷材料,完全可采用塑料。采用超細銀粉漿料,可使片基上的膜厚均勻,覆蓋面積大,既省材料又提高質量。
2.4具有特殊的磁學性質
小尺寸磁性超微顆粒與大塊磁性材料有顯著不同,大塊純鐵的磁矯頑力約為80安/米,而當顆粒尺寸減小到2×10-2微米以下時,其矯頑力可增加1000倍。若進一步減小其尺寸,大約小于6×10-3微米時,其矯頑力反而降低到零,呈現出超順磁性。利用磁性超微顆粒具有高矯頑力的特性,已制成高儲存密度的磁記錄磁粉,大量應用于磁帶、磁盤、磁卡以及磁性鑰匙等;利用超順磁性,人們已將磁性超微顆粒制成了用途廣泛的磁流體。
2.5具有特殊的力學性質
因為納米材料具有較大的界面,界面的原子排列是相當混亂的,原子在外力變形的條件下很容易遷移,因此表現出甚佳的韌性和一定的延展性,這樣就使納米陶瓷材料具有了新奇的力學性質。研究表明,人的牙齒之所以具有很高的強度,就是因為它是由磷酸鈣等納米材料構成的,這也足以說明大自然是納米材料的成功制造者。納米晶粒的金屬要比傳統的粗晶粒金屬硬3~5倍。金屬——陶瓷復合納米材料則可在更大的范圍內改變材料的力學性質,其應用前景十分寬廣。
2.6宏觀量子隧道效應
由于電子既具有粒子性又具有波動性,因此它存在隧道效應。近年來,人們發現一些宏觀物理量,如微顆粒的磁化強度、量子相干器件中的磁通量等亦顯示出隧道效應,稱之為宏觀的量子隧道效應。宏觀量子隧道效應將會是未來微電子、光電子器件的基礎,或者說它確立了現存微電子器件進一步微型化的極限,當微電子器件進一步微型化時必須要考慮上述的量子效應。目前研制的量子共振隧道晶體管就是利用量子效應制成的新一代電子器件。
3納米材料在化工生中應用
由于納米材料的特殊結構和特殊性能,使納米材料在化工生產中得到了廣泛的應用,主要應用在以下幾方面。
3.1橡膠改性
炭黑納米粒子加入到橡膠中后可顯著提高橡膠的強度、耐磨性、抗老化性,這一技術早已在橡膠工業中運用。
納米技術在制造彩色橡膠中也發揮了獨特的作用,過去的橡膠制品一般為黑色(納米級的炭黑較易得到)。若要制造彩色橡膠可選用白色納米級的粒子(如白炭黑)作補強劑,使用納米粒子級著色劑,此時橡膠制品的性能優異。
3.2塑料改性
3.2.1對塑料增韌作用
納米粒子添加到塑料中,對增加塑料韌性有較大的作用。用納米級SiC/Si3N4粒子經鈦酸酯處理后填充LDPE,當添加量為5%時沖擊強度最大,缺口沖擊強度為55.7kj/m2,是純LDPE的2倍多;斷裂伸長率到625 %時仍未斷裂,為純LDPE的5倍。用納米級CaCO3,改性HDPE,當納米級CaCO3含量為25%時,沖擊強度達到最大值,最大沖擊強度為純HDPE的1.7倍,斷裂伸長率在CaCO3含量為16%時最大,約為660%超過純HDPE的值。
3.2.2塑料功能化
塑料在家用電器及日用品中的應用非常廣泛,在塑料中添加具有抗菌性的納米粒子,可使塑料具有抗菌性,且其抗菌性保持持久。現已應用此技術生產了抗菌冰箱,實際上就是在制造冰箱塑件時,使用的塑料原料中添加了某種納米粒子,利用該納米粒子的抗菌特性,使塑料具有抗菌殺菌的功能,國內某公司采用該項技術率先開發出無菌塑料餐具、無菌塑料撲克等產品,受到市場的歡迎。
3.2.3通用塑料的工程化
通用塑料具有產量大、應用廣、價格低等特點,但其性能不如工程塑料,而工程塑料雖性能優越,但價格較高。在通用塑料中加入納米粒子能使其達到工程塑料的性能,用納米技術對通用聚丙烯進行改性,其性能達到了尼龍6的性能指標,而成本卻降低1/3。
3.3化學纖維改性
近年來出現了各種新型的功能性化學纖維,其中不少是應用了納米技術,如日本帝人公司將納米ZnO和納米SiO2混入化學纖維, 得到具有除臭及靜化空氣功能的化學纖維,這種化學纖維被廣泛用于制造長期臥床病人和醫院的消臭敷料、繃帶、睡衣等;日本倉螺公司將納米ZnO加入到聚酯纖維中,制得了防紫外線纖維, 該纖維除了具有防紫外線功能外,還具有抗菌、消毒、除臭的功能。
3.4涂料改性
