分子篩催化葡萄糖轉(zhuǎn)化制5-羥甲基糠醛綜合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

鄭洪巖,高曉慶,牛宇嵐,薛彥峰,宋永波

(太原工業(yè)學(xué)院 化學(xué)與化工系,山西 太原 030008)

催化科學(xué)技術(shù)在能源高效利用、新能源開發(fā)、環(huán)境保護(hù)、生物醫(yī)學(xué)和制藥工程等領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用,據(jù)統(tǒng)計(jì),90%以上的化工產(chǎn)品的生產(chǎn)都需要催化過程參與[1]。工業(yè)催化課程具有應(yīng)用性與實(shí)踐性并重的特點(diǎn),是普通高等本科院?；ゎ悓I(yè)的核心課程,課程與物理化學(xué)、化工原理、儀器分析、波譜學(xué)和化學(xué)反應(yīng)工程等課程相互交叉融合[2]。為順應(yīng)化學(xué)工業(yè)發(fā)展的需求和培養(yǎng)應(yīng)用型化工人才要求,我?；瘜W(xué)與化工系開設(shè)了工業(yè)催化課程。然而,該課程目前以課堂講授方式進(jìn)行,課程知識(shí)點(diǎn)抽象難以理解,學(xué)生主要靠機(jī)械記憶,所以很難真正掌握;課程講授過程中即便是穿插一些課堂提問、生產(chǎn)實(shí)例講解等,仍難以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。目前國內(nèi)其他院校的工業(yè)催化課程也多以理論授課為主,較少涉及與催化有關(guān)的實(shí)驗(yàn)課[2]。這種講授為主的教學(xué)模式難以培養(yǎng)出適合社會(huì)和行業(yè)需求的創(chuàng)新型和應(yīng)用型人才。開設(shè)兼顧前沿科學(xué)知識(shí)、與基礎(chǔ)理論知識(shí)契合及難度適中的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚣ぐl(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,是提高學(xué)習(xí)效果和創(chuàng)新應(yīng)用能力的有效途徑[3-5]。因此,依托我校山西省“1331工程”CO2轉(zhuǎn)化利用協(xié)同創(chuàng)新中心平臺(tái),結(jié)合我?；瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)、生物質(zhì)催化轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的兩個(gè)國家基金項(xiàng)目及學(xué)生知識(shí)背景,設(shè)計(jì)了分子篩催化葡萄糖轉(zhuǎn)化制備5-羥甲基糠醛綜合實(shí)驗(yàn)。

該綜合實(shí)驗(yàn)選題基于生物質(zhì)催化轉(zhuǎn)化前沿研究領(lǐng)域,有助于培養(yǎng)學(xué)生綠色環(huán)保意識(shí),激發(fā)其為實(shí)現(xiàn)國家的“雙碳”目標(biāo)而努力奮斗的歷史責(zé)任感,且有利于增強(qiáng)學(xué)生專業(yè)認(rèn)同感。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來源于授課教師的科研成果,并與所學(xué)理論知識(shí)緊密契合,包括催化劑性能測(cè)試、表征分析、催化作用機(jī)制探討和催化劑再生等環(huán)節(jié),模擬科研全流程,以培養(yǎng)學(xué)生的科研素養(yǎng)和創(chuàng)新應(yīng)用能力,提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)背景

