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植物光合作用的多样性光合作用既是生物学中最古老的问题，也是当前生物学的前沿之一，因为它不仅在农业，能源，生态等问题中具有重大实际意义，而且在生命起源，进化与光能转换等生物学基本理论问题中也很重要。但自1771年Priestley发现光合作用以来，光合作用的原初过程仍不很清楚，而对光合作用碳素同化的化学过程却有了比较清楚的认识和了解。总的来讲，绿色植物（尤其是高等植物）在不同自然环境中不仅表现广泛的适应性，而且表现光合作用方式的多样性。1．光合作用的多种途径据目前所知，所有绿色植物光合作用的原初反应（包括光物理和光化学）都是通过捕获光能产生ATP和NADPH（即同化力），但随后发生的CO2固定还原过程则存在着较大的种间差异。研究表明，所有绿色植物都具有一种最基本的光合碳代谢方式，即著名的卡尔文循环（因其发现者而得名）或光合碳还原循环，亦称C3途径或C3方式。该途径的生化过程十分复杂，在此不予赘述。由于有的植物同时具有多种光合方式，通常称只利用这一方式的植物为C3植物。这类植物主要分布在温带地区，其同化CO2的最适日温是15-25℃。光合作用的另两种变异途径是C4途径和景天科酸代谢（CAM）途径。具有C4途径的植物通常生长在热带地区，其同化CO2的最适温度是25-35℃，光合效率显著提高，称为C4植物；具有CAM途径的植物通常生长在干燥的沙漠地区，且白天进行光反应，晚上固定CO2合成有机酸，使有机酸含量表现明显的日变化，称为CAM植物。这两类植物与C3植物在叶片解剖结构及某些生理特性方面均有显著差异。此外，C4植物的光合作用还有三种变式，即PEP－CK型C4植物，NAD－ME型C4植物和NADP-ME型C4植物，这三类C4植物都具有相似的叶片解剖结构，即花环状维管束和具叶绿体的维管束鞘，其主要差别是产生的中间产物和脱羧酶不同。PEP-CK型C4植物在叶肉细胞内固定CO2形成草酰乙酸，然后转变为天冬氨酸传导至维管束鞘细胞，经丙酮酸磷酸双羧酶脱羧，其碳架以丙酮酸或丙氨酸重新返回到叶肉细胞；NAD-ME型C4植物在叶肉细胞中固定CO2形成天冬氨酸并传导至维管束鞘细胞，然后转化为苹果酸．并在线粒体内脱羧，其碳架再以丙酮酸或丙氨酸转回到叶肉细胞；NADP-ME型C4植物在叶肉细胞固定CO2形成草酰乙酸，而后转化为苹果酸，并被输送到维管束鞘细胞中，在叶绿体内经苹果酸脱羧酶氧化脱羧，产生的碳架以丙氨酸重新返回叶肉细胞。以上三类C4植物在维管束鞘细胞内脱羧后，产生的CO2最终还是通过C3途径被还原，C4途径实际上只起“CO2泵”的作用，以增加反应位置CO2的浓度，从而显著提高光合效率。2．不同光合途径的判定叶片的解剖学特征通常可用来区分C3，C4和CAM植物，但由于光合作用主要是生化反应过程，因此时有例外发生。鉴于此，目前已发明了数种用以区分植物不同光合类型的其他方法，如δ13C（13C／12C同位素比），光呼吸，光照后CO2的猝发以及相对光合效率等，其中以δ13C的测定最为可靠。δ13C是近来发展起来的一种新的检测技术，主要依据是C3途径中的 RuBP羧化酶比C4途径中的PEP羧化酶对13CO2具有更大的排斥性，即在13CO2和12CO2中C4植物比C3植物更易消耗13CO2，因此，C4植物有机质中的13C／12C要比C3植物有机质中的13C／12C更大。13CO2和12CO2含量的测定是以国际标样（即普通石灰岩CaCO3）为对照，通过焚烧干燥的植物材料测定的。最后根据下式计算出δ13C（‰）值，即：从上式可以看出，如果在光合作用的碳固定期间13C／12C没有变化，δ13C（‰）将等于零；如果对13CO2有排斥，δ13C（‰）将是一个负数，排斥能力愈大,δ13C（‰）负值也越大。