在各類涂料中添加納米材料,如納米TiO2,可以制造出殺菌、防污、除臭、自潔的抗菌防污涂料,廣泛應用于醫院和家庭內墻涂飾。可制造出防紫外線涂料,應用于需要紫外線屏蔽的場所,例如涂在陽傘的布料上,制成防紫外線陽傘。還可以制造出吸波隱身涂料,用于隱形飛機、隱形軍艦等國防工業領域及其他需要電磁波屏蔽場所的涂敷。在涂料中添加納米SiO2,可使涂料的抗老化性能、光潔度及強度成倍提高,涂料的質量和檔次大大升級,據稱,納米改性外墻涂料的耐洗刷性可由原來的1000多次提高到1萬多次,老化時間延長2倍多。納米ZnO 添加到汽車金屬閃光面漆中,可制造出汽車專用變色漆。
3.5在催化方面的應用
催化劑在許多化學化工領域中起著舉足輕重的作用,它可以控制反應時間、提高反應效率和反應速度。大多數傳統的催化劑不僅催化效率低,而且其制備是憑經驗進行,不僅造成生產原料的巨大浪費,使經濟效益難以提高,而且對環境也造成污染。納米粒子表面活性中心多,為它作催化劑提供了必要條件。納米粒子作催化劑,可大大提高反應效率,控制反應速度,甚至使原來不能進行的反應也能進行。納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應速度提高10~15倍。
3.6在其它精細化工方面的應用
納米材料的優越性無疑也會給精細化工帶來福音,并顯示它的獨特畦力。如在橡膠中加入納米SiO 2 ,可以提高橡膠的抗紫外輻射和紅外反射能力。免費論文參考網。國外已將納米SiO 2 ,作為添加劑加入到密封膠和粘合劑中,使其密封性和粘合性都大為提高。在有機玻璃中加入Al 2 O 3 ,不僅不影響玻璃的透明度,而且還會提高玻璃的高溫沖擊韌性。一定粒度的銳鈦礦型TiO 2 具有優良的紫外線屏蔽性能,而且質地細膩,無毒無臭,添加在化妝品中,可使化妝品的性能得到提高。納米SiO 2 能夠強烈吸收太陽光中的紫外線,產生很強的光化學活性,可以用光催化降解工業廢水中的有機污染物,具有除凈度高,無二次污染,適用性廣泛等優點,在環保水處理中有著很好的應用前景。在環境科學領域還將出現功能獨特的納米膜。這種膜能探測到由化學和生物制劑造成的污染,并能對這些制劑進行過濾,從而消除污染。
4結束語
關鍵詞:高級氧化技術,水處理中,應用
中圖分類號: TK223.5 文獻標識碼: A
前言
水是生命之源也是人們生活和生產過程中必不可少的物質,隨著經濟的飛速發展水環境保護已然成為了當前人類社會廣泛關注的一個問題。目前我國的經濟發展情況也使水資源得到了最大限度的利用,而且高濃度的有機廢水對我國寶貴的水資源造成了威脅,由此產生的水環境保護也提上了議程。然而利用現有的生物或物理處理方法,對可生化性差、相對分子質量從幾千到幾萬的物質進行處理,想達到處理效果會比較困難,因此高級氧化技術就應運而生了。
1、高級氧化技術的概念
高級氧化技術(Advanced oxidation technologies,AOTs),AOTs 是指應用高活性自由基(如•OH,•OOH,O2•−和SO4•−)氧化分解水體中的有機污染物質。
AOTs 是近年來新興的水處理工藝,能夠非常有效的降解水體中有機污染物,近年來受到的關注和研究比較多。AOTs 的優勢在于能夠在溫和的操作條件下,通過反應可以直接將污染物礦化或通過強氧化性提高它們的可生化性,同時該技術還在環境荷爾蒙等微量有害化學物質的處理方面有很大的優勢,能夠將絕大部分有機物完全礦化或分解。而且反應體系通常對溫度和壓力要求不高,設備要求不高,易于管理,操作簡單等。
•OH 是已知的氧化能力最強的強氧化劑之一(·OH +H++e-—H20,E0=2.80V),可誘發鏈反應,具有較高的電子親和力(569.3kJ),且無選擇性,它能夠通過填充有機污染物未飽和的碳碳鍵和奪取大多數有機污染物分子中的H 原子等反應途徑迅速地降解污染物;一般情況下可單獨使用就可以達到很好的處理效果,也可以聯合其它水處理技術使用。能夠提高污水的可生化性,因此可以作為生物處理過程的預處理,能將大多數有機污染物迅速的氧化分解,并最終礦化為CO2、H2O 和無機鹽。
2、Fenton 氧化技術及其在污水處理中的應用