生物質(zhì)是地球上最為豐富的可再生性含碳資源,具有綠色、低成本以及碳中性的特點(diǎn)。催化轉(zhuǎn)化生物質(zhì)制備液體燃料和精細(xì)化學(xué)品是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的主要途徑之一[6-7]。5-羥甲基糠醛是一種重要的生物質(zhì)平臺(tái)化合物,被美國能源部認(rèn)定為十二種非常重要的平臺(tái)分子之一,可以轉(zhuǎn)化成生物燃料和高附加值化學(xué)品[4]。生物質(zhì)中含量最豐富的纖維素水解可得大量的葡萄糖,因此由葡萄糖脫水制備5-羥甲基糠醛工藝路線具有原料來源豐富的優(yōu)勢(shì)[8]。葡萄糖需在酸催化下生成5-羥甲基糠醛,最初主要采用液體酸,如鹽酸、硫酸和甲酸等,雖然液體酸催化已糖效率高,5-羥甲基糠醛的選擇性好,但是液體酸不易回收利用,且對(duì)反應(yīng)設(shè)備有腐蝕性。目前葡萄糖脫水主要采用固體酸催化劑,如酸性樹脂、分子篩、金屬氧化物和雜多酸鹽等[9-12]。其中,分子篩具有很高的熱穩(wěn)定性、獨(dú)特的孔道結(jié)構(gòu)及可調(diào)整的酸性位,可選擇性地控制產(chǎn)物的生成,是一類優(yōu)良的固體酸催化劑,應(yīng)用廣泛[13]。生物質(zhì)催化技術(shù)、固體酸催化劑和酸催化反應(yīng)是工業(yè)催化課程重點(diǎn)學(xué)習(xí)內(nèi)容。通過本綜合實(shí)驗(yàn)的教學(xué),使學(xué)生能夠?qū)⒗碚撝R(shí)應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)探究過程中,整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程就是模擬催化劑研究課題的科研全流程,能夠很好地培養(yǎng)學(xué)生的科研素養(yǎng)和創(chuàng)新應(yīng)用能力。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 試劑與儀器

主要試劑:葡萄糖,果糖,γ-戊內(nèi)酯,USY分子篩,H-beta分子篩和HZSM-5分子篩等。主要儀器:間歇反應(yīng)釜,馬弗爐,高效液相色譜儀,氣相色譜儀,傅里葉紅外光譜儀,熱重分析儀和離心機(jī)等。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1 分子篩性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)和產(chǎn)物分析

采用間歇反應(yīng)釜進(jìn)行分子篩性能測(cè)試,攪拌方式是磁力攪拌,反應(yīng)釜體積25 mL。每次實(shí)驗(yàn)時(shí)將反應(yīng)原料、溶劑和分子篩加入反應(yīng)釜,釜內(nèi)充入氮?dú)庵翂毫? MPa,憋壓至不漏氣開始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。反應(yīng)在設(shè)定條件下進(jìn)行,反應(yīng)結(jié)束將反應(yīng)釜體放入冰水混合物快速冷卻,采用高速離心機(jī)分離反應(yīng)產(chǎn)物和分子篩。反應(yīng)產(chǎn)物采用色譜分析定量,分子篩用溶劑和去離子水依次分別洗滌3次,然后在烘箱內(nèi)烘干,用于分子篩重復(fù)性實(shí)驗(yàn)。

未反應(yīng)的糖類物質(zhì)采用高效液相色譜儀定量,示差檢測(cè)器, Shodex SH-1821色譜柱。5-羥甲基糠醛和糠醛等呋喃衍生物采用氣相色譜儀定量,FID檢測(cè)器,HP-InnoWax毛細(xì)管色譜柱。

2.2.2 分子篩表征測(cè)試

采用吡啶紅外法來表征分子篩的酸性質(zhì)。將壓制成的樣品自撐薄片稱重后放入樣品池中。真空條件下400 ℃預(yù)處理2 h,降至室溫飽和吸附吡啶,升溫至指定溫度進(jìn)行脫附,同時(shí)使用紅外光譜儀檢測(cè)。采用熱重分析儀測(cè)試反應(yīng)后的分子篩,反應(yīng)后分子篩預(yù)先在烘箱160 ℃烘干12 h。熱重實(shí)驗(yàn)在空氣氣氛中進(jìn)行,取10 mg反應(yīng)后分子篩放在坩堝中,以10 ℃/min的升溫速率升溫至800 ℃。

3 結(jié)果與討論

3.1 分子篩的酸性質(zhì)表征

分子篩具有獨(dú)特的孔道結(jié)構(gòu)及可調(diào)整的酸性位,在酸催化反應(yīng)中表現(xiàn)出特殊的反應(yīng)性能。實(shí)驗(yàn)首先對(duì)三個(gè)孔道結(jié)構(gòu)不同的分子篩進(jìn)行了酸性質(zhì)表征。圖1是三個(gè)分子篩的吡啶紅外譜圖,B酸和L酸的酸量見表1。從圖1可以看出三個(gè)分子篩都在1 540 cm-1附近出現(xiàn)B酸的特征峰,1 450 cm-1附近出現(xiàn)L酸的特征峰[13]。一般認(rèn)為200 ℃下測(cè)得的為總酸量,350 ℃下測(cè)得的為強(qiáng)酸量[14]。由表1吡啶紅外測(cè)試結(jié)果可以看出,USY分子篩上測(cè)得的總B酸為606 μmol·g-1,且大多數(shù)為強(qiáng)B酸(577 μmol·g-1),其總L酸也相對(duì)較多(147 μmol·g-1),然而其強(qiáng)L酸量只有47 μmol·g-1。H-beta分子篩的總B酸和總L酸分別有249和189 μmol·g-1,其強(qiáng)B酸和強(qiáng)L酸量分別為185和166 μmol·g-1。HZSM-5分子篩主要以B酸為主,也主要以強(qiáng)B酸為主,L酸量在三種分子篩中是最少的,總量只有31 μmol·g-1。