实验证明，在25℃和条件下，PEP羧化酶的δ13C（‰）是-3‰，而在24℃和条件下，RuBP羧化酶的δ13C（‰）是％，这清楚地表明，RuBP羧化酶对13CO2具有比PEP羧化酶更大的排斥性。当温度升高（37℃，）时，RuBP羧化酶的δ13C（‰）显著变负的程度要小一些（‰），这与C3植物光合作用的最适温度偏低（15-25℃）相一致。应用此法目前已测得C3植物的δ13C（‰）在-23到-34‰之间，C4植物的δ13C(‰)在-10到一18‰之间，并据此发现了一些δ13C(‰)居于C3植物与C4植物之间的C3／C4中间类型植物。对于CAM植物来说，得到的δ13C(‰)在-14到-33％之间，显然较低的值落在C4植物的δ13C（‰）范围内，而较高的值则落在C3植物的δ13C（‰）范围内。对此种情况的解释是，许多CAM植物在变化着的环境条件中，能够从光合作用的C3方式转变到CAM，反之亦然。从上新世到二叠纪的代表性化石植物材料中得到的δ13C（0／00），都在现代典型的C3植物范围内，并且目前古老植物中也很少发现有CAM植物存在，这表明植物自来到陆上以来，C3途径就作为一个固定空气中CO2的主要方式进行着。而C4途径和CAM途径似乎比C3途径进化较晚，是C3途径对环境变化的一种适应性反应。3 光合作用多样性与植物系统演化的关系在当今纷繁众多的植物世界中，要理出一条清晰合理的植物系统演化线索是很困难的。除了传统的研究手段外，唯一可凭藉的有说服力的证据是埋在不同地层中的植物化石材料。目前普遍认为，太古代和元古代是细菌，蓝藻繁生的单细胞生物时代；右碳纪是羊齿植物隆盛的时代，三叠纪和侏罗纪为裸子植物时代；被子植物的出现则更要晚得多。显然，在不向地质时代中植物进化的等级是显而易见的。植物的系统演化无不伴随着一系列生理结构和代谢机能的重大改变和调整，其中一个重要的变化就是光合作用的多样性反应。光合细菌和蓝藻可谓最低等的光合生物，其光合结构和光合方式较之高等植物要原始简单得多。就光合碳代谢而言，C3途径最早是在单细胞真核绿藻中发现的，后来被证明是光合生物中碳转化的普遍过程，但同时发现包括现代海藻在内的许多绿色植物还存在其他光合途径，如目前人所供知的C4，CAM等。单子叶禾本科被认为是进化程度很高的被子植物类群，其适应性特强，分布极广是众所周知的。研究表明，该科差不多存在几乎所有的光合作用类型，并且公认较原始的竹亚科只有C3型，而进化较高级的虎耳草亚科和须芒草亚科等均为C4型，有些亚科如芦竹亚科等既有C3型，又有C4型。因此，在这种“高级进化科”中研究光合作用的多样性及其进化关系是很有代表意义的。4 结束语据有关地质资料，地球自形成以来，在漫长的演变过程中，地质地层结构已发生了多次剧烈的变化。不难想象，定居于各个地质时代的绿色植物也会发生相应的代谢改变与适应。Hallersley和Watson(1992)曾分析不同光合作用途径与过去气候变化的关系。由于现代工业文明的发展与进步，大气中的CO2浓度的持续增加已达一个世纪之久，全球气温升高也成为一种必然趋势，面临种种变化，尤其是CO2和温度这两个影响光合作用的重要因素的改变，绿色植物的光合代谢将作出怎样的响应？对这一问题的探讨和回答无疑是很有意义的，不仅在理论上对生理学工作者将有所启示，并可能对现代农业的增收提供有益的指导。
