綠色化學工藝的案例范文

時間:2023-11-23 17:52:06

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綠色化學工藝的案例

篇1

關鍵詞 綠色化學教育 精細化工工藝學 教學實踐

綠色化學又稱環(huán)境友好化學,是一門從源頭上阻止污染的化學,核心是“原子經濟性”和“5R”(Reduciton、Reuse、Recycling、Regeneration、Rejection)原則[1],其與轉變經濟發(fā)展方式,建立環(huán)境友好與資源節(jié)約型社會,實現(xiàn)人類社會的可持續(xù)發(fā)展緊密相連。

“精細化工工藝學”是應用化學類專業(yè)的一門專業(yè)課,主要介紹精細化工產品的生產原理、工藝、設備等內容,使學生對精細化學品的生產工藝有較系統(tǒng)的了解和掌握[2]。精細化學品與人們的生活息息相關,其傳統(tǒng)工藝往往具有三高(高能耗、高污染、高排放)的特點,這與綠色化學背道而馳。為此,筆者將綠色化學教育滲透于“精細化工工藝學”教學,取得了良好的教學效果。

1 進行綠色化學教育滲透的意義

人類所共同面對的環(huán)境問題決定了開展綠色化學教育的必要性和緊迫性。綠色化學教育既是素質教育的重要內容,也是培養(yǎng)學生社會責任感的需要,更是培養(yǎng)創(chuàng)新能力的需要。

立足于專業(yè)課的綠色化學教育,有利于綠色化學知識和專業(yè)知識的有機融合,有利于培養(yǎng)學生的環(huán)保意識及科學人文素養(yǎng),有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力,更有利于培養(yǎng)未來“工程師”們的綠色化學能力,為從長遠和根本上防止污染、實現(xiàn)人類與環(huán)境的和諧發(fā)展奠定堅實的基礎。因此,21世紀綠色化學教育必將迎來新的機遇與挑戰(zhàn),在專業(yè)教學中滲透綠色化學內容,加強學生的綠色化學意識,具有極其深刻的意義[3]。

2 進行綠色化學教育滲透的措施

2.1 培養(yǎng)學生的綠色化學意識

教師必須適時灌輸綠色化學思想,教導學生依據“5R”原則選擇綠色的工藝路線,在無法避免使用或產生有毒有害物質時,必須采取有效的保護和消害處理措施。同時引導學生觀察和認識生活、生產中的綠色化學現(xiàn)象,鞏固和加深綠色化學知識,如:觀察并理解在日常生活中使用帶有“無氯氟烴”標志的冰箱、空調產品有利于防止對臭氧層的破壞;使用無磷洗衣粉可以減輕水體富營養(yǎng)化等。

教師必須結合教學實際,采取積極有效的方法和途徑,切實提高學生的綠色化學意識,使學生在潛移默化中受到良好的綠色化學教育,使綠色化學教育在學生思想中達到由“要求”變成“需求”的境界。

2.2 以實驗“綠色化”促進綠色化學教育滲透

在“精細化工工藝學”和“精細化工實驗”教學內容“理實一體化”的基礎上,將理論課中的典型案例和實驗項目對應起來,并引入綠色化學方法來設計實驗教學。在改裝后的微波爐中進行了“食品添加劑苯甲酸合成”實驗教學[4],具體步驟是:(1)在圓底燒瓶中投入1 g無水碳酸鈉、0.015 mol高錳酸鉀、0.01 mol氯化芐、0.2 g四丁基溴化銨及50 mL水放入微波爐,接好微波截止管和冷凝管,設置微波功率為750 W,反應時間15 min,啟動微波爐。(2)反應完畢,冷至室溫,濾出二氧化錳回收。(3)濾液用6 mol/L鹽酸中和,可析出苯甲酸。(4)加熱趕出二氧化碳,冷卻,抽濾,干燥,得苯甲酸晶體,產率85%~87%。整個實驗試劑用量少,副產物回收,不污染環(huán)境,避免了常規(guī)合成用亞硫酸鈉或草酸溶解副產物二氧化錳的操作工序,實現(xiàn)了工藝綠色化。

