为解决物理化学电化学实验“重验证、轻探究”“理论与前沿脱节”的教学痛点,响应氢能产业对创新人才需求,本文基于“科研反哺教学”理念,设计Fe-N-C氧还原电催化剂制备及性能测试综合实验。通过气相沉积碳化方法合成Fe-N-C催化剂,在0.1 M HClO4溶液中,其半波电位达到0.78 V(vs. RHE),随后运用于质子交换膜燃料电池,其峰值功率密度为761 mW·cm-2。教学中,实验将电极过程动力学等理论融入全流程,通过基础操作-关联探究-自主优化训练,强化设备实操与理论应用能力,培养学生科研思维。该实验实现物理化学教学与前沿科研、产业需求的衔接,为课程改革提供可行范式,对提升学生综合素养具有重要意义。
酶催化实验教学是《物理化学》课程中化学动力学基础章节的重要内容。针对传统实验内容与前沿科研成果脱节、学科壁垒高、学生创新能力培养不足等问题,本文设计了构建TACN/β-CD超分子纳米酶用于催化降解神经毒剂模拟物的化学创新实验,通过调控TACN和β-CD的结合比例及其与锌离子催化中心的配位作用,考察了超分子纳米酶的催化性能。该实验融合了有机、无机、物化和结构表征等多学科知识和实验操作,重构了实验教学内容与方法,为科研成果融入实验教学,深化学生对课程内容的理解,提升实验教学质量提供了理论和实验支撑。
目的:为优选适用于批量土壤有机质(OM)测定的重铬酸钾容量法,系统比较油浴法、微波消解法与COD消解法在正确度、精密度及适用性方面的差异。方法:依据NY/T 1221.6-2006,采用油浴、微波和COD消解三种外加热方式完成土壤有机质氧化,硫酸亚铁铵滴定剩余重铬酸钾,计算有机碳并换算为有机质。结果:实验结果表明,油浴法(硅油)正确度最高,RSD 1.52%~5.04%,适合大批量高、中、低含量样品;微波消解法正确度略低,RSD 0.68%~1.96%,密闭消解无交叉污染,但设备购置与维护成本高;COD消解法正确度次之,RSD 0.94%~1.66%,操作简单且成本低,但单批处理量受限。结论:油浴法(硅油)适用于高准确度、大批量检测;COD消解法为小批量快速测定首选;微波法适用于对操作环境要求较高的实验场景。研究为实验室依据样品量、准确度及成本要求合理选择重铬酸钾容量法提供依据。
在产学研结合成为高等教育改革核心方向、化工产业向绿色低碳转型的双重背景下,应用型高校《化学工艺学》课程面临理论与区域产业需求脱节、难以提升学生工程问题解决能力、科研素养锻炼不足等现实困境。本文以培养石油化工产业发展的高素质人才为目标,结合《化学工艺学》“实践性、应用性、前沿性”特点,融入美克化工、塔里木石化等巴州本地企业资源及科研元素,从课程内容完善、教学模式优化、强化考核机制三个方面,探索产学研结合背景下的课程改革路径。通过整合石油化工企业真实案例、构建“校企协同”教学模式、开展学生科研思维培养,实现课程教学与化工实际生产和前沿领域的深度对接,有效提升学生工程实践能力与创新思维,为高校化工类专业课程产教融合改革提供参考。
针对当前中药分析实验课程中验证性实验比例偏高、综合设计性训练不足的问题,构建以山银花多糖制备与表征为核心的综合实验教学方案,将天然产物多糖研究技术路线转化为模块化教学内容。该实验体系包括提取纯化、光谱、色谱分析与数据处理等关键环节,并通过实验流程重构与任务驱动设计,实现知识学习与科研思维训练的融合。该方案的技术路线完整、实验难度梯度设置合理,且与教学条件相匹配,具备良好的教学实施可行性与课程应用潜力,可为中药分析类综合实验教学改革提供参考范式。