2017年水处理技术论文篇二 浅谈给水处理技术的发展 [摘要] 水与人们生活生产密切相关，而且水是保障人民生活发展工业生产不可缺少的物质基础。近年来，人口增长、水资源的分布不均、污染加剧等问题造成水资源不足日益严重。因此给水处理技术一直在改进。本文旨在介绍一些给水处理日益发展的基本技术。 [关键词] 给水处理 污染物 现代化 高级氧化 膜技术 1.现代化处理技术 化学氧化 水质处理常用氯氧化，当有机污染尚未得到去除时，会产生较多的有害消毒副产物。目前采用KMnO4语气复合剂(一种专门商品)的应用逐渐展开，对氧化有机物、改善混凝取得较好效果。臭氧预氧化可以提高有机物的可生物降解性，又可除嗅、脱色，去除铁、锰，但往往结合后续深度处理臭氧—活性炭时才采用。 加吸附剂粉末炭 粉末炭，具有吸附能力好、投加灵活、对污染物处理效能高等优点，但由于耗费较高(约105元/m^3左右)，一般只有在消除冲击性污染时采用，投加量需10～20mg/L，现在一些水污染事件中就曾应用过此技术，此外还可以通过此技术对原水进行控制，并将该技术演化，如形成活性炭吸附带控制突发性污染事件等。 调节pH 由于投加酸与碱，运行成本增加，又在原水中增加无机离子，在我国很少采用，国外在此方面研究较多，这里不做详述。但其对原水pH的控制以及对某些污染物去除还具有良好的功效的，这一点也被业内广泛认可。 生物预处理 20世纪70年代以来，生物处理工艺越来越广泛应用于市政给水生物处理方法包括生物接触氧化法、生物转盘、生物流化床、生物滤池氧化法、生物活性炭滤池和膜生物反应器等多种形式。生物预处理借助微生物的生命活动对水中的氨氮等有机污染物和铁、锰等无机物进行去除，从而改善水的混凝沉淀性能，使后续工艺较好的发挥作用，提高出水的水质。 2.给水处理的新技术 高级氧化技术 高级氧化技术是给水处理的新技术，并受到了许多的关注，在水处理中有广泛的应用，高级氧化技术包括臭氧氧化技术、超临界水氧化技术、光催化氧化技术、超声空化氧化技术等。 臭氧氧化技术 臭氧由于其在水中有较高的氧化还原电位，常用来进行杀菌消毒、除臭、除味、脱色等，在饮用水处理中有着广泛的应用。近年来，由于氯氧化发用于给水、循环水处理和废水处理中有可能产生三氯甲烷等“三致”物质而受到限制，使臭氧在水处理中的作用受到了更多的关注。但臭氧应用于废水处理还存在着一些问题，如臭氧发生的成本高，而利用率偏低，臭氧处理的费用高;臭氧与有机物的反应选择性较强，在低剂量和短时间内臭氧不可能完全矿化污染物，且分解生成的中间产物会阻止臭氧的进一步氧化。因此，提高臭氧利用率和氧化能力就成为臭氧高级氧化法的研究热点。臭氧的高级氧化技术就是通过臭氧氧化与各种水处理技术的结合，形成氧化性更强、反应选择性较低的羟基自由基。 超临界水氧化技术 超临界水反应与氧化组合为“超临界水氧化(SCWO：Supercritical Water Oxidation)”技术，应用较多。超临界水有优良的溶剂特性，增加了电导率和离子值。表示溶剂的极性的电导率，在常温常压下的值较高(78)，在高温高压下的己烷和甲醇等无极性，与弱极性的有机溶剂的电导率等值(2～30左右)。因此，在高温高压下的水溶解有机物是可能的。 SCWO技术有以下特点： 1) 将有机物完全分解成水和二氧化碳，使之无害化。 2) 不产生以二恶英为代表的有害的副产物。 3) 反应速度快，单位时间内处理量大，装置小型化。 4) 与焚烧炉不同，不需要烟筒，不排放烟气。 在临界温度下易于控制加水分解反应，或易于控制原子团的反应，这是超临界水作为反应溶剂的优越性。不用酸和碱即可进行废水处理，是极好的环境处理技术。 光催化氧化技术 所谓光催化氧化反应，就是在光的作用下进行的化学反应。光化学反应的活化能来源于光子的能量，在太阳能的利用中光电转化以及光化学转化一直是十分活跃的研究领域。光催化氧化技术利用光激发氧化将O2、H2O2等氧化剂与光辐射相结合。所用光主要为紫外光，包括uv-H2O2、uv-O2等工艺，可以用于处理污水中CHCl3、CCl4、多氯联苯等难降解物。另外，在有紫外光的Fenton体系中，紫外光与铁离子之间存在着协同效应，使H2O2分解产生羟基自由基的速率大大加快，促进有机物的氧化去除。 超声空化氧化技术 超声空化是指水中的微小泡核在超声波作用下被激化，表现为泡核的振荡、生长、收缩及崩溃等一系列动力学过程。