工業(yè)催化在應(yīng)用化學(xué)專業(yè)設(shè)置的重要性探討

張燕輝，戴荔秀，戴榮英

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工業(yè)催化在應(yīng)用化學(xué)專業(yè)設(shè)置的重要性探討

張燕輝，戴荔秀，戴榮英

（閩南師范大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境學(xué)院，福建 漳州 363000）

從工業(yè)催化課程的主要內(nèi)容和應(yīng)用化學(xué)專業(yè)學(xué)生的就業(yè)方向出發(fā)，探討工業(yè)催化課程如何將理論與實踐相結(jié)合，進(jìn)而說明工業(yè)催化課程在應(yīng)用化學(xué)專業(yè)設(shè)置的重要性．

工業(yè)催化；應(yīng)用化學(xué)專業(yè)；課程設(shè)置

1　工業(yè)催化課程簡介

工業(yè)催化課程以唐曉東[1]等編著的《工業(yè)催化》為教材．在學(xué)習(xí)該課程之前，必須建立比較清晰的框架，便于邏輯性學(xué)習(xí)．該課程共分4篇13章，催化劑在工業(yè)上的應(yīng)用為[1-2]：

第1篇：催化作用基礎(chǔ)．研究一個化學(xué)反應(yīng)體系時，除了從熱力學(xué)考慮反應(yīng)能否進(jìn)行，進(jìn)行的程度，平衡組成以及從動力學(xué)考慮反應(yīng)多久達(dá)到平衡狀態(tài)，還必須注重“工業(yè)”，考慮生產(chǎn)成本，簡述催化劑的重要地位．接著，引出催化科學(xué)的誕生與發(fā)展，以及這些過程發(fā)明的具有代表性的催化劑，舉例說明催化劑本身和在起催化作用時的5個基本特征，不同體系的分類，催化劑的組成和性能要求．此外，還介紹多相催化過程，并對催化反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行了分析．

第2篇：工業(yè)催化作用原理．第1部分介紹金屬催化劑．從電子的能帶理論和價鍵理論討論電子結(jié)構(gòu)，從它的吸附作用，金屬表面的幾何因素，晶格的缺陷與位錯研究其對活性的影響．再介紹單一金屬催化劑和載體的相互作用以及與合金催化劑的對比．第2部分介紹金屬氧化物催化劑，用能帶理論分析它的催化機理，討論了電導(dǎo)率、脫出功和電子的平均位能等因素對催化活性的影響．再介紹氣體的化學(xué)吸附方式對半導(dǎo)體電性質(zhì)的影響以及半導(dǎo)體的d電子構(gòu)型、金屬-氧鍵及晶格氧對催化活性的影響．第3部分介紹固體酸堿催化劑．包括酸堿的定義、性質(zhì)測定、來源以及酸堿性與催化作用的關(guān)系，最后著重介紹了分子篩催化劑的結(jié)構(gòu)與催化性能．

第3篇：工業(yè)催化劑的制備、使用、分析測試與表征．首先，介紹固體催化劑的制備方法．工業(yè)上常用沉淀法、浸漬法、混合法、離子交換法和熔融法等，再介紹催化劑的成型工藝．關(guān)于催化劑的使用部分，介紹篩分、裝填、活化方法以及當(dāng)催化劑失活后如何再生利用．最后，通過反應(yīng)器來評價催化劑性能，并測定催化劑的宏觀物性和微觀性質(zhì)．

第4篇：工業(yè)催化劑各論．第1部分為石油煉制催化劑，催化加工過程主要有催化裂化、催化重整、催化加氫、輕烴的烷基化、異構(gòu)化和醚化等．介紹了這些過程的催化以及催化劑種類、制備和展望．第2部分為制備基本有機原料的催化劑以及制備方法．第3部分介紹化肥工業(yè)催化劑，包括脫硫催化劑、烴類轉(zhuǎn)化催化劑、一氧化碳變換催化劑、甲烷化催化劑、氨合成催化劑、制硝酸以及制硫酸催化劑．第4部分介紹碳一化學(xué)過程，如甲醇及低碳醇合成，介紹其中所用的催化劑，以及碳一化學(xué)中的催化新工藝．最后，簡單概述了環(huán)境保護和環(huán)境友好催化技術(shù)．

