化工前沿问题概述

《化工前沿问题概述》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工前沿问题概述（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、化工前沿问题在本周学术周的五节课中，老师们详细讲解了“离子交换与吸附技术的研究与应用”、“饮 用水安全与水质检测新技术、燃料电池:PEMFC&SOFC”、纳米材料的应用及其生态环境风 险”、 “PM2.5 污染防控研究进展”这五部分内容，让我对化工行业的专业领域和前沿技术都 有了更深刻的了解，我将对每个课题阐述一些总结摘要和个人看法。一、离子交换与吸附技术的研究与应用吸附树脂和离子交换树脂是二十世纪发展起来的一类有机高聚物。随着石油工业的快速 发展，有机高分子树脂由于具有性能稳定、种类众多而得以普遍应用。吸附：是溶质从液相 或气相转移到团相的现象。一种物质从一相移动到另外一相的现象称为吸附。离

2、子交换：是 一种利用固体离子交换剂中的离子与稀溶液中的离子进行交换的传质分离单元操作。这项技术已广泛地应用在多个领域。如工业用水、生活用水和废水的处理；湿法冶金； 储氢材料；医疗中的血浆净化；制药；农业中作保水剂等等。离子交换与吸附剂分为有机离 子交换与吸附剂、无机离子交换与吸附剂和生物吸附剂等。有机离子交换与吸附剂主要是离 子交换与吸附树脂和天然有机高分子吸附剂；无机离子交换与吸附剂主要包括活性炭、硅胶、 沸石、黏土、多孔陶瓷等；而微生物吸附剂包括细菌、真菌、藻类等，它们通过生物累积和 生物吸着作用吸附金属离子。不同的离子交换与吸附剂各有其不同的性能。亚氨基二乙酸树脂、硫脲树脂、羟肟酸树脂是

3、离子交换与吸附技术中广泛应用的三类树 脂。他们有着不同的吸附原理，需要通过不同的方法制备而成，吸附功能也会随着离子存在 的不差异而有所不同。离子交换树脂在电池材料中也有着重要的应用。有两个很典型的例子 就是用树脂吸附钼催化制备石墨化多孔碳材料和用树脂吸附铬催化制备石墨化多孔碳材料。离子交换与吸附技术在今天已经得到了广泛的应用，为工业和和科研等领域都带来了创 造性的改变，相信在未来的发展中我们能让这项技术发挥它更大的价值。二、燃料电池:PEMFC&SOFC依据电解质的不同，燃料电池分为碱性燃料电池（AFC）、磷酸型燃料电池（PAFC）、熔 融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃料电池（SOF

4、C）及质子交换膜燃料电池（PEMFC） 等。燃料电池不受卡诺循环限制，能量转换效率高，洁净、无污染、噪声低，模块结构、积 木性强、比功率高，既可以集中供电，也适合分散供电。质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种燃料电池，在原理上相当于水电解的逆”装置。 其单电池由阳极、阴极和质子交换膜组成，阳极为氢燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还 原的场所，两极都含有加速电极电化学反应的催化剂，质子交换膜作为传递H+的介质，只 允许H+通过，而H2失去的电子则从导线通过。质子交换膜燃料电池具有如下优点：其发电 过程不涉及氢氧燃烧，因而不受卡诺循环的限制，能量转换率高；发电时不产生污染，发电 单元模块化，可靠

5、性高，组装和维修都很方便，工作时也没有噪音。所以，质子交换膜燃料 电池电源是一种清洁、高效的绿色环保电源。质子交换膜燃料电池发电作为新一代发电技术，其广阔的应用前景可与计算机技术相媲 美。经过多年的基础研究与应用开发，质子交换膜燃料电池用作汽车动力的研究已取得实质 性进展，微型质子交换膜燃料电池便携电源和小型质子交换膜燃料电池移动电源已达到产品 化程度，中、大功率质子交换膜燃料电池发电系统的研究也取得了一定成果。固体氧化物燃料电池（SOFC）属于第三代燃料电池，是一种在中高温下直接将储存在燃料 和氧化剂中的化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学发电装置。被普遍认为是在 未来会与质子交换膜

6、燃料电池（PEMFC）样得到广泛普及应用的一种燃料电池。在所有的燃 料电池中， SOFC 的工作温度最高，属于高温燃料电池。近些年来，分布式电站由于其成本 低、可维护性高等优点已经渐渐成为世界能源供应的重要组成部分。科学家已经研发成功中温固体氧化物燃料电池，其工作温度一般在800r左右。一些国 家的科学家也正在努力开发低温SOFC，其工作温度更可以降低至650700C。工作温度的 进一步降低，使得SOFC的实际应用成为可能。三、纳米材料的应用及其生态环境风险我们通常所说的纳米科技是指在纳米尺度（1-100nm）上研究物质（包括原子，分子的 操纵）的特性和相互作用，以及利用这些特性的多学科交叉的