超声空话技术就是利用声解，将水中有机物转化为CO2、水、无机离子和有机酸等成分。超声空化技术具有少污染或无污染、设备简单等优点，同时，还伴有杀菌消毒功效，是一种很有潜力的水处理新技术。但现阶段超声空话技术主要用于实验室小水量的处理研究中，尚处于基础研究阶段。为了提高降解速度同时降低费用，国内外的水处理工作者又相继研究开发了关于超声波与其他技术相联合的新工艺，如臭氧/超声波联合工艺。在臭氧/超声联合处理含酚水的实验研究中，取得了较好的处理效果。 膜处理技术 随着人类对膜的逐步认识，各种人工合成膜也应运而生，其种类繁多，作用也千差万别，但是它们具有一个共同的特点---选择透过性。膜从广义上可以定义为两相之间的一个具有选择透过性的薄层屏障。 膜式活性污泥法技术是分离技术与生物技术有机结合的新型的水处理技术。是利用膜分离设备截留生化反应池中的活性污泥和大分子有机物，省掉二沉池。活性污泥浓度因此大大提高，水力停留时间和污泥停留时间可以分别控制，而难降解的物质在反应池中不断反应、降解。因此膜处理工艺是通过膜分离技术大大强化了生物处理的功能。 3.结语 我国的给水处理目前普遍采用混凝、沉淀、过滤、消毒组成的常规水处理技术， 优点是水处理成本低， 平均处理效果较好。此外， 水源污染加剧， 常规水处理工艺对某些有机污染物的去除效果不佳。而新兴的水处理技术对水质的改善提供了支撑。臭氧-活性炭处理、膜技术等水处理技术在去除效率、无害性等方面均有常规处理无法比拟的优势， 并且在发达国家的使用经验也表明了这些技术的可靠性。随着科技的进步， 材料学的发展，这些新兴工艺的成本也在逐渐降低。因此我们可以预见， 未来的水处理， 将朝着更安全、更高效、更环保的方向发展。 参考文献 [1]陆煜康，唐锂.水处理节能和新能源的应用.北京：化学工业出版社，2010，5 [2]苑宝玲，王洪杰.水处理新技术原理与应用.北京：化学工业出版社，2006，1 [3] 陆煜康.水处理新技术与能源自给途径.机械工业出版社，2008，8 作者简介： 阚沙沙(1992-)，女，汉族，吉林松原人，郑州大学，水利与环境学院，给水排水工程. 郭丹丹(1991-)，女，汉族，河南许昌人，郑州大学，水利与环境学院，给水排水工程. 看了“2017年水处理技术论文”的人还看： 1. 关于水处理技术论文 2. 锅炉水处理技术论文 3. 工业水处理技术论文 4. 膜法水处理技术论文 5. 锅炉水处理技术论文(2)
摘要:人类在经过漫长的奋斗历程后,在改造自然和发展社会经济方面取得了辉煌的业绩,与此同时,生态破坏与环境污染,对人类的生存和发展已构成了现实威胁。保护和改善生态环境,实现人类社会的持续发展,是全人类紧迫而艰巨的任务。因此,环境保护与实现可持续发展,是一个一而二,二而一的任务。保护环境是实现可持续发展的前提,也只有实现了可持续发展,生态环境才能真正得到有效的保护,保护生态环境,确保人与自然的和谐,是经济能够得到进一步发展的前提,也是人类文明得以延续的保证。关键词:环境保护;可持续发展;和谐发展1可持续发展的实质可持续发展既是满足当代的需要,又不对后代人满足其需要的能力构成危害的发展。可持续发展包含二个重要的内涵:一是需要,指满足人类基本需要和提高生活质量的需要,将基本需要放在特别优先的地位来考虑;二是限制,指人类的发展和需要应以地球上资源的承受能力为限度,通过人类技术的进步和管理活动,对发展进行协调与限制,要对环境满足眼前和将来需要的能力施加限制,以求与自然环境容量相适应。没有限制的发展,便不能持续。生态持续发展是可持续发展的保障,经济持续发展是可持续发展的手段,社会持续发展是可持续的最终目标。随着环境问题的出现,倡导可持续发展模式更是迫在眉急的。当今世界面临着人口、资源、环境和发展一系列重大问题。