2　應(yīng)用化學(xué)專業(yè)目前的就業(yè)形勢和方向

應(yīng)用化學(xué)是介于化學(xué)與化工之間的一門學(xué)科，涉及材料、能源、信息以及環(huán)境等方面，這些方面與工業(yè)催化課程息息相關(guān)．各個學(xué)校注重對應(yīng)用方法和開發(fā)性研究的基本訓(xùn)練，培養(yǎng)出能把化學(xué)技術(shù)在原基礎(chǔ)上加以創(chuàng)新的應(yīng)用型人才[3]．與化學(xué)專業(yè)相比，應(yīng)用化學(xué)更多的是應(yīng)用性及實踐性，就其專業(yè)特點，從4個方面簡單介紹應(yīng)用化學(xué)的就業(yè)方向．

2.1材料

研究材料的制備、反應(yīng)、結(jié)構(gòu)和物性方面．工業(yè)催化課程從基本原理出發(fā)，研究反應(yīng)能否進(jìn)行以及能夠進(jìn)行的程度．研究方向有2個，一是制造出新材料，二是對原有材料的性能進(jìn)行開發(fā)研究．不同的制備方法和反應(yīng)類型所制造的材料具有不同的功能，尤其是在高分子材料和精細(xì)化學(xué)品方面，塑料、纖維、膠黏劑、染料、涂料和農(nóng)藥等在社會生活中發(fā)揮了重大作用．因此，應(yīng)用化學(xué)專業(yè)學(xué)生可就業(yè)于高分子、日用化工及精細(xì)化工等行業(yè)．

2.2能源

應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的任務(wù)之一在于制備人類需要的化工原料，在成本允許的條件下，分析各種條件的影響，將產(chǎn)率達(dá)到最大，把廢物進(jìn)行轉(zhuǎn)化循環(huán)利用等．而工業(yè)催化課程著重說明了加快反應(yīng)的有用物質(zhì)——催化劑，涉及到原料、制備方法、成型工藝以及催化劑的再生方法等．這在工業(yè)上起到了巨大作用，循環(huán)利用的物質(zhì)同樣包括催化劑在內(nèi)，因此使用了催化劑大大節(jié)省了能源．另外，通過對反應(yīng)條件的成本分析，尋求最佳反應(yīng)條件，與工業(yè)上反應(yīng)器的反應(yīng)條件進(jìn)行綜合考慮．然而，煤、石油和天然氣等作為能源和化工原料來源應(yīng)用范圍極廣，如乙烯、丙烯、丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、合成氣、乙炔和萘等9大有機化工原料基本來源于這些原材料，但隨著煤、石油和天然氣的日益枯竭，人類勢必開發(fā)可持續(xù)發(fā)展的新能源．也就是說，應(yīng)用化學(xué)專業(yè)學(xué)生可就業(yè)于新能源開發(fā)、石油化工和化工產(chǎn)業(yè)的研究開發(fā)等領(lǐng)域．

2.3環(huán)境

當(dāng)今國際化學(xué)科學(xué)研究的前沿和發(fā)展方向是綠色化學(xué)．然而，環(huán)境問題歷來就是化學(xué)行業(yè)不可避免的，如今著重發(fā)展綠色溶劑、綠色催化劑和生物質(zhì)資源．在綠色催化劑方面，工業(yè)催化課程主要從環(huán)境保護和環(huán)境友好催化技術(shù)方面講述，可見“綠色”在工業(yè)上的重要性．在合成路線中，反應(yīng)原料和條件等做到“綠色”，把對環(huán)境的影響降到最低．從節(jié)約資源和防止污染的觀點改革傳統(tǒng)化學(xué)，能夠從根本上實現(xiàn)“綠色化”，達(dá)到環(huán)境、經(jīng)濟和社會的和諧發(fā)展．因此，應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的學(xué)生可勝任與環(huán)保相關(guān)的行業(yè)．

2.4安全

所有與衣食住行相關(guān)的產(chǎn)品都需要應(yīng)用各種化學(xué)技術(shù)對其是否合格進(jìn)行檢驗．可對工廠上大型反應(yīng)器的安全進(jìn)行分析，及時作出判斷，得以定期檢修，還可以對成品的安全性進(jìn)行檢驗．因此，應(yīng)用化學(xué)專業(yè)學(xué)生可以擔(dān)任檢驗員和工程師等，從事質(zhì)檢行業(yè)或是對儀器維護方面的工作．