表1 分子篩的酸性質(zhì)

圖1 分子篩的吡啶紅外圖

3.2 分子篩酸性質(zhì)和孔道結(jié)構(gòu)在催化葡萄糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)中的作用規(guī)律探究

表2是不同分子篩催化葡萄轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在反應(yīng)溫度為150和170 ℃時(shí),USY分子篩催化葡萄糖轉(zhuǎn)化主要生成5-羥甲基糠醛,170 ℃時(shí)5-羥甲基糠醛收率有47.1%。H-beta分子篩上,5-羥甲基糠醛的收率較低,產(chǎn)物卻是以糠醛為主。HZSM-5分子篩催化葡萄糖轉(zhuǎn)化性能較差,5-羥甲基糠醛和糠醛的收率也很低,都在10%以下。文獻(xiàn)報(bào)道葡萄糖在轉(zhuǎn)化為5-羥甲基糠醛的過程中,需要先異構(gòu)化為果糖,而葡萄糖異構(gòu)需要合適的L酸位點(diǎn),果糖脫水要在B酸位上發(fā)生[15]。為了驗(yàn)證以上結(jié)論,進(jìn)行了三種分子篩催化果糖轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)(表3)。以果糖為原料,150 ℃反應(yīng)時(shí)USY分子篩上可以獲得61.2%的5-羥甲基糠醛。同樣,在H-beta分子篩上果糖轉(zhuǎn)化所得糠醛的收率也比葡萄糖為原料要高。與表2結(jié)果不同,HZSM-5分子篩催化果糖性能好,5-羥甲基糠醛收率大于46.6%,糠醛也有20%左右的收率。結(jié)合表1分子篩的酸性質(zhì)結(jié)果、表2和表3實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,果糖轉(zhuǎn)化在分子篩的B酸位上就可以實(shí)現(xiàn),而葡萄糖需要在分子篩L酸位上先異構(gòu)為果糖,然后才能進(jìn)一步轉(zhuǎn)化。所以,對(duì)于兼有較多B酸位和L酸位的USY和H-beta分子篩,既能使葡萄糖異構(gòu)為果糖也能使果糖進(jìn)一步轉(zhuǎn)化。USY分子篩上的L酸多數(shù)為弱酸,仍能使葡萄糖很好地轉(zhuǎn)化,說明弱L酸位就可以使葡萄糖發(fā)生異構(gòu)反應(yīng)生成果糖。