采矿和冶炼活动导致含砷(As)和锑(Sb)等类金属污染物大量排入环境,对水体安全构成严重威胁。针对As和Sb共存废水处理效率低、成本高及二次污染等问题,本研究以香蕉秸秆为原料,采用碱活化与四氧化三铁(Fe_3O4)负载协同改性法制备功能化生物炭(BC-Fe_3O4),用于含As、Sb洗矿废水的同步修复。通过扫描电镜(SEM-EDS)和X射线衍射(XRD)表征其结构特征,并系统考察了生物炭添加量与反应时间对As和Sb的去除影响。结果表明,Fe_3O4颗粒成功负载于生物炭表面,形成均匀的片层结构;当添加量为30 mg、反应时间为6 h时,BC-Fe_3O4对模拟废水中As和Sb的去除率分别达到93.2%和99.6%,其处理后浓度均满足地表水三级标准。本研究制备的BC-Fe_3O4兼具高效吸附、氧化还原活性与磁分离特性,为类金属共存污染废水的高效与可持续修复提供了新思路与理论支持。
《资源化工工艺》是化学工程与工艺专业的核心课程,是一门重要的、具有理论性、应用性、综合性的学科基础课程。在“双碳”背景下,认识利用可再生生物质资源替代传统化石原料已成为国家的重要发展战略。在课程教学中将生物质碳源应用于绿色能源太阳能热能转化的科学研究过程案例融入生物质化工章节,培养学生在资源化学加工实践中环境保护及可持续发展的理念及内涵,推动化学工业的可持续发展。
基于新形势下国家战略发展对化学材料科学领域创新人才培养的新要求,探究性实验作为培养科研思维和创新能力的实验课程,能有效激发学生利用所学知识解决科研问题的兴趣。本实验把科研成果与教学需求相结合,通过溶胶-凝胶法合成了疏水纳米二氧化硅涂层,并对样品结构和形貌进行了表征,研究了不同合成条件下其疏水性能的变化规律。学生通过本实验不仅可以提高学生制备改性纳米材料的能力,还能掌握常用大型仪器设备的使用,提高学生专业认知水平,培养同学们的团队合作精神,提升科研素养。
磁铁矿仅在强酸条件下(pH=3.0)在类芬顿反应中表现出高催化活性。本研究考虑电镀废水尾水偏中性的实际情况,报道了磁铁矿可实现在中性条件下催化过硫酸盐(PDS)选择性破络Cu-EDTA的新发现。本文通过水热法、共沉淀法和商品购买三种方式制备了磁铁矿催化剂,并比较其晶型结构、纳米尺寸和催化破络效率,证明了水热法制备的磁铁矿具有最佳的综合性能。磁铁矿在中性或碱性pH值下相对稳定,但在酸性pH值下极其不稳定。深入研究表明,Cu-EDTA原位破络后的Cu2+静电吸附到磁铁矿表面在PDS活化过程中起着至关重要的作用。吸附的Cu2+容易被磁铁矿上的结构Fe(Ⅱ)还原生成Cu+离子进入溶液,Cu2+离子催化PDS进一步实现Cu-EDTA的快速破络。本研究提出的新机理为环境修复中天然矿物对PDS的活化提供了更准确的认识和理解。
以玉米淀粉为原料,(3-氯-2-羟丙基)三甲基氯化铵为醚化剂,制备季铵烷基玉米醚化淀粉,并以其为基材制备淀粉膜。以拉伸强度为评价指标,系统考察甘油、柠檬酸、壳聚糖、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠和明胶等助剂对淀粉膜机械性能的影响。在单因素试验基础上,采用响应面法优化醚化淀粉膜的制备工艺,并进一步探究其水蒸气透过率。结果表明,醚化淀粉膜的最优工艺条件为:甘油0.20 mL、柠檬酸0.20 g、壳聚糖0.20 g、海藻酸钠0.30 g、羧甲基纤维素钠0.40 g、明胶0.30 g。在此条件下制备的醚化淀粉膜拉伸强度为5.240 MPa,高于玉米淀粉基膜(4.010 MPa);水蒸气透过率为0.538 g·cm-1·s-1·Pa-1,低于玉米淀粉基膜(0.823 g·cm-1·s-1·Pa-1)。研究表明,季铵烷基玉米醚化淀粉膜在机械性能与水蒸气阻隔性能方面均优于玉米淀粉膜,在食品包装材料领域具有较好的应用潜力。