大學(xué)期間，應(yīng)用化學(xué)專業(yè)學(xué)生安排的實驗課并不少，涉及無機化學(xué)實驗、有機化學(xué)實驗、分析實驗、物理化學(xué)實驗、大學(xué)物理實驗、電工學(xué)基礎(chǔ)實驗、化工實驗以及應(yīng)用化學(xué)專業(yè)實驗等．然而，每種實驗過程要實現(xiàn)工業(yè)化，則需考慮其經(jīng)濟性，催化是必不可少的．它滲透進(jìn)反應(yīng)的精髓，通過學(xué)習(xí)工業(yè)催化，可以清楚地看到催化劑應(yīng)用于應(yīng)用化學(xué)專業(yè)之間密不可分的關(guān)系．所以，學(xué)好催化知識也是學(xué)好專業(yè)的一個重要部分，對于從事多種有關(guān)職業(yè)奠定基礎(chǔ)．但實驗課僅是對動手能力的基本鍛煉，若要從事與應(yīng)用化學(xué)相關(guān)的行業(yè)，還需要堅持不懈地鍛煉各方面的能力，真正學(xué)到本領(lǐng)．最重要的就是通過把一系列的理論知識體現(xiàn)在實驗中，得出結(jié)論用于實踐，并不斷地加以創(chuàng)新，改掉以往的弊端，超越先前的技術(shù)．應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的學(xué)生可以選擇從一名基層員工開始從事化學(xué)行業(yè)的工作，隨著工作經(jīng)驗的積累，若擁有豐富的理論知識及實踐經(jīng)驗，自主創(chuàng)業(yè)．

3　工業(yè)催化課程將理論與實踐相結(jié)合

從兩千多年前開始，人類就已經(jīng)懂得用酵母作催化劑發(fā)酵來釀酒和制醋．隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)品趨于多樣化、復(fù)雜化，生產(chǎn)的規(guī)模也越來越大．化學(xué)工業(yè)中90%以上的過程都離不開催化，并且60%以上的化工產(chǎn)品是通過催化的方法生產(chǎn)出來的，可以說“沒有催化劑，就不可能建立現(xiàn)代的化學(xué)工業(yè)”[4-5]．工業(yè)催化課程對于應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的學(xué)生來說非常重要．這首先要求該專業(yè)學(xué)生樹立工程意識，正確應(yīng)用催化的有關(guān)知識，將理論與實踐相結(jié)合，在實踐中檢驗催化技術(shù)的可行性，綠色化學(xué)的原則和可持續(xù)發(fā)展的理念[6]．

首先，應(yīng)用化學(xué)專業(yè)學(xué)生學(xué)好工業(yè)催化課程，要利用好一些典型催化案例提供有用的關(guān)鍵信息．這些案例都是來自于生產(chǎn)、生活和科學(xué)研究的實例，包含了具體的情節(jié)以及理論知識點．將自己置身于發(fā)展的情節(jié)中，模擬進(jìn)行，對于所遇到的問題，討論并想出解決方案，能激發(fā)初學(xué)者應(yīng)用理論知識的潛能，再與案例中的實際解決方案對比，加深對知識的印象．在以后的實踐中，遇到類似的情況，應(yīng)用知識就可以得心應(yīng)手，并能夠舉一反三．而工業(yè)催化課程提供了很多與應(yīng)用化學(xué)專業(yè)有關(guān)的案例，在實踐中是一個很好的參考方向，所以應(yīng)用化學(xué)專業(yè)設(shè)置工業(yè)催化課程非常重要，不僅可以拓展眼界，更可以增強實踐能力．

