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持續推進:膜分離實驗教學的探索之路

文字:[大][中][小] 手機頁面二維碼 2018/9/18     瀏覽次數:    

持續推進:膜分離實驗教學的探索之路

化工基礎實驗作為一門基礎實驗課,其教學目標不僅要達到對課堂教學內容的強化認知、對書本理論知識的補充深化,更是要掌握一些化工學科的技能。作為中科大化學學科的一門工科類基礎實驗課,化工基礎實驗的授課對象大多數是理科化學的本科生。畢業后無論是出國深造還是從事應用開發的研究工作,僅僅掌握和了解一些常規的分離技術,如吸收、精餾、吸附,是遠遠不夠的,還需要了解和掌握一些新型的分離技術。


膜分離技術由于兼有分離、濃縮、純化和精制的功能,又有節能、環保、分離過程簡單、易于控制等特性,目前已經廣泛應用于食品、醫藥、環保、化工、水處理等領域,已成為當今分離科學中重要的手段之一。有必要將膜分離的教學引入到化工實驗中,讓學生們熟悉并掌握這一重要的技術手段。


作為化學實驗教學示范中心,中科大化工基礎實驗團隊本著貫穿始終地提供優異課程、持續地推進教學水平、努力地建設有特色的實驗內容的思想,自2001年開始先后在211大學建設專項、大學建設專項、985高校專項的支持下,結合中科大功能膜研究室的科研成果,開設了十多個膜分離相關的化工實驗。如“乳酸發酵-陶瓷膜過濾-雙極膜轉化集成”實驗、“卷式擴散滲析回收廢酸”實驗、“雙極膜電滲析制取無機酸和堿”實驗等,多年來,通過教學內容和教學模式的創新與探索,膜分離教學收到了良好的反響。


在建設方法上,化工基礎實驗團隊堅持:

1.實驗內容與學科前沿同步




納濾法分離糖鹽水溶液設備

如在2003年就設計并開設了“納濾法分離糖鹽水溶液”實驗,源于在科研工作和實際化工生產中遇到的一些廢液中的糖和鹽的分離問題。學生在掌握工程實驗研究方法的同時,也可初步培養將研究成果轉化為生產力的意識。


2.同一實驗項目持續建設

在力求實驗內容與學科前沿同步的前提下,團隊堅持同一實驗項目建設。在持續建設過程中,一方面通過更新升級實驗設備實現,另一方面利用原有的實驗設備開設新的實驗內容來實現,使化工教學資源的利用大化,節省經費。如30 升的超濾分離設備,不僅作為明膠水溶液分離實驗用,還結合其它設備作為發酵液的預處理設備。


3.實驗類型多樣性


超濾膜組件的裝配

目前的膜分離實驗項目除了基礎單元操作為主的基礎實驗,還包括了若干步驟組合而成的設計性實驗和綜合實驗。在設計過程中盡量考慮傳統和新技術的綜合并用,滿足學生的不同需求,并通過新的授課方式,使得設計型和綜合實驗項目在教學中得以實踐五分时时彩。


4.自制儀器的建設


卷式擴散滲析裝置:自制(左)與合作開發(右)

針對目前還不成熟的膜分離教學設備市場,結合自身的需求,和其它單位合作開發,避免了手工制作簡陋與效率低的弊端。如功能膜研究室和合肥科佳公司合作開發的卷式擴散滲析裝置,改進后的設備兼具美觀、規范和便于操作講解的優點,更適合在實驗教學和科研中使用。



小型電滲析設備(左)與膜電阻測試裝置(右)


同時更多的新型膜分離設備的加入也為教學和科研的工作起到了積極的推進作用。如“電滲析設備”、“膜電阻測試裝置”等。


作為本科實驗教學的重要組成部分,經過化工基礎實驗團隊老師們十多年來的努力和持續建設,已經形成了一批以膜分離為特色的綜合型和設計型的分離工程實驗項目,探索出一條教學和科研的和諧之路。



論文與教材:

1. 馮紅艷, 徐銅文, 高明麗 科研助力教學打造自制化工教學儀器 ,大學化學,2016 Vol. 31 (11): 56-60

2. 馮紅艷,徐銅文,王曉林,楊偉華。發酵過程與雙極膜電滲析的集成操作——介紹一個分離與反應技術一體化的化學工程實驗,大學化學. 2015, 30 (1): 59-63.

3. 馮紅艷,楊偉華,徐銅文.化工基礎實驗特色實驗內容的持續建設,化工高等教育,2014.1, 67~70

4. 傅延勛,楊偉華,瞿其曙,徐銅文.對理科化工基礎實驗內容的設置與改革構想.大學化學,19(1):30-32

5. 馮紅艷,徐銅文,楊偉華,傅延勛,化學工程實驗,中國科學技術大學出版社,2014.01


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