過氧化氫與催化劑Fe2+構成的氧化體系通常稱為Fenton 試劑。在傳統Fenton 試劑的基礎上人們通過對反應條件的改變和聯合開發出了一系列有針對性的類Fenton 試劑,如光-Fenton 試劑和電-Fenton 試劑等,研究方面涉及了pH 值、溫度、反應時間、氧化劑種類和濃度、催化劑種類和濃度等方面的因素。目前相關研究已有以芳香烴、多氯烷烴、多氯聯苯、染料、除草劑等有毒有機物質為對象進行探索,在廢水處理中得到了廣泛的應用和研究。
羥基自由基的主要來源有兩個:(1)陽極水的氧化。(2)在溶解態亞鐵離子Fe2+存在的狀態下氧氣被不斷還原產生過氧化氫H2O2。H2O2和Fe2+結合產生Fenton試劑,在Fenton反應中生成的Fe3+通過不同方式還原為Fe2+,該路線使Fenton能夠循環反應。由過氧化氫作用還原的Fe3+有兩步完成,同時還會產生過氧自由基(·O2H)。鏈反應產生的羥基自由基和過氧自由基都有氧化性,·OH在水溶液中是非常強的氧化劑,幾乎可以將所有有機化合物氧化為CO2和水。它既可以與有機物發生諸多反應如脫氫、加成、電子轉移、自由基復合反應等,也可以作為強氧化劑與無機溶質反應。·OH與飽和烷烴以及許多不飽和的分子如醛和酮類發生的反應是脫氫反應:·OH可以直接脫除烷烴分子上的氫,生成容易被氧化的烷烴自由基R·,形成鏈反應,最終可使烷烴分解。因此,污染物能夠被它們降解,大部分污染物的降解是通過有強氧化性的·OH實現的。
Fenton 試劑經常與其他工藝聯合作用,有研究中試試驗表明,在運行條件最佳時處理混合廢水,結果顯示經混凝、Fenton 氧化、絮凝法處理后, CODCr 從5826 mg/L降低到200 mg/L,去除率達到了96.6%;色度從800 倍降到了2 倍,去除率達到99.8%;SS 從582 mg/L 降到3 mg/L,去除率達到了99.3%。
3、Oxone/Co2+氧化技術及其在污水處理中的應用
Oxone(單過氧硫酸氫鹽化合物,2KHSO5·KHSO4·K2SO4)是一種流動性好的白色顆粒狀粉末,它是由兩分子單過氧硫酸氫鉀(KHSO5),一分子的硫酸氫鉀(KHSO4)和一分子的硫酸鉀(K2SO4)三種鹽組成的三重鹽,是一種用途廣泛且對環境友好的酸式過氧化物氧化劑。Oxone 的氧化勢能是來自于它的高酸化學性質,它是單過硫酸H2S2O5中的第一個中式鹽,其活性物質為單過氧硫酸氫鉀KHSO5,簡稱PMS。最近,氧化劑過硫酸鹽(S2O82-)和單過硫酸鹽(PMS,HSO5一)成為了熱門話題。這些氧化劑能夠通過各種途徑(過渡金屬催化,加熱或者UV)激發氧化性能產生硫酸基自由基(SO4.-)[66-69]。單過硫酸鹽之所以得到廣泛應用,在于其氧化還原電勢(1.82V),比H2O2(1.76 V)還要高,而且在氧化降解過程中比過硫酸鹽(S2O82-)更高效。PMS 不同于H2O2 和K2S2O8,它是由一個SO3 一取代HOOH 的不對稱過氧化物,其自身獨特的結構也使其很容易被激發和活化。PMS 還成功的應用于很多污染治理的反應中,例如氧化分解雙酚A和處理石油污染的污泥,PMS 對于這些難降解的污染物都起到了很好的去除作用。PMS 的應用領域還涉及到假牙清潔劑、衣物的漂白劑、羊毛防縮處理、擦光劑、線路板蝕刻劑,淀粉氧化、木材清洗和貴重金屬提煉等方面。
催化劑對于該方法有很重要的影響,為了找到催化過硫酸鹽最有效的過渡金屬,AniPsitakis等人對幾種過渡金屬Ag+,Co2+,Fe2+,Fe3+,Mn2+,Ni2+,Ce3+,Ru3+和V3+對過硫酸氫鉀的催化能力進行了比較研究,結果表明不同金屬離子的催化效果依次為Co2+> Ru3+> Fe2+> Ce3+> V3+> Mn2+> Fe3+> Ni2+,從催化氧化能力和經濟成本分析,Co2+是PMS最好的催化劑,用量小,且催化效率高。在降解工業污水方面,Co2+/PMS具有以下幾方面的優勢:
(1) Co2+/PMS系統對污染物具有較高的的礦化度:在降解2,4-二氯酚和橙黃二的研究中都取得了高于90%的礦化度。
(2) Co2+/PMS系統能在更寬的pH范圍內應用,降解2,4-二氯酚的實驗證明Co2+/PMS能在pH 2.0-8.0范圍內取得了良好的去除效果。而Fenton試劑在pH超過3.0時就不能表現出良好的催化活性,Co2+/PMS能在中性環境中表現出更高的效率,這個有點決定了該系統能夠更好的服務于污水處理,因為大部分被污染的自然水體的pH范圍在6.0-8.0。