表2 分子篩催化葡萄糖轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果a

表3 分子篩催化果糖轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果b

分子篩結(jié)構(gòu)中有均勻的小內(nèi)孔,當(dāng)反應(yīng)物和產(chǎn)物的分子線度和晶內(nèi)孔徑相接近時(shí),催化反應(yīng)的選擇性常取決于分子和孔徑的相應(yīng)大小,并且這種催化擇形性受傳質(zhì)和過渡態(tài)選擇性影響[10]。USY和H-beta分子篩都是十二元環(huán)孔結(jié)構(gòu),其中USY分子篩有約1.3 nm的超籠。HZSM-5具有直孔道和“之”字型孔道,兩種孔道都是十元環(huán)結(jié)構(gòu)且相互垂直[16]。USY、H-beta和HZSM-5分子篩的最大孔徑尺寸約為8.1,7.4和6.3 ?,環(huán)狀果糖、糠醛和5-羥甲基糠醛的動(dòng)力學(xué)直徑分別約為8.6 ,5.5和6.2 ?[17]。王等[10]研究發(fā)現(xiàn)在γ-丁內(nèi)酯溶劑體系中,USY分子篩上的主要產(chǎn)物是5-羥甲基糠醛,這是因?yàn)閁SY分子篩中的籠有足夠空間容納環(huán)狀構(gòu)型果糖從而容易生成5-羥甲基糠醛。崔等[18]研究發(fā)現(xiàn)在γ-丁內(nèi)酯溶劑和H-beta分子篩協(xié)同作用下易使環(huán)狀果糖開環(huán)為鏈狀果糖,然后進(jìn)入H-beta分子篩孔道發(fā)生C-C鍵斷裂生成糠醛。結(jié)合表3結(jié)果可知,USY和H-beta分子篩在γ-戊內(nèi)酯溶劑體系中催化果糖轉(zhuǎn)化的反應(yīng)規(guī)律與γ-丁內(nèi)酯溶劑體系中類似。環(huán)狀果糖的分子直徑遠(yuǎn)大于HZSM-5的最大孔徑,由于擴(kuò)散阻力大,果糖主要在分子篩孔道外酸性位上脫水生成5-羥甲基糠醛,而其20%左右的糠醛是由鏈狀果糖擴(kuò)散到分子篩孔道內(nèi)生成。

3.3 USY分子篩催化葡萄糖轉(zhuǎn)化工藝條件優(yōu)化

選用5-羥甲基收率最高的USY分子篩進(jìn)行了反應(yīng)溫度、溶劑中水含量和反應(yīng)時(shí)間等條件的研究,實(shí)驗(yàn)都是采用0.2 g USY,0.5 g 葡萄糖和含少量水的γ-戊內(nèi)酯溶劑。圖2是溶劑中水含量為5%,140～180 ℃下反應(yīng)60 min的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。反應(yīng)溫度從140 ℃升高到180 ℃過程中,5-羥甲基糠醛收率先增加后減小,160 ℃時(shí),獲得最高的5-羥甲基糠醛的收率。由于常溫下葡萄糖在γ-戊內(nèi)酯溶劑中的溶解度很小,因此需要在γ-戊內(nèi)酯中加入一定量的水以提高葡萄糖的溶解度。實(shí)驗(yàn)中對(duì)γ-戊內(nèi)酯-水混合溶劑中水含量對(duì)USY分子篩催化葡萄糖轉(zhuǎn)化的影響進(jìn)行了考察,結(jié)果見圖3?？梢钥闯?當(dāng)溶劑中不加水時(shí),5-羥甲基糠醛的收率只有31.4%。當(dāng)溶劑中水含量為5%時(shí),5-羥甲基糠醛的收率最高為49%;當(dāng)溶劑中水含量為10%時(shí),5-羥甲基糠醛的收率開始下降。繼續(xù)增加水的含量至15%～20%,葡萄糖的轉(zhuǎn)化率和5-羥甲基糠醛的收率都下降了。以上結(jié)果表明,過量的水不僅影響到果糖的轉(zhuǎn)化效率同時(shí)會(huì)顯著降低5-羥甲基糠醛的收率。圖4是反應(yīng)時(shí)間對(duì)USY分子篩催化葡萄糖轉(zhuǎn)化的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在考察的實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi),反應(yīng)時(shí)間為60 min時(shí),5-羥甲基糠醛的收率最高。反應(yīng)時(shí)間20 min時(shí),葡萄糖的轉(zhuǎn)化率為97.2%,且產(chǎn)物中有一定量的果糖,此時(shí)5-羥甲基糠醛的收率較低為42.4%。反應(yīng)時(shí)間超過60 min時(shí),5-羥甲基糠醛的收率開始下降,這可能是反應(yīng)時(shí)間過長導(dǎo)致生成的5-羥甲基糠醛又發(fā)生了聚合反應(yīng)。基于以上的工藝條件考察結(jié)果可知,在160 ℃、含水5%的γ-戊內(nèi)酯溶劑中、反應(yīng)時(shí)間60 min條件下,USY分子篩催化葡萄糖轉(zhuǎn)化制5-羥甲基糠醛的收率最高,為49%。

圖2 反應(yīng)溫度對(duì)USY分子篩催化葡萄糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)的影響

圖3 溶劑中水含量對(duì)USY分子篩催化葡萄糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)的影響

圖4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)USY分子篩催化葡萄糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)的影響