將綠色化學理念引入到精細化工實驗教學中,通過采用微波技術、微型實驗等手段,讓學生在實踐中親身體驗綠色化學,促進了綠色化學教育在“精細化工工藝學”教學中的滲透。

2.3 以綠色化學案例進行綠色化學教育滲透

案例教學法具有生動具體,直觀易學的優(yōu)點,能充分調動學生的學習積極性和主動性,達成良好的教學效果[5]。由于精細化工產品數量眾多,筆者對每一大類精細化學品都精選出3~5個典型案例(如:表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉合成、非離子表面活性劑OP-10的合成、增塑劑鄰苯二甲酸二辛酯(DOP)的合成、食品添加劑乳酸的合成、食品添加劑苯甲酸的合成、聚醋酸乙烯乳液的制備及應用等)進行教學,然后根據綠色化學“5R”原則,分別從原料、催化劑、反應、溶劑、產品、綠色化等不同角度對案例進行綠色化學設計,以培養(yǎng)學生綠色化學能力。

2.3.1 以“原料綠色化”案例進行滲透

綠色化學致力于采用無毒、無害原料――碳酸二甲酯(DMC)、雙光氣、三光氣等替代傳統(tǒng)的對環(huán)境有害的物質如氫氰酸、光氣、苯、氯氟烴、硫酸來生產精細化學品。例1:在第4章“合成材料助劑”中,介紹了可廣泛應用于聚酯等工程塑料阻燃劑溴代聚碳酸酯[6](BPC)采用非光氣物質碳酸雙(三氯甲酯)代替劇毒光氣,實現(xiàn)了安全環(huán)保的綠色工藝技術。例2:在第7章“涂料”中,分析了涂料主要成膜物質之一的聚氨酯的主要原料氰酸酯單體HDI的合成工藝[7],傳統(tǒng)工藝采用劇毒光氣(COCl2)嚴重污染和危害環(huán)境,現(xiàn)以綠色原料DMC代替光氣來合成。原料綠色化,可從源頭上控制和減少污染,也是實現(xiàn)綠色化學的一個重要方面。

2.3.2 以“催化劑綠色化”案例進行滲透

催化劑是許多化學反應中必不可少的,而傳統(tǒng)精細化學品合成中催化劑主要是一些酸堿或重金屬做催化劑,排放到環(huán)境中會造成嚴重的環(huán)境污染。近年來,國內外都在大力開發(fā)高效、環(huán)境友好催化劑,如:分子篩、固體超強酸等。

例3:在第3章“表面活性劑”中,對表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉[2]合成案例進行了分析,其首先采用綠色催化劑分子篩合成十二烷基苯,同采用HF催化合成工藝相比較,易于自然分解和高洗滌特性的十二烷基苯異構體分別提高了37%、5%。例4:第4章“合成材料助劑”的通用增塑劑鄰苯二甲酸辛酯(DOP)合成時,用固體超強酸綠色催化,通過催化劑循環(huán)使用和省略了H2SO4中和工序,減少了三廢排放,提高了產品收率和品質。

2.3.3 以“化學反應綠色化”案例進行滲透

綠色化學注重最大限度地利用原料,最大限度地減少副產物,減少廢物的排放,或使此反應的副產物成為彼反應的原料。從原子的角度講,盡可能使原料中的原子百分之百參與目標產物的形成,從而達到提高原子經濟性。例5:在第3章“表面活性劑”中“非離子表面活性劑OP-10的合成”的案例中,剖析了涉及的主要原料環(huán)氧乙烷的綠色化學反應:

(1)傳統(tǒng)工藝:

原子利用率為:[44/(28+71+74)]×100%=25%

(2)綠色化學工藝:

原子利用率為:[88/(56+32)]×100%=100%

和工藝(1)相比,工藝(2)原子經濟性大大提高,是典型的綠色化學工藝。

2.3.4 以“溶劑綠色化”案例進行滲透

精細化工產品生產所出現(xiàn)的污染,不僅來源于原料和產品,往往還會源自于溶劑。大部分精細合成工藝均需要有機溶劑,傳統(tǒng)有機溶劑如苯、甲苯、甲醛等都存在有毒、易揮發(fā)、易燃燒等諸多不足,不符合綠色化學要求,因此在教學過程中有必要對綠色溶劑(如水、超臨界流體、離子液體等)加以介紹。例6:在第7章“涂料”中,介紹了在涂料的制備過程中,往往要用到大量的甲苯、二甲苯等對環(huán)境有害的溶劑,引導學生在滿足工藝的條件下用綠色溶劑――水取代有毒有機溶劑。例7:在第8章“香料”中,介紹了CO2在超臨界狀態(tài)下具有常規(guī)液體的溶解度,高的傳質速度,大的可壓縮性,且無毒、不可燃、廉價的諸多優(yōu)點,從而可取代萃取法提取天然植物香料中的有毒、有害溶劑。此外,CO2還可以用來代替氟氯烴作苯乙烯泡沫塑料發(fā)泡劑,實現(xiàn)綠色化學生產。

2.3.5 以“產品綠色化”案例進行滲透

產品綠色化就會減少甚至杜絕對環(huán)境造成損害,實現(xiàn)綠色化學。例8:在第3章“食品添加劑”中,對“食品添加劑乳酸的合成”案例進行了綠色化學設計,介紹了綠色產品――聚乳酸,乳酸可由再生生物質資源通過發(fā)酵的方法得到,聚合后成為聚乳酸。聚乳酸因其優(yōu)良的物理化學性能、生物相容性、生物可降解性、對環(huán)境及人體無毒害作用,可代替帶來“白色污染”問題的聚苯乙烯材料,是可再生并循環(huán)利用的綠色塑料[8]。

例9:在第7章“涂料”教學時,綠色化設計了“聚醋酸乙烯乳液的制備與應用”案例,向乳液樹脂添加中空陶瓷珠子后得到的乳膠涂料是良好的節(jié)能涂料[9],具有高反射比、高輻射率、低導熱系數、低蓄熱系數、保溫隔熱等優(yōu)異性能,是綠色精細化工產品。

3 結束語

總之,教師要依據綠色化學5R原則,從原料、催化劑、反應、溶劑、產品的綠色化等角度出發(fā)充分挖掘和加工教材內容,并始終堅持把綠色化學教育滲透于專業(yè)課程教學之中,從而讓學生認同綠色化學,從事綠色化學工作與研究的能力得到培養(yǎng),成為未來“綠色化學”的堅決踐行者。

參考文獻

[1] 徐常龍,曹小華,劉新強等.實驗技術與管理,2009,26(11):137-139

[2] 宋啟煌.精細化工工藝學.北京:化學工業(yè)出版社,2004

[3] 樂傳俊,顧黎萍.化學教育,2009,30(3):11-12

[4] 白林,張力,陳明凱.化學世界,2001,42(9):470-471

[5] 黃俊嫻.化學教育,2010,31(8):47-48

[6] 樊真.塑料助劑,2007,(4):17-20

[7] 吳魏,翟濤,田恒水.廣東化工,2009,36(8):36

篇2

【關鍵詞】仿古建筑設計;概念;特點;基本樣式;思路

1.仿古建筑的概念和特點

中國是世界文明古國之一。中國建筑文化歷史悠遠,形成獨特,建筑物造型優(yōu)美,結構嚴謹,宏偉中不失細膩,莊嚴中不失優(yōu)雅?!胺鹿沤ㄖ迸c古建筑幾乎相同,但它已經完全脫離了具體型式的案臼,如果僅停留在型式上的理解,那么對傳統(tǒng)建筑的因襲照搬就在所難免,也是對仿古建筑形式的偏見。所以說對“仿古建筑”一詞全面和準確的表述是模仿古建筑設計的外在表現(xiàn)形式。

