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持续推进:膜分离实验教学的探索之路

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2018-9-18     浏览次数:    

持续推进:膜分离实验教学的探索之路

化工基础实验作为一门基础实验课,其教学目标不仅要达到对课堂教学内容的强化认知、对书本理论知识的补充深化,更是要掌握一些化工学科的技能。作为中科大化学学科的一门工科类基础实验课,化工基础实验的授课对象大多数是理科化学的本科生。毕业后无论是出国深造还是从事应用开发的研究工作,仅仅掌握和了解一些常规的分离技术,如吸收、精馏、吸附,是远远不够的,还需要了解和掌握一些新型的分离技术。


膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能,又有节能、环保、分离过程简单、易于控制等特性,目前已经广泛应用于食品、医药、环保、化工、水处理等领域,已成为当今分离科学中重要的手段之一。有必要将膜分离的教学引入到化工实验中,让学生们熟悉并掌握这一重要的技术手段。


作为化学实验教学示范中心,中科大化工基础实验团队本着贯穿始终地提供优异课程、持续地推进教学水平、努力地建设有特色的实验内容的思想,自2001年开始先后在211大学建设专项、大学建设专项、985高校专项的支持下,结合中科大功能膜研究室的科研成果,开设了十多个膜分离相关的化工实验。如“乳酸发酵-陶瓷膜过滤-双极膜转化集成”实验、“卷式扩散渗析回收废酸”实验、“双极膜电渗析制取无机酸和碱”实验等,多年来,通过教学内容和教学模式的创新与探索,膜分离教学收到了良好的反响。


在建设方法上,化工基础实验团队坚持:

1.实验内容与学科前沿同步




纳滤法分离糖盐水溶液设备

如在2003年就设计并开设了“纳滤法分离糖盐水溶液”实验,源于在科研工作和实际化工生产中遇到的一些废液中的糖和盐的分离问题。学生在掌握工程实验研究方法的同时,也可初步培养将研究成果转化为生产力的意识。


2.同一实验项目持续建设

在力求实验内容与学科前沿同步的前提下,团队坚持同一实验项目建设。在持续建设过程中,一方面通过更新升级实验设备实现,另一方面利用原有的实验设备开设新的实验内容来实现,使化工教学资源的利用大化,节省经费。如30 升的超滤分离设备,不仅作为明胶水溶液分离实验用,还结合其它设备作为发酵液的预处理设备。


3.实验类型多样性


超滤膜组件的装配

目前的膜分离实验项目除了基础单元操作为主的基础实验,还包括了若干步骤组合而成的设计性实验和综合实验。在设计过程中尽量考虑传统和新技术的综合并用,满足学生的不同需求,并通过新的授课方式,使得设计型和综合实验项目在教学中得以实践。


4.自制仪器的建设


卷式扩散渗析装置:自制(左)与合作开发(右)

针对目前还不成熟的膜分离教学设备市场,结合自身的需求,和其它单位合作开发,避免了手工制作简陋与效率低的弊端。如功能膜研究室和合肥科佳公司合作开发的卷式扩散渗析装置,改进后的设备兼具美观、规范和便于操作讲解的优点,更适合在实验教学和科研中使用。



小型电渗析设备(左)与膜电阻测试装置(右)


同时更多的新型膜分离设备的加入也为教学和科研的工作起到了积极的推进作用。如“电渗析设备”、“膜电阻测试装置”等。


作为本科实验教学的重要组成部分,经过化工基础实验团队老师们十多年来的努力和持续建设,已经形成了一批以膜分离为特色的综合型和设计型的分离工程实验项目,探索出一条教学和科研的和谐之路。



论文与教材:

1. 冯红艳, 徐铜文, 高明丽 科研助力教学打造自制化工教学仪器 ,大学化学,2016 Vol. 31 (11): 56-60

2. 冯红艳,徐铜文,王晓林,杨伟华。发酵过程与双极膜电渗析的集成操作——介绍一个分离与反应技术一体化的化学工程实验,大学化学. 2015, 30 (1): 59-63.

3. 冯红艳,杨伟华,徐铜文.化工基础实验特色实验内容的持续建设,化工高等教育,2014.1, 67~70

4. 傅延勋,杨伟华,瞿其曙,徐铜文.对理科化工基础实验内容的设置与改革构想.大学化学,19(1):30-32

5. 冯红艳,徐铜文,杨伟华,傅延勋,化学工程实验,中国科学技术大学出版社,2014.01


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