可持续发展概念是在人类深刻认识环境与资源的可持续能力基础上提出的。它是源于环境保护的。人类是自然的一部分,人类与自然界是不可分割的整体,人必须与自然协调才能持续生存。不适当的生产和生活方式是地球环境所面临的最严重问题之一。工业革命以来,尤其是第二次世界大战以后,西方国家竞相追求经济的高速发展,通过大量消耗不可再生资源,促进经济的快速增长和维持较高消费水平的需要。工业生产虽然增长了几十倍,但却出现人口膨胀、资源短缺、环境恶化、生态破坏、贫困加剧和各国发展失衡的社会矛盾。可见经济要持续发展,社会能够和谐发展,保护好环境是关键可持续发展的思路,不但涉及人类未来的前途和命运,而且发展就是高消耗,高增长的消费经济模式,不考虑自然的承受能力,以大量消耗自然资源来促进经济发展,造成人与自然环境的不协调。可持续发展是将自然界普遍存在的物质不灭和能量守恒定律,应用到作为有机整体的人与自然环境系统。满足人类需求是社会发展的中心。要求人类在尽量减少资源消耗的基础上,提高资源的利用率,做到少投入多产出,促进可再生资源的增长,使系统内部在相互协调的情况下,物质能量的转化率达到最佳效果,以满足人们的需求。同时要求人们在消费时,尽可能地多利用少排放,以减少自然的负荷,使系统的结构和功能保持良好状态,成为人类与自然环境相互协调的可持续发展的新模式。2环境功能和环境问题人类社会的发展不可能脱离周围环境而孤立地进行。环境是社会发展的经常必要的条件之一,趁着加速或延缓社会发展进程的作用环境对社会发展所起的促进或阻延的作用体现了生产力不断提高和自然资源不断开发,社会与其周围环境的联系便日益加深。环境是人类生存发展的基础。也是开发利用的对象。主要功能有:(1)提供人类活动所必需的各种自然条件和自然资源。环境是人类从事生产的物质、能源的源泉,也是各种生物基本重要条件。人类从自然地理环境中开采煤、石油、天然气等,利用土地资源生产谷物,从而产生一系列的经济活动。因而环境资源的多寡、优劣决定着经济活动的规模和速度。当人类索取资源的速度超过自然供给的能力时,便难以维系和持续发展。(2)消纳和同化人类活动产生的产品,同时也会有一些一时未能被利用的副产品排入环境,成为废物。而人类新陈代谢和消费活动,也产生各种废弃物归还给周围自然环境。当废物排放量超过环境的自净能力时,环境质量会下降。(3)满足人类生存的精神享受。环境不仅能为人类提供物质资源,而且还能满足人们对舒适的要求。清洁的空气和水是农业生产必需的要素,也是人们健康,愉快的生活需求。优美舒适的环境,使人们心情轻松、精神愉快,有利于提高人体素质,更有效地工作促进社会经济持续发展。保护环境的目的在于促进社会经济持续发展。面对诸多的环境问题,我们必须加强环境保护。环境问题是指任何不利于人类生存和发展的环境结构和状态的变化,产生的原因包括人为、自然两方面。其实质是人类不合理的社会经济活动与环境可持续发展间的矛盾。环境问题已成为人类面临的严峻挑战之一。主要包括原生环境问题和次生环境问题两大类。(1)原生环境问题地叫第一环境问题,是由自然环境自身变化引起的,没有人为因素或很少有人为因素参与。这一类环境问题是自然诱发的,是经过较长时间自然蕴蓄过程之后才发生的,或者主要是受自然力的操纵,且人已失去控制能力情况下发生的,并使人类社会遭受一定的损害。这类环境问题包括地震、火山活动、滑坡、泥石流、台风、洪水、干旱等。面对这些问题我们昼做到预防减少损害。(2)次生环境问题是人类活动作用于周围环境引起的环境问题,也称第二环境问题。主要是人类不合理利用资源所引起的环境衰退和工业发展所带来的环境污染等问题。①环境破坏,环境破坏又称生态破坏。主要指人类的社会活动引起的生态退化及由此而衍生的有关环境效应,它们导致了环境结构与功能的变化,对人类的生存与发展产生了不利影响。