中國古代建筑特點體現(xiàn)在使用木材作為主要建筑材料,并保持構架制原則。為了保護木材,表面需加油漆,在長期的發(fā)展演變中,中國古代建筑形成獨具特色的彩畫制度,令世人嘆為觀止。鑒于木結構的耐火性很差且使用周期短,在現(xiàn)今建筑中已經不提倡使用;而構架制的結構形式和現(xiàn)在的鋼筋混凝土框架結構極為相似:傳力途徑明確,主體的承重結構和圍護結構分開。這就說明框架結構是最能體現(xiàn)古建筑精髓的結構形式。這也為室內空間的靈活布局創(chuàng)造了條件。中國古代建筑中,常用多種多樣的罩、掛落、隔扇、屏等自由靈活地分隔室內空間。但彩畫制度這一形式在現(xiàn)今的鋼筋混凝土結構中也只能通過外貼或噴繪等裝修手段才能達到。

2.仿古建筑的基本樣式

建筑的外部形態(tài)是在滿足了功能和結構前提下的美化。西南地區(qū)穿斗式木構民居的平面布局是以“間”為構成單位而組建成單座建筑,再以單座建筑組成庭院?,F(xiàn)代人對居住空間有了更高的要求,不但結構多樣,功能的劃分也愈加豐富,這是傳統(tǒng)民居的“間”所不能滿足的。因此,仿古建筑要為今所用,就不得不作出改變。今天的“仿”主要是對古建筑的外觀造型、裝飾部件和建筑色彩的仿,對建造工藝仿的較少,柱、枋、?、斗拱等主要構件在仿造中被鋼筋水泥替代,純粹成為了體現(xiàn)“古”的裝飾元素。“古色古香”是現(xiàn)代人對古老的東西最直白的感嘆,因為色的搭配能引發(fā)人們對古的感受,中國古建筑在幾千年的發(fā)展歷程中形成了其獨特的色彩搭配體系,在重慶的仿古建筑中則主要體現(xiàn)了原木色的柱與枋,青色板瓦、白墻。

3..工程案例概況

近期所內通過幾個項目對仿古建筑的規(guī)劃和設計進行了很好地實踐。如下文提到的項目為東海半邊山五彩漁鎮(zhèn)項目,位于東海半邊山旅游度假區(qū)的新鶴片區(qū),北臨居民點,東至新鶴沙灘,西、南接四季漁村。項目基地周邊比鄰歡樂海洋、品尚度假等主要項目。五彩漁鎮(zhèn)項目由三塊用地組成,總用地面積約18.31萬平方,計容建筑面約16.14萬平方米。其中本次報建項目為其中一塊標編號ZX01-09地塊,用地面積15.53萬平方米,容積率1.0,計容建筑面積約15.53萬平方米。

4.仿古建筑的做法

在仿古建筑設計實踐中,新老工藝結合運用常見三種形式。其一是基本繼承傳統(tǒng)古建筑的木、磚、石構造做法,局部隱蔽部位采用新工藝以彌補傳統(tǒng)工藝做法的不足。如在建筑的基礎采用現(xiàn)代地基基礎設計規(guī)范予以處理,使古建筑中常出現(xiàn)的基礎沉降現(xiàn)象得到改善;在建筑屋面系統(tǒng)隱蔽部位增設現(xiàn)代材料的防水層,有效延長了仿古建筑屋面系統(tǒng)的使用壽命。第二種是主體構造框架應用鋼筋混凝土或鋼結構,并通過古建筑傳統(tǒng)裝修方法如天花、藻井、走馬板、油飾彩畫等,使其構造框架處于隱蔽部位。其他細部構件采用傳統(tǒng)工藝做法。這種結合方式既能較好體現(xiàn)古建筑的神韻,降低建筑成本,對建筑的主體構造也起到加強作用。第三種則是基本上采用現(xiàn)代混凝土施工工藝去完成對古建筑形體的塑造,通過裝修裝飾的手法去體現(xiàn)古建筑的特點。這種方式的優(yōu)點是大量應用了現(xiàn)代建筑技術,但復雜且精細的裝飾構件通過混凝土來實現(xiàn)是對施工工藝的考驗。