結語
高級氧化技術是降解廢水生化處理水的有效方法,具有很大的開發潛力和良好的應用前景。本論文較為深入地開展了Fenton 氧化法和Oxone/Co2+氧化法深度處理廢水的研究,并對Oxone/Co2+氧化法處理前和最優結果處理后的有機污染物成分進行了分析與對比,從而為高級氧化技術處理廢水生化處理水提供了理論依據。
參考文獻
碩士論文開題報告是研究生在完成文獻調研后寫成的關于學位論文選題與如何實施的論述性報告。論文開題報告既是文獻調研的聚焦點,又是學位論文研究工作展開的散射點,對研究工作起到定位作用。
寫論文開題報告的目的,是要請老師及專家們幫忙判斷一下所研究的選題有沒有價值,研究方法是否奏效,論證邏輯有沒有明顯缺陷。因此論文開題報告就要圍繞研究的主要內容,擬解決的主要問題(或闡述的主要觀點),研究步驟、方法及措施為主要內容。但筆者在工作實踐中發現有很多學生往往在論文開題報告中花費大量筆墨敘述別人的研究成果,談到自己的研究方法時,往往寥寥數語一筆帶過。這樣,不便于評審老師指導。
二、如何寫論文開題報告
(一)論文開題報告的前提——通過理論思維選擇課題
在工作實踐中,發現碩士研究生論文開題報告中存在的普遍問題是選題不合適。有的提出的問題太過“平庸”,有的選題范圍太大,研究內容太多、太寬泛,提出的問題不切合碩士生的實際,實踐操作起來難度較大。如有的學生提出的論文題目:“新型中性鎳催化劑的研究及其催化合成聚乙烯、聚丙烯的研究”,此選題有意義,有創新,作者的研究思路也比較正確,但論文選題范圍太大,研究內容對于一個碩士生來說明顯偏多,無法按時完成。因此應重新確定研究內容,注重項目的可操作性。
那么如何選擇研究問題呢?這里要強調的是通過理論思維來發現研究問題。
理論是由一系列前設和術語構造的邏輯體系,特定領域的理論有其特定的概念、范疇和研究范式,只有在相同的概念、視角和范式下,理論才能夠對話。只有通過對話,理論才能夠發展。碩博論文要想創造新理論很難,多數是在既有理論的基礎上加以發展。
其次,選擇問題是一個“剝皮”的過程,理論問題總是深深地隱藏在復雜的現實背后,而發現理論問題,則需要運用理論思維的能力。這就需要我們不斷鍛煉和提高自己的理論思維能力,需要在日常的學習中,不斷總結和分析以往的研究者大體是從哪些視角來分析和研究問題,運用了哪些理論工具和方法,通過學習和總結來不斷提高自己的理論思維能力,從而選擇具有學術理論價值和應用價值,并與國家經濟建設及導師承擔的科學研究項目緊密結合的研究問題。
(二)做好文獻綜述,為論文開題報告打好基礎
在研究生論文開題報告會上,出現的普遍問題是對文獻的研讀不夠,對研究背景的了解不夠深入,對研究方向上國內外的具體進展情況了解不夠全面、詳細,資料引用的針對性、可比性不強。有很多學生沒有完全搞清論文開題報告與文獻綜述的區別,他們的論文開題報告有很多僅僅是對前人工作的敘述,而對自己的工作介紹甚少。
文獻綜述的基本內容包括:國內外現狀;研究方向;進展情況;存在問題;參考依據。這是對學術觀點和理論方法的整理。同時,文獻綜述還是評論性的,因此要帶著作者本人批判的眼光來歸納和評論文獻,而不僅僅是相關領域學術研究的“堆砌”。
要想寫好論文開題報告,必須認真研讀文獻,對所研究的課題有個初步的了解,知道別人都做了哪些工作,哪些方面可以作為自己研究的切入點,因此,文獻調研的深入和全面程度,會相當程度地影響論文開題報告的質量,是學生充分發揮主觀能動性的客觀基礎。
(三)論文開題報告的格式及寫作技巧
1。論文開題報告格式
一個清晰的選題,往往已經隱含著論文的基本結論。對現有文獻的缺點的評論,也基本暗含著改進的方向。論文開題報告就是要把這些暗含的結論、論證結論的邏輯推理,清楚地展現出來。論文開題報告的寫作步驟:課題選擇—課題綜述—論題選擇—論文開題報告。論文開題報告的基本內容主要包括:選題的意義;研究的主要內容;擬解決的主要問題(闡述的主要觀點);研究(工作)步驟、方法及措施;畢業論文(設計)提綱;主要參考文獻。為了寫好論文開題報告,江蘇工業學院研究生部專門出臺了詳細的規定,規定論文開題報告的一般內容包括:
(1)論文開題報告——課題來源、開題依據和背景情況,課題研究目的以及理論意義和實際應用價值。
(2)論文開題報告——文獻綜述。在閱讀規定文獻量(不少于50篇,其中外文文獻占40%以上)的基礎上,著重闡述該研究課題國內外的研究現狀及發展動態,同時介紹查閱文獻的范圍以及查閱方式、手段。
(3)論文開題報告——主要研究內容。包括學術構思、研究方法、關鍵技術、技術路線、實施方案、可行性分析、研究中可能遇到的難點、解決的方法和措施以及預期目標。
(4)論文開題報告——擬采用的實驗手段,所需科研和實驗條件,估計課題工作量和所需經費,研究工作進度計劃。
(5)論文開題報告——主要參考文獻,列出至少10篇所查閱參考的文獻。
2。論文開題報告的寫作技巧
(1)提出問題注意“層次”
選題是撰寫學術論文的第一步,選題是否妥當,直接關系到論文的質量,甚至關系到論文的成功與否。不同于政策研究報告,學術文章聚焦理論層面、解決理論問題。有的學生的選題不具有新穎性,內容沒有創新,僅僅是對前人工作的總結,或是對前人工作的重復。在選題時要堅持先進性、科學性、實用性及可行性的原則。在提出問題時,要以“內行”看得懂的術語和明確的邏輯來表述。選題來源包括:1、與自己實際工作或科研工作相關的、較為熟悉的問題;2、自己從事的專業某問題發展迅速,需要綜合評價;3、從掌握的大量文獻中選擇反映本學科的新理論、新技術或新動向的題目。
所選題目不宜過大,越具體越容易收集資料,從某一個側面入手,容易深入。
(2)瞄準主流文獻,隨時整理
文獻資料是撰寫好學術論文的基礎,文獻越多,就越好寫,選擇文獻時應選擇本學科的核心期刊、經典著作等,要注意所選文獻的代表性、可靠性及科學性;選擇文獻應先看近期的(近3~5年),后看遠期的,廣泛閱讀資料,有必要時還應找到有關文獻所引用的原文閱讀,在閱讀時,注意做好讀書卡片或讀書筆記。
整理資料時,要注意按照問題來組織文獻資料,寫文獻綜述時不是將看過的資料都羅列和陳述出來,而是要按照一定的思路將其提煉出來。只有這樣,才能寫出好的文獻綜述,也才能寫出好的論文開題報告,進而為寫出好的論文打下基礎。
(3)研究目標具體而不死板
一般論文開題報告都要求明確學位論文的研究目標,但筆者認為,研究目標不宜規定得太死板,這是因為,即使條件一定,目標是偏高還是偏低,往往難于準確判斷,研究工作本身,涉及求知因素,各個實驗室條件不同,具體研究時條件也不同。學位論文選題和研究目標體現了研究工作的價值特征。
關鍵詞:全日制工程碩士;化學工程領域;學科交叉;人才培養模式
化學工程領域含基本無機與有機化工、石油化工與煤化工、精細化工、生物化工、材料化工、冶金化工、環境化工等工業行業。化工產業既是國民經濟建設與社會發展的重要支柱,又與信息、生物、材料、機械、計算機、資源、能源、海洋、航天、國防等高新技術領域相互滲透[1-9]。同時,社會經濟的快速發展對化工產業的產品需求也提出了新的挑戰,迫使傳統化工產業積極開展產品研發和工程技術創新。產業的交叉發展促進了產業結構的調整與升級,與此同時,也促進了高層次應用型工程碩士人才培養模式的改革與探索[6-8]。因此,以化工為基礎的技術革命和技術創新大力發展中高端終端產品迫在眉睫。通過專業學位研究生的培養,以“多學科交叉工程領域”應用型高層次人才培養為目標,搭建高校、企業的橋梁,是實現理論促進生產力發展的重要途徑。
1“多學科交叉”化學工程領域人才培養目標的定位
化學工程領域工程碩士研究生的培養,本著“面向工業界、面向未來、面向世界”的工程教育理念,以西南地區以及國家化工支柱產業發展和社會需求為導向,以實際工程為背景,以工程技術為主線,依托交叉發展的行業需求,培養具有良好的工程職業道德和法規意識,豐富的人文科學素養,強烈的社會責任感,較強的組織管理能力和良好的合作意識,較強的工程技術創新意識和獨立從事創新研發的能力,并能將“交叉學科”工程領域的基礎理論有效應用于化工生產中的產品開發、工程設計、過程裝備設計研發以及工藝技術改造的高層次應用型工程技術和工程管理的人才。