环境破坏主要是由于人类活动违背了自然生态规律,急功近利,盲目开发自然资源所引起的。因过度砍伐引起的森林覆盖率锐减,因过度放牧引起草原退化,因滥肆捕杀引起许多动物物种濒临灭绝,盲目占地造成耕地面积减少因毁林开荒造成水土流失和沙漠化,地下水过度开采造成地下水漏斗,地面下沉,因其他不合理开发利用,造成地质结构破坏,地貌景观破坏等。②环境污染与干扰,环境污染指有害物质或因子进入环境,并在环境中扩散、迁移、转化,使环境系统的结构性与功能发生变化,对人类或其他生物的正常生存和发展产生不利影响的现象。主要是指人类活动导致环境质量下降。如大气污染、水污染、土壤污染、放射性污染等。这威胁着人类的健康。环境干扰指的是人类活动所排出的能量进入环境,达到一定程度产生对人类不良的影响。环境危机之所以引起人们的普遍不安与广泛关注,是因为环境危机不仅影响了当代人的生活质量,也威协后代人的生存。这必须与可持续发展联系起来,可持续发展鼓励经济增长,它不仅重视增长数量,而且要求发送质量提高效益,节约能源,减少废物,改变传统的生产和消费模式,实施清洁生产和文明消费。是以保护自然为基础,控制环境污染,改善环境质量减少生态破坏,保持地球生态系统的完整性,以持续的方式使用可再生资源,使作类的发展保持在地球承载力之内。是以消除贫困,改善和提高人类的生活质量为目的,要与社会进步相适应。虽然未来人对幸福的理解也许会与我们有所不同,但作为人,他们的某些基本需要(如清洁的空气、干净的.水、健康而稳定的生态系统)必须首先得到满足。因此,在分配地球上的有限资源时,我们必须要用代际主义的原则来处理当代人与后代人的关系。我们不仅要给后人留下一套先进的生产技术与成熟的经济发展模式,还要给他们留下一个稳定而健康的生态环境。3环境保护与可持续发展一种文明如果把掠夺和征服自然视为自己的价值实现,那么,环境污染与生态危机的出现就是必不可免的;人为目前所面临的环境危机,不是源于科学技术提供资源的速度慢于人类消费资源的速度。与以往的历史相比,人类目前所掌握的技术无疑是最先进的,但是,环境危机正是在我们拥有如此空前的技术力量的背景下产生的。因此,环境危机不能通过单纯的技术手段来解决,承认技术手段在保护环境方面的局限性,并不是要否认科学技术在保护环境方面的局限性,并不是要不论科学技术在保护环境方面的重要作用而是要求我们突破技术决定论的局限,把环境保护与可持续发展放在文明转型和价值重铸的大背景中来加以思考。承认大自然的内在价值,把人与自然视为一个密不可分的整体,追求人与自然的和谐,尊重并维护生态系统的完整、美丽和稳定。无论以全球范围,还是以我国的实际情况来看,人类文明都发展到了保护生态环境阶段。确保人与自然的和谐,是经济能够得到进一步发展的前提,也是人类文明得以延续的保证。要实现保护环境与可持续发展的目标。我们需要做的事情非常多,我们要调整好人与自然的关系,当代人与后代人的关系,以及当代人之间关系。要真正解决环境问题,首先必须改变当前人类的发展模式和道路。发展不能仅局限于经济发展,不能把社会经济发展与环境保护割裂开来,更不应对立起来。发展应是社会、经济、人口、资源和环境的协调发展和人的全面发展。1972年人类环境会议上通过了《人类环境宣言》,或为人类环境保护工作的转折点,环境问题不仅仅是环境污染问题。从全球来看生态环境破坏此环境污染更严重。冲破了就环境的狭隘观点,把人口、资源、环境与发展紧密联系起来,协调人类与环境,发展与环境的关系,才能从整体上解决环境问题。当代人之间能否公平地分配环境保护的成本与利益能否建立一套鼓励人们的环保行为的制度安排,这直接决定着人与自然和谐这一目标的实现;如果当代人之间尚且不能实现某种最低限度的公正,那么,我们就很难指望他们会真正关心遥远后代的利益,因此,当代的集体努力与人人选择是实现可持续发展目标的关键。