如何利用鋼筋混凝土結構來實現(xiàn)古建筑中的各個節(jié)點和構件?接下來我們通過下文來闡述仿古建筑的設計的幾個要點。

(一)合適的柱網開間

仿古建筑有較為規(guī)整的開間模數, 考慮到一扇木門的寬度在500mm到600mm之間,一般在3.6米到4.5米之間,每開間做四門或者六門。

(二)合適的層高比例

仿古民居一般做兩層,較低樓層層高高,較高樓層層高矮。為適應現(xiàn)代建筑的功能布局,一般首層可控制在3.3米左右,二層2.8米左右。

(三)準確的軸線定位(結構軸線、木構軸線)

仿古建筑的主體結構仍為鋼筋混凝土結構,本身有一套柱網體系。但仿古建筑仿的是木結構,故另需要一套反映木構裝飾的軸網體系。兩套軸網在大部分情況下基本一致,但在一些入口變化的地方,為保證外在的木結構開間的一致,剛勁混凝土柱位需要往里退。

(四)多樣的墻身的做法

通過實地考察我們總結出仿古建筑的幾種立面,反映到構造上就是幾種墻身的做法。

4.結語

仿古建筑的興起既有歷史的緣由,又符合現(xiàn)實的需要。它雖是現(xiàn)代機械化的產品,但我們也不能忽視其體系中承載的文化記憶,簡單地把中國古典元素同西方建筑理念組合起來,難免會落于俗套,給人留下索然無味的感觸。在經濟建設與文化復興兼顧發(fā)展的今天,文化不應該成為發(fā)展經濟的墊腳石或裝飾品,更不能將仿古建筑作為表現(xiàn)文化的唯一手段,因為歷史與社會總是在發(fā)展,人類的建筑文明始終該有新的篇章。

參考文獻

[1]鄒德儂,戴路,張向煒.中國現(xiàn)代建筑史[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2010.

篇3

從電化學的角度出發(fā),介紹了陽極氧化和電解拋光原理以及電解液的選用,分析和討論這兩種工藝的應用及其優(yōu)缺點,讓學生理解化學知識與專業(yè)實際息息相關,與工程技術緊密聯(lián)系,并能學以致用。

改革教學方法,貫徹啟發(fā)式學習理念

培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維是教育的關鍵,而創(chuàng)新源于興趣、起于自主、發(fā)于嘗試。傳統(tǒng)“教師中心論”的教學模式,教師處于完全的主導地位,在課堂上只向學生灌輸知識,而不注意把握學生的心理,這與創(chuàng)新格格不入。因此要改革教學方法,貫徹啟發(fā)式學習理念,充分調動學生學習的積極性。

(一)理論講授要精心設計,遵循學生認知思路,突出以學生為中心的教學模式教學活動是學生在教師的指導下進行的有目的、有計劃的學習活動?;瘜W基本原理中大量公式的教學,應當是在教師引導下訓練學生有意識地進行抽象邏輯思維活動。教師要設計一系列問題,并留出學生積極思考的時間,通過師生間的討論和交流,使學生主動得出結論。如在講授化學熱力學中化學反應方向的判斷時,教師可以設計下列的教學程序。首先,在壓力為標準態(tài)和溫度為298.15K時,判斷標準是ΔrGθm(298.15K),它可以由參與反應的各個物質的ΔfGθm(298.15K)而計算出來,這一點學生都清楚。其次,教師引導學生思考“若壓力仍是標準態(tài),但溫度不是298.15K,該怎么辦?”并提示ΔrHθm(T)和ΔrSθm(T)與溫度無關,提醒學生可以用吉—亥公式求解。然后,進一步發(fā)問:“若壓力不是標準態(tài),溫度也不是298.15K,該怎么辦?”此時提示學生利用熱力學等溫方程式中的ΔrGm與ΔrGθm的關系,將非標準狀態(tài)化為標準狀態(tài),從而求解。通過學生和教師間的這種互動、提問、設疑、解答,學生在自覺、主動、多層次的參與過程中不但學會了復雜的化學反應原理,而且也掌握了分析問題、解決問題的科學方法。