2重慶理工大學全日制化學工程領域工程碩士人才培養現狀
經過多年的建設發展,我校化學工程學科在資源環境化工、精細化工、工業催化、化工裝備與控制等領域已經形成了明顯的優勢和特色。在資源與環境化工領域,針對重慶及西南地區特色資源和社會經濟發展重大需求,建有“重慶市化工廢水與污染控制工程技術研究中心”,與企業聯合建有“重慶市光氣衍生物企業工程技術研究中心”。重點開展天然氣資源精細化利用、化工產業廢水污染控制與資源化、重金屬污染土壤修復和固廢處理等領域的研究。在精細化工與工業催化領域,重點開展催化材料、納米材料、能源材料等化工新材料方面的研究,與企業聯合建有“重慶市化工本質安全協同創新中心”。研究成果主要應用于電子工業、能源化工、天然氣化工、石油化工、煤化工、氯堿化工等領域。在化工過程裝備與控制領域,依托我校化學化工學院的“過程裝備與控制工程”專業和學校“機械工程”一級學科碩士點建設發展。在新型環保設備、新型分離過程設備、化工設備腐蝕與控制技術研發方面形成了自己的特色和優勢,與企業聯合建有“重慶市防腐涂料工程技術研究中心”。在上述學科領域里,由于長期與重慶化工產業界合作,已經形成了基礎研究與工程實際緊密結合的特色發展之路。因此,化學工程領域工程碩士培養已經實現了多學科交叉的人才培養格局,并開展了多學科交叉全日制工程碩士培養模式的改革與探索。通過化學工程與材料工程、機械工程、環境工程、車輛工程、生物工程、控制工程等工程領域的交叉融合,立足于企業的發展和需求,建立了較為完善的實踐教學體系和多家校外實踐教學基地,形成了多學科交叉的大綜合工程性應用型高層次人才培養模式。
3“多學科交叉”全日制化學工程領域課程體系構建
化學工程領域專業學位碩士研究生的培養總體上分為校內與校企聯合的兩階段培養模式。校內培養階段主要完成課程學習,校企聯合培養階段采取實踐、學習研究、論文相結合的培養模式。課程體系按照由基礎向專業方向發展的分模塊化設置,主要包括基礎模塊、基本技能模板與工程交叉融合模板、以及與地區化工產業特點相結合的工程實踐模塊,如圖1所示。在公共基礎模塊,除了設置公共的工程英語,政治和工程數學外,還增設了工程經管課程,培養工程管理人才。在學位基礎課程中,針對化工企業在反應和分離等基礎知識方面,開設了高等反應工程和分離工程,并開設了化工過程設計,以期培養學生的工程設計能力。增設了知識產權和文獻檢索等課程,培養學生在科研成果方面的查詢和寫作能力。在工程交叉融合模板,立足于化工產業與機械工程、材料工程、車輛工程、控制工程、生物工程等方面的融合,每個模塊都開設了3門課組課,比如化工與機械的結合,開設了過程原理與裝備、壓力容器的分析設計、高等化工流體力學等課組課。教學內容上突出化工理論與技術的先進性和實用性,通過精選教學內容,充分利用多媒體等現代化教學手段,采取理論結合實際的案例式教學、以問題為導向的啟發式教學、課堂研討式教學和課程結合課內實驗等教學模式。根據工程碩士人才培養的要求,改革課程教學評價與考核方式,采取筆試、案例分析、小論文等靈活多樣的考核方式,突出學生的問題分析與知識應用能力。實踐教學與學位論文主要在實踐基地完成,可采用集中實踐與分段實踐相結合的方式。通過在具體的生產崗位輪崗和企業主要管理崗位見習學習相結合的方式進行。企業學習培養采取以企業高級技術人員(管理人員)為主、學校指導教師為輔的校企聯合指導的方式,學生在“雙導師”指導下,通過在企業參加實踐活動獲得在實踐中鞏固和深化理論知識、培養學生發現并解決工程實踐問題的能力,在企業完成論文選題和論文研究工作。論文選題應直接來源于生產實際或者具有明確的生產背景和應用價值,論文選題應有一定的技術難度,并有一定的理論基礎,具有創新性、先進性、實用性。
4總結
隨著科技的發展,高附加值的中高端化工產品的發展成為了發展方向,這需要機械,材料,控制工程等為支撐。同樣,科技的發展也引領了產業的深度交叉融合,因此,在高層次的應用型工程碩士培養過程中,需要重新定位多學科交叉下全日制化學工程領域工程碩士的人才培養目標,充分發揮行業和專業組織在培養標準制定、教學改革等方面的指導作用,建立學校與行業企業相結合的專業化教師團隊和聯合培養基地,強化專業學位研究生的實踐能力和創業能力培養,推動學科交叉下全日制化學工程領域工程碩士人才培養改革與實踐。