《我们共同的未来》把满足贫困人口的基本需要“放在特别优先的地位来考虑”。这是由于使人的基本需要得到满足,这是人作为人所享有的基本权利。贫困是对这种权利的剥夺,它使人作为的价值得不到实现。同时,贫困与破坏环境往往是互为因果的。因此,消除贫困,减少贫富差距是实现代内平等的内在要求,也是实现可持续发展的基础。综上所述,要达到人类与自然环境的协调发展要达到可持续发展的目标——必须保护好环境。人有权利利用自然,通过改变自然资源的物质形态,满足自身的生存需要,但这种权利必须以不改变自然界的基本秩序为限度;人又有义务尊重自然的存在事实,保持自然规律的稳定性,在开发自然的同时向自然提供相应的补偿。当然,如此确定权利和义务的范围,是以人与自然之间原本存在着和谐为前提的,可持续发展针对的则是人与自然的和谐关系已经遭受严重破坏的现实。在这个事实中,人对自然的权利和义务的范围必须相应调整。在达到新的和谐之前,人对自然的开发方式,开发深度应当受到严格的限制;人在改变自然资源的物质形态的同时,应当更多地向自然提供补偿,以恢复其正常状态。使人与环境协调发展,达到可持续发展的目标。
您好，当光纤激光打标机扫描部件出现没反应的时候，您可以对以下方面做个检查：1、先检查电源是否正常启动2、检查指示灯是否损坏3、检查镜盖是否打开4、检查信号是否接连正常5、检查计算机软件是否出现故障问题
你再发一封问问，可能是认为的原因
杂志社审稿是有一定时间的。这个周期每个杂志社不同，如《许愿草》就是上半月审稿，而《知音》是下半月。投稿是可以了解下这些方面。稿子一般都是3个月才有回复，其实，过了这个时间也就是没有中，可以投其他的了，编辑回稿子都是很忙的。如果很想知道自己是不是投中，可以发个邮件或是知道QQ MSN 了解下。但是态度要好点。最后希望LZ稿子被选中。
一般核心要审稿费的。
稀土掺杂氟化物多波长红外显示材料的研究摘 要本文简单介绍了稀土发光原理、上转换发光材料的大致发展史、红外上转换发光材料的应用以及当前研究现状。以PbF2为基质材料，ErF3为激活剂，YbF3为敏化剂，采用高温固相反应法制备了PbF2: Er,Yb上转换发光材料。重点讨论了制备过程中，制备工艺中的烧结时间、烧结温度对红外激光显示材料发光效果的影响。研究了Er3+/Yb3+发光系统在1064nm激光激发下的荧光光谱和上转换发光的性质。实验表明，在1064nm激光激发下，材料可以发射出绿色和红色荧光，是一种新型的红外激光显示材料。关键字：1064nm 上转换 红外激光显示 Er3+/Yb3+AbstractThis paper simply described the rare earth luminescence mechanism, the development of up-conversion materials and their applications were systematically explained. Present situation of the research on infrared up-conversion luminescence is also presented. PbF2 as matrix, ErY3 as activator and YbF3 as sensitizer were adopted to synthesize PbF2: Er,Yb up-conversion material with high temperature solid-phase reaction. A great emphasize was paid on the factors that effect on the luminescence properties of infrared laser displayed materials such