3.4 USY分子篩的重復(fù)使用性能及失活研究

在160 ℃、含水5%的γ-戊內(nèi)酯溶劑中、反應(yīng)時(shí)間60 min較佳反應(yīng)條件下考察了USY分子篩催化葡萄糖制備5-羥甲基糠醛的重復(fù)使用性能,結(jié)果見圖5?？梢钥闯鯱SY分子篩使用4次以后,5-羥甲基糠醛的收率有了明顯的下降,收率從49%降到35.2%,這說明分子篩有了一定程度的失活。在糖的轉(zhuǎn)化過程中生成腐殖質(zhì)是不可避免的,分子篩的大量酸性位點(diǎn)是腐殖質(zhì)生成的主要原因[13]。對(duì)循環(huán)使用4次的分子篩進(jìn)行了空氣氣氛的熱重分析,結(jié)果見圖6?？梢钥闯?使用后的分子篩有明顯的氧化失重,失重主要發(fā)生在240～600 ℃之間,這歸因于腐殖質(zhì)的沉積[13]。將循環(huán)使用后的分子篩在500 ℃焙燒5 h進(jìn)行再生,焙燒前分子篩的顏色是黑褐色,焙燒后分子篩顏色變回最初的白色。以再生后的USY分子篩為催化劑,進(jìn)行了第5次催化轉(zhuǎn)化葡萄糖制備5-羥甲基糠醛反應(yīng),結(jié)果見圖5?？梢钥闯?再生后的USY分子篩催化葡萄糖轉(zhuǎn)化的5-羥甲基糠醛的收率基本得到恢復(fù)。

圖5 USY分子篩的重復(fù)使用性能

圖6 重復(fù)使用后的USY分子篩的熱重圖

4 教學(xué)探討

本實(shí)驗(yàn)所有的實(shí)驗(yàn)和表征都是依托我校山西省“1331工程”CO2轉(zhuǎn)化利用協(xié)同創(chuàng)新中心完成。綜合實(shí)驗(yàn)改變了傳統(tǒng)理論教學(xué)的枯燥乏味,調(diào)動(dòng)了學(xué)生積極性,綜合實(shí)驗(yàn)不在于最后得到什么樣的研究結(jié)果,而在于實(shí)驗(yàn)過程中培養(yǎng)了學(xué)生的發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力,并在此過程中提高學(xué)生的創(chuàng)新應(yīng)用能力[19]。

4.1 實(shí)驗(yàn)方案制定階段

實(shí)驗(yàn)的選題是基于教師承擔(dān)的研究項(xiàng)目,內(nèi)容與所學(xué)課程理論知識(shí)緊密契合。授課的教師團(tuán)隊(duì)一直從事與工業(yè)催化有關(guān)的科學(xué)研究,研究的領(lǐng)域是碳中性的生物質(zhì)能。因此在實(shí)驗(yàn)過程中,授課教師可以將課本以外最新的研究成果傳遞給學(xué)生,這樣能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)專業(yè)認(rèn)同感和歷史責(zé)任感。教師給學(xué)生介紹分子篩催化葡萄糖轉(zhuǎn)化的研究背景、研究的意義及實(shí)驗(yàn)任務(wù)后,學(xué)生根據(jù)任務(wù)要求去查閱相關(guān)文獻(xiàn)和閱讀文獻(xiàn)、小組間討論寫出實(shí)驗(yàn)方案初稿、在教師的指導(dǎo)下優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案,最終確定好最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)方案。在此過程中,充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性,讓學(xué)生具體體驗(yàn)了課題研究之前調(diào)研文獻(xiàn)、閱讀文獻(xiàn)和制定方案的科研流程。