參考文獻
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摘要:開題報告是學位論文研究工作展開的基準點,對研究工作起到定位作用。要重視開題報告,通過理論思維來發現研究問題。在提出問題時注意“層次”;在搜集文獻時要注意瞄準主流文獻,隨時進行整理;在明確研究目標時,要使研究目標具體而不死板。為了保證碩士研究生的培養質量,提高論文質量,必須進行開題報告評議會,以使專家幫助判斷選題是否有意義,并對研究方法及論文的寫作思路給予切實的指導。
關鍵詞:研究生;開題報告;技巧;方法
在研究生教育的整個過程中,學位論文質量的高低是衡量研究生培養質量的重要標志。而論文質量的高低,很大程度上取決于開題報告做的細致程度。開題報告做的細致,前期雖然花費的時間較多,但寫起論文來就很順手,能夠做到胸有成竹,從而保證論文在規定的時間保質保量地完成;但如果不重視開題報告,視開題報告為走過場,寫起論文來就會沒有目標,沒有方向,沒有思路,可能就要多走彎路,也很難保證論文的質量。
一、開題報告的意義開題報告是研究生在完成文獻調研后寫成的關于學位論文選題與如何實施的論述性報告。開題報告既是文獻調研的聚焦點,又是學位論文研究工作展開的散射點,對研究工作起到定位作用[1]84。寫開題報告的目的,是要請老師及專家們幫忙判斷一下所研究的選題有沒有價值,研究方法是否奏效,論證邏輯有沒有明顯缺陷。因此開題報告就要圍繞研究的主要內容,擬解決的主要問題(或闡述的主要觀點),研究步驟、方法及措施為主要內容。但筆者在工作實踐中發現有很多學生往往在開題報告中花費大量筆墨敘述別人的研究成果,談到自己的研究方法時,往往寥寥數語一筆帶過。這樣,不便于評審老師指導。
二、怎樣寫好開題報告
(一)通過理論思維選擇課題在工作實踐中,發現碩士研究生的開題報告中存在的普遍問題是選題不合適。有的提出的問題太過“平庸”,有的選題范圍太大,研究內容太多、太寬泛,提出的問題不切合碩士生的實際,實踐操作起來難度較大。如有的學生提出的論文題目:“新型中性鎳催化劑的研究及其催化合成聚乙烯、聚丙烯的研究”,此選題有意義,有創新,作者的研究思路也比較正確,但論文選題范圍太大,研究內容對于一個碩士生來說明顯偏多,無法按時完成。因此應重新確定研究內容,注重項目的可操作性。那么如何選擇研究問題呢?這里要強調的是通過理論思維來發現研究問題。理論是由一系列前設和術語構造的邏輯體系,特定領域的理論有其特定的概念、范疇和研究范式,只有在相同的概念、視角和范式下,理論才能夠對話。只有通過對話,理論才能夠發展29。碩博論文要想創造新理論很難,多數是在既有理論的基礎上加以發展。其次,選擇問題是一個“剝皮”的過程,理論問題總是深深地隱藏在復雜的現實背后,而發現理論問題,則需要運用理論思維的能力。這就需要我們不斷鍛煉和提高自己的理論思維能力,需要在日常的學習中,不斷總結和分析以往的研究者大體是從哪些視角來分析和研究問題,運用了哪些理論工具和方法,通過學習和總結來不斷提高自己的理論思維能力,從而選擇具有學術理論價值和應用價值,并與國家經濟建設及導師承擔的科學研究項目緊密結合的研究問題。
(二)做好文獻綜述,為開題報告打好基礎在研究生學位論文開題報告會上,出現的普遍問題是對文獻的研讀不夠,對研究背景的了解不夠深入,對研究方向上國內外的具體進展情況了解不夠全面、詳細,資料引用的針對性、可比性不強。有很多學生沒有完全搞清開題報告與文獻綜述的區別,他們的開題報告有很多僅僅是對前人工作的敘述,而對自己的工作介紹甚少。文獻綜述的基本內容包括:國內外現狀;研究方向;進展情況;存在問題;參考依據。這是對學術觀點和理論方法的同時,文獻綜述還是評論性的,因此要帶著作者本人批判的眼光來歸納和評論文獻,而不僅僅是相關領域學術研究的“堆砌”。要想寫好開題報告,必須認真研讀文獻,對所研究的課題有個初步的了解,知道別人都做了哪些工作,哪些方面可以作為自己研究的切入點,因此,文獻調研的深入和全面程度,會相當程度地影響開題報告的質量,是學生充分發揮主觀能動性的客觀基礎。