其次，應(yīng)用化學(xué)專業(yè)學(xué)生要懂得在生活中發(fā)現(xiàn)知識．催化就是源于生活，進(jìn)而用于工業(yè)產(chǎn)生．在農(nóng)村幾乎家家戶戶都會釀米酒，除了原料糯米外，還要加一味關(guān)鍵的“佐料”，即酒曲，一小塊卻發(fā)揮著重大的功效．釀酒設(shè)備裝置很簡單，為了了解催化劑到底起什么作用，可以嘗試在沒有酒曲的情況下釀出的酒是什么味道，從而分析出酒曲的作用．慢慢積累生活中的小事，遇到問題時，就可以分析和判斷．如當(dāng)看到玻璃斷口呈淺綠色時，可以判斷它是普通鈉玻璃；而玻璃斷口呈粉紅色或無色時，可以判斷其是耐高溫并耐腐蝕的玻璃．其實工業(yè)催化課程中的知識就是一個發(fā)現(xiàn)積累并實踐應(yīng)用的過程，在原有的催化知識層面上進(jìn)行應(yīng)用，得到啟發(fā)，進(jìn)行改進(jìn)．催化劑的改進(jìn)對于應(yīng)用化學(xué)專業(yè)就業(yè)發(fā)展起到實效性作用，所以應(yīng)用化學(xué)專業(yè)學(xué)生一定要學(xué)習(xí)并且學(xué)好工業(yè)催化課程．

最后，應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的學(xué)生要將其它課程的知識融會到工業(yè)催化課程中，便于更好地實踐．應(yīng)用化學(xué)專業(yè)學(xué)習(xí)過化工原理和化學(xué)反應(yīng)工程等課程，其相關(guān)內(nèi)容大部分的工業(yè)合成過程都涉及催化，每一個反應(yīng)即使過程不一樣，但原理是共通的．將多門課的共通點串成一個框架，如當(dāng)看到化學(xué)反應(yīng)工程中的反應(yīng)器時，可以聯(lián)想這種反應(yīng)器是用來做什么的，反應(yīng)過程是什么，涉及的催化劑是什么等一系列問題．而化工原理則是著重用化學(xué)公式對過程進(jìn)行解釋．工業(yè)催化課程貫穿應(yīng)用化學(xué)的始終，每學(xué)習(xí)一種專業(yè)知識，便想到催化劑的經(jīng)濟應(yīng)用．所以，工業(yè)催化的實踐應(yīng)用中，采用多種知識的結(jié)合能提高實際工業(yè)的準(zhǔn)確性和可行性．學(xué)好工業(yè)催化課程，促進(jìn)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)學(xué)習(xí)就業(yè)途徑更寬、更光明．

參考文獻(xiàn)：

[1] 唐曉東，王豪，汪芳．工業(yè)催化[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010

[2] 宋偉明，陳朝暉，賈麗華，等．遷移理論與三段式教學(xué)法在工業(yè)催化原理教學(xué)中的應(yīng)用[J]．高師理科學(xué)刊，2014，34（5）：108-110

[3] 蘇立強．應(yīng)用化學(xué)專業(yè)定位分析[J]．高師理科學(xué)刊，2007，27（1）：56-57

[4] 陳彥廣，韓洪晶，李金蓮，等．對雙語教學(xué)在工業(yè)催化課程教學(xué)改革的探討[J]．教育教學(xué)論壇，2012（31）：159-160

[5] 馮建，熊偉，賈云，等．工業(yè)催化課程案例教學(xué)庫建設(shè)初探[J]．科技信息，2011（11）：44，100

[6] 謝承佳．提高高職《工業(yè)催化》課程教學(xué)質(zhì)量的思考[J]．陜西教育，2009（11）：106

Discussion on the importance of industrial catalytic in applied chemistry specialty

ZHANG Yan-hui，DAI Li-xiu，DAI Rong-ying

（School of Chemistry and Environment，Minnan Normal University，Zhangzhou 363000，China）

From the main content of industrial catalytic course and applied chemistry dpecialty professional obtain employment direction，discussion on industrial catalysis course how to combining theory and practice，then explain the importance of industrial catalytic courses inapplied chemistry specialty．

industrial catalysis；applied chemistry specialty；curriculum provision

1007-9831（2016）10-0089-03

O69：G642.0

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2016.10.026

2016-07-16

福建省高校杰出青年科研人才培育計劃（閩教科（2015）54號）; 閩南師范大學(xué)杰出青年科研人才培育計劃（MJ14004）

張燕輝（1986-），男，福建寧化人，講師，博士，主要從事多相催化方面的研究．E-mail：zhangyh@mnnu.edu.cn