(二)應用部分要勇于放手,讓學生走向講臺教育的關鍵是使學生具備將所學知識應用于實際的能力?;瘜W應用部分的目的正是培養(yǎng)學生利用所學的化學原理分析、解決工程實際問題的能力。在學生課后自學和相互討論的基礎上,學生和教師換位,由學生講解該部分內容,對專業(yè)中遇到的實際問題,如金屬腐蝕的防護與利用上升到化學原理加以分析,論述自己的觀點。學生為了講解清楚課堂內容必須認真預習,做好充分的準備。因此,他們在主動獲取知識的同時,無形中提高了對這門課程的學習積極性。

(三)改革考試方法,以課程論文、實驗設計代替閉卷考試學生學學化學的基本原理和方法的目的不是為了成為化學家,而是具備基本的化學素養(yǎng)的化學思維,能以化學的眼光、角度、世界觀分析和解決工程實際中遇到的化學問題。若通過做習題來檢測學生的學習效果,不管是開卷或閉卷的考核形式都沒有意義。相反,布置課程論文,讓學生在查閱資料的基礎上,對一些典型案例抽象化,建立理論模型,再用課堂上所用的原理進行分析,提出自己的見解;或者要求學生運用化學基本原理,結合專業(yè)特點,對自己感興趣的內容自行構思、自擬方案,完成一個綜合實驗設計,并通過實驗驗證。這兩種方式表面上不直接考察學生理論知識,實際上考察他們運用理論知識解決實際問題的能力是更深層次的要求[4]。實踐證明,布置論文或綜合實驗設計的考核方式行之有效,很多學生寫出了較高質量的論文,大學化學實驗設計也深受學生歡迎,真正達到了培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的目的。

(四)開設專題講座,配合課堂教學抽出一定時間講授綠色化學、新型化學電源、膜分離、納米材料、超分子、生物芯片等體現(xiàn)科技發(fā)展前沿的內容[5]。專題講座可以拓展學生的視野,加大教學信息量,把枯燥的理論知識變得生動、鮮明而易于理解和掌握,同時使學生體驗到化學與人類的美好生活、科技的繁榮、生產的進步息息相關,感受到化學無比廣闊的應用前景,認識到化學是一門滿足人類、社會需要的具有實用型、創(chuàng)造性的中心科學,從而激發(fā)學生學習化學、學好化學、用好化學的熱情,啟迪學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識。

實行本科生導師制、以科研促進教學

21世紀對未來人才的要求,不僅要具有寬厚的基礎知識和專業(yè)知識,更應該具備創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力。著力培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神應當成為大學化學課程教學中的一項重要內容,而提高學生科研能力則是培養(yǎng)其創(chuàng)新精神的立足點、突破口??蒲泄ぷ鞯膶嵸|是一種發(fā)現(xiàn)新問題、提出新見解、擬定新對策的創(chuàng)造性活動,而發(fā)現(xiàn)、分析和解決新問題的過程,正是一個人創(chuàng)新意識、創(chuàng)造性思維能力和創(chuàng)造能力及奉獻科學精神的全面展現(xiàn)過程。學校通過實行本科生導師制,給每一名學生指定一位導師,確定學生的科研方向。在導師的具體指導下,學生首先了解科學研究的思路和方法,然后結合自己的知識結構,在教師的科研項目中選擇合適的研究切入點,不求研究體系的完整性和理論的突破,通過收集文獻、查閱資料,擬定出研究方案和主要技術路線,把握研究特色或關鍵因素,努力將自己研究的課題做精做深,實現(xiàn)有價值的創(chuàng)新[6]。科研主要是創(chuàng)新,而創(chuàng)新以基礎理論知識的掌握為基礎,基礎理論因創(chuàng)新而體現(xiàn)活力。沒有牢固掌握大學化學的基礎理論不可能完成相應課題的研究,若學生成功完成了自己的課題研究,那么他們對教材上相應知識點的理解會更加深刻。