(三)開題報告的內容及寫作技巧
1.開題報告的內容一個清晰的選題,往往已經隱含著論文的基本結論。對現有文獻的缺點的評論,也基本暗含著改進的方向。開題報告就是要把這些暗含的結論、論證結論的邏輯推理,清楚地展現出來30。開題報告的總步驟是:課題選擇—課題綜述—論題選擇—開題報告。開題報告的基本內容主要包括:選題的意義;研究的主要內容;擬解決的主要問題(闡述的主要觀點);研究(工作)步驟、方法及措施;畢業論文(設計)提綱;主要參考文獻。為了寫好開題報告,江蘇工業學院研究生部專門出臺了詳細的規定,規定開題報告的一般內容包括:(1)課題來源、開題依據和背景情況,課題研究目的以及理論意義和實際應用價值。
(2)文獻綜述。在閱讀規定文獻量(不少于50篇,其中外文文獻占40%以上)的基礎上,著重闡述該研究課題國內外的研究現狀及發展動態,同時介紹查閱文獻的范圍以及查閱方式、手段。
(3)主要研究內容。包括學術構思、研究方法、關鍵技術、技術路線、實施方案、可行性分析、研究中可能遇到的難點、解決的方法和措施以及預期目標。
(4)擬采用的實驗手段,所需科研和實驗條件,估計課題工作量和所需經費,研究工作進度計劃。
(5)主要參考文獻,列出至少10篇所查閱參考的文獻。
2.寫好開題報告的技巧
(1)提出問題注意“層次”選題是撰寫學術論文的第一步,選題是否妥當,直接關系到論文的質量,甚至關系到論文的成功與否。不同于政策研究報告,學術文章聚焦理論層面、解決理論問題。有的學生的選題不具有新穎性,內容沒有創新,僅僅是對前人工作的總結,或是對前人工作的重復。在選題時要堅持先進性、科學性、實用性及可行性的原則。在提出問題時,要以“內行”看得懂的術語和明確的邏輯來表述。選題來源包括:1、與自己實際工作或科研工作相關的、較為熟悉的問題;2、自己從事的專業某問題發展迅速,需要綜合評價;3、從掌握的大量文獻中選擇反映本學科的新理論、新技術或新動向的題目。所選題目不宜過大,越具體越容易收集資料,從某一個側面入手,容易深入。
(2)瞄準主流文獻,隨時整理文獻資料是撰寫好學術論文的基礎,文獻越多,就越好寫,選擇文獻時應選擇本學科的核心期刊、經典著作等,要注意所選文獻的代表性、可靠性及科學性;選擇文獻應先看近期的(近3~5年),后看遠期的,廣泛閱讀資料,有必要時還應找到有關文獻所引用的原文閱讀,在閱讀時,注意做好讀書卡片或讀書筆記。整理資料時,要注意按照問題來組織文獻資料,寫文獻綜述時不是將看過的資料都羅列和陳述出來,而是要按照一定的思路將其提煉出來。只有這樣,才能寫出好的文獻綜述,也才能寫出好的開題報告,進而為寫出好的論文打下基礎。
(3)研究目標具體而不死板一般開題報告都要求明確學位論文的研究目標,但筆者認為,研究目標不宜規定得太死板,這是因為,即使條件一定,目標是偏高還是偏低,往往難于準確判斷,研究工作本身,涉及求知因素,各個實驗室條件不同,具體研究時條件也不同。學位論文選題和研究目標體現了研究工作的價值特征。
三、開題報告的質量保證為了保證碩士研究生的培養質量,提高論文質量,就必須對開題報告進行評價。開題報告會由3~5位相關學科的專家對開題報告進行評議,與企業合作的重大科研項目可以聘請1~2位相應企業的具有高級職稱的專家參加,不同學科的開題報告的側重點不同。江蘇工業學院研究生部規定學生必須進行開題報告,并規定了統一的格式,設計了專門的開題報告評審表,開題報告會上研究生應對課題進行詳細匯報,并對專家提問做出必要的解釋和說明。開題報告的成績考核以合格、不合格記。評審小組成員最后簽名并給出學生是否合格的評審意見,并以百分制打出具體的分數。開題報告成績不合格者,不得進入課題研究。為了提高論文質量,研究生必須首先從思想上重視開題報告,在平時的學習中注意積累,從各個方面提高能力,尤其要注意培養通過理論思維發現研究問題的能力。開題報告是研究工作的開始,良好的開端為優秀的學位論文奠定了堅實的基礎。
參考文獻:
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