7、科学技术。而纳米材料是指三 维空间尺度至少有一维处于纳米量级（1-100nm）的材料，它是由尺寸介于原子、分子和宏观 体系之间的纳米粒子所组成的新一代材料。纳米材料主要分为以下几类:纳米膜材料颗粒膜材料是指将颗粒嵌于薄膜中所生成 的复合薄膜；纳米颗粒型材料应用时直接使用纳米颗粒的形态称为纳米颗粒型材料；纳 米磁性液体材料磁性液体是由超细微粒包覆一层长键的有机表面活性剂，高度弥散于一 定基液中，而构成稳定的具有磁性的液体。；纳米固体材料纳米固体材料通常指由尺寸 小于 15 纳米的超微颗粒在高压力下压制成型，或再经一定热处理工序后所生成的致密型固 体材料。纳米材料具有其独特的光学性质、力学性质、热

8、学性质、磁学性质。纳米科技是 21 世纪的主流技术之一，目前人造纳米材料已经广泛应用到医药工业、染 料、涂料、食品、化妆品、环境污染治理等传统或新兴产业中，人们在研究、生产、生活中 接触到纳米材料的机会越来越多；同时，环境中也存在大量天然的和工业生产所带来的纳米 尺度物质，如柴油车尾气、工厂烟囱排出的废气，垃圾焚烧、沙尘暴等也含有大量的纳米颗 粒。纳米材料给世界带来的也不完全是福音。纳米材料的生态危害性评价依赖于材料的物理 化学特性和行为、暴露情况、在环境中存在的时间、环境转归、毒性（急性和长期毒性）、 生物体内稳定性、生物蓄积及生物放大作用等。由于多方面资料的缺少，我们目前还不能确 定纳米材

9、料究竟对生态系统是否有不利影响及影响的程度，所以今后的努力方向仍是加强以 上方面的研究工作。四、饮用水安全与水质检测新技术饮用水是指可以不经处理、直接供给人体饮用的水。 虽然自来水水质不断提高，但我 们还应注意，由于种种原因，当前自来水水质还存在很多不安全因素，尤其是入户终端的自 来水问题更为突出。自来水存在不安全因素的原因有以下几点：（1）自来水的水源污染越来越严重。（2）传统水处理设备不能有效地去除难以降解的有机物。（3）一些城市的局部市政管网陈旧，造成二次污染。（4）消毒剂副产物的危害。（5）突发水污染时间造成水源污染对城市供水的饮水安全的影响。饮用水主要考虑对人体健康的影响，其水质标准

10、除有物理指标、化学指标外，还有微生 物指标；对工业用水则考虑是否影响产品质量或易于损害容器及管道。 现有的水质检测技术大致分为以下几类:（ 1）色谱分析法（ 2）电化学分析（ 3）分子光谱（ 4）原子光谱（ 5）生物传感器五、PM25污染防控研究进展直经2.m的细颗粒物（PM2.5）是一种重要的空气污染物，不仅含有大量的有机物，而 且含有许多重金属，这些组分大多数是有毒的，其中有一些可以引起呼吸系统疾病，有一些 具有遗传毒性甚至致癌，M2.5与疾病发病率和死亡率的上升关。而PM2.5污染越来越严重， 正受到人们的密切关注。PM2.5 的防治策略:（1）制定和完善相应的雾霾治理制度体系。（2）对

11、雾霾进行全方位治理。（3）区域联合行动，多方控制。（4）新技术的研发与应用。（5）动员社会力量，人人参与。化工工业的发展会促进 PM2.5 颗粒污染物的产生，而用化工前沿技术改善能源结构， 治理污染也是化工行业的重要任务。大力推进新技术的研发，加快 PM2.5 的治理进程，水 煤浆技术和喷雾除尘技术是目前针对 PM2.5 治理的两种新型技术，其中水煤浆技术将传统 的固态燃煤方式转变为液态的雾化燃烧方式，大大提高了煤炭的燃尽率，提高了热效率，水 煤浆的发展降低了燃煤污染，将成为最基础，最经济的洁净能源，李显俊等对水煤浆的燃烧 机理和战略优势做了深入的研究，为该技术在PM2.5的防治提供了科学依据。喷雾除尘技 术向悬浮在空气中的粉尘喷射水雾，通过增加尘粒的质量，达到降尘的目的，在国内，喷雾 技术主要运用于煤矿开采。另外，根据中国未来发展的能源与环境巨大需求，建议从发展的眼光看核能未来的作用， 特别是在科技创新基础上的战略性、替代性、竞争性、安全性提前布局，为今后 1020 年从 根本上解决中国当前紧迫的空气污染以及缓解未来气候变化的压力。在学术周课堂上的学习使我掌握了更多专业学科的知识，也让我对化学化工的发展有了 更长远的认知，化学探索之路任重而道远，我们仍需努力学习，用心探索。