4.2 實(shí)驗(yàn)實(shí)施階段

實(shí)驗(yàn)每個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行以前,教師提前預(yù)告實(shí)驗(yàn)中具體用到的知識(shí),并給出思考題,學(xué)生可以目標(biāo)明確地圍繞思考題去復(fù)習(xí)和查閱資料,并在實(shí)驗(yàn)中認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,邊做實(shí)驗(yàn)邊思考。例如,在利用吡啶紅外表征分子篩酸性質(zhì)前,結(jié)合工業(yè)催化和波譜學(xué)課程相關(guān)知識(shí)點(diǎn)給出如下思考題:(1)吡啶紅外測(cè)試能夠表征出催化劑的哪些酸性質(zhì)?(2)吡啶紅外能夠鑒別B酸和L酸的依據(jù)是什么?(3)吡啶紅外能否給出催化劑的酸量和酸強(qiáng)度信息?在進(jìn)行分子篩性能評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)前,結(jié)合工業(yè)催化、儀器分析和物理化學(xué)課程相關(guān)章節(jié)知識(shí)點(diǎn)給出以下思考題:(1)氣相色譜儀和液相色譜儀基本原理各是什么,哪類物質(zhì)氣相色譜儀無法測(cè)定?(2)外標(biāo)法和內(nèi)標(biāo)法的區(qū)別有哪些?如何根據(jù)儀器條件和物質(zhì)的性質(zhì)選擇合適的分析方法?(3)不同分子篩催化葡萄糖轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的顏色有無區(qū)別?為什么?(4)分子篩反應(yīng)前后顏色有無變化?變化的原因?(5)如何根據(jù)色譜儀定量結(jié)果計(jì)算反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物的選擇性及收率?在研究分子篩重復(fù)使用性和失活原因時(shí),結(jié)合工業(yè)催化課程相關(guān)知識(shí)點(diǎn)給出以下思考題:(1)使用后分子篩在馬弗爐里焙燒后,顏色有什么變化?為什么?(2)焙燒后分子篩的催化性能為什么又能基本得到恢復(fù)?(3)如何利用熱重分析儀分析催化劑的失活原因?總之,通過提前預(yù)告實(shí)驗(yàn)中具體用到的知識(shí)和給出思考題,引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)課本理論知識(shí)和查閱相關(guān)資料;實(shí)驗(yàn)過程中實(shí)際操作并有重點(diǎn)地去觀察和思考,在實(shí)驗(yàn)中可以形象地體會(huì)所學(xué)理論知識(shí)如何在實(shí)際課題中運(yùn)用,并提高了學(xué)生思考和探究的能力。

4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析總結(jié)階段

引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)所學(xué)并進(jìn)一步查閱文獻(xiàn)來分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果,探討分子篩的B酸和L酸中心在葡萄糖轉(zhuǎn)化過程中的作用機(jī)制、分子篩的孔道擇形性對(duì)于產(chǎn)物種類的影響規(guī)律及分子篩失活的主要原因。最終提交科研小論文,小論文包括實(shí)驗(yàn)課題的背景和意義、實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析討論、思考題的回答、參考文獻(xiàn)和實(shí)驗(yàn)感悟等部分。實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析討論是科研小論文的主體部分,在此過程中鍛煉了學(xué)生分析問題和解決問題的綜合能力,同時(shí)也培養(yǎng)了科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲辛?xí)慣。小論文的格式由教師統(tǒng)一給出,科研小論文的撰寫過程同時(shí)也是對(duì)科研全流程的復(fù)盤,因此既培養(yǎng)了學(xué)生科技論文的寫作能力,又進(jìn)一步提升了學(xué)生知識(shí)遷移能力、分析和解決問題能力。

5 結(jié)語

本實(shí)驗(yàn)選題基于生物質(zhì)催化轉(zhuǎn)化前沿研究領(lǐng)域,有助于培養(yǎng)學(xué)生綠色環(huán)保意識(shí),激發(fā)其為實(shí)現(xiàn)國家的“雙碳”目標(biāo)而努力奮斗的歷史責(zé)任感,且有利于增強(qiáng)學(xué)生專業(yè)認(rèn)同感。實(shí)驗(yàn)依托本校省級(jí)協(xié)同創(chuàng)新中心平臺(tái)完備的科研條件,并結(jié)合授課教師科研成果和國家基金項(xiàng)目,將科研和教學(xué)中的新方法和新內(nèi)容等相互轉(zhuǎn)化,為創(chuàng)新應(yīng)用型人才的培養(yǎng)提供了支撐。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與所學(xué)理論知識(shí)緊密契合并具有一定的拓展探索性,在引導(dǎo)學(xué)生查閱文獻(xiàn)、制定實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)分析和科研小論文寫作過程中,全面訓(xùn)練了學(xué)生的科研素養(yǎng)和創(chuàng)新應(yīng)用能力,提升了學(xué)生知識(shí)遷移能力、分析和解決問題能力。