as sinter temperature, time of sinter. The luminescence system of Er3+/Yb3+, their fluorescence spectrum and their character of up-conversion with 1064nm LD as an excitation source were studied. The experimental results that intense green and wed up-conversion emissions were observed under 1064nm LD excitation, which is a new type of infrared laser displayed Words: 1064nm Up-conversion Infrared laser displayed materials Er3+/Yb3+目 录摘要Abstract第一章 绪论 稀土元素的光谱理论简介 稀土元素简介 稀土离子能级 晶体场理论 基质晶格的影响 上转换发光材料的发展概况 上转换发光的基本理论 激发态吸收 光子雪崩上转换 能量传递上转换 敏化机制与掺杂方式 敏化机制 掺杂方式 上转换发光材料的应用 本论文研究目的及内容 8第二章 红外激光显示材料的合成与表征 红外激光显示材料的合成 实验药品 实验仪器 样品的制备 红外激光显示材料的表征 XRD 荧光光谱 12第三章 结果与讨论 基质材料的确定 助熔剂的选择 烧结时间的确定 烧结温度的确定 掺杂浓度的确定 17结 论 21参考文献 22致 谢 23第一章 绪论 稀土元素的光谱理论简介 稀土元素简介稀土元素是指周期表中IIIB族，原子序数为21的钪（Sc）：39的钇（Y）和原子序数57至71的镧系中的镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）、镥（Lu），共17个元素[1]。稀土元素的原子具有未充满的受到外界屏蔽的4f和5d电子组态，因此具有丰富的电子能级和长寿命激发态，能级跃迁通道多达20余万个，可以产生多种多样的辐射吸收和发射。稀土化合物发光是基于它们的4f电子在f-f组态之内或f-d组态之间的跃迁。稀土发光材料具有许多优点：（1）与一般元素相比，稀土元素4f电子层构型的特点，使其化合物具有多种荧光特性；（2）稀土元素由于4f电子处于内存轨道，受外层s和P轨道的有效屏蔽，很难受到外部环境的干扰，4f能级差极小，f-f跃迁呈现尖锐的线状光谱，发光的色纯度高；（3）荧光寿命跨越从纳秒到毫秒6个数量级；（4）吸收激发能量的能力强，转换效率高；（5）物理化学性质稳定，可承受大功率的电子束、高能辐射和强紫外光的作用。稀土离子能级稀土离子具有4f电子壳层，但在原子和自由离子的状态由于宇称禁戒，不能发生f-f电子跃迁[3&7]。在固体中由于奇次晶场项的作用宇称禁戒被解除，可以产生f-f跃迁，4f轨道的主量子数是4，轨道量子数是3，比其他的s，p，d轨道量子数都大，能级较多。除f-f跃迁外，还有4f-5d，4f-6s，4f-6p电子跃迁。由于5d，6s，6p能级处于更高的能级位置，所以跃迁波长较短，除个别离子外，大多数都在真空紫外区域。由于4f壳层受到5s2，5p6壳层的屏蔽作用，对外场作用的反应不敏感，所以在固体中其能级和光谱都具有原子状态特征。因此，f-f跃迁的光谱为锐线，4f壳层到其他组态的跃迁是带状光谱，因为其他组态是外壳层，受环境影响较大。稀土离子在化合物中一般出现三价状态，在可见和红外光区观察的光谱大都属于4fN组态内的跃迁，在给定组态后确定光谱项的一般方法是利用角动量耦合和泡利原理选出合理的光谱项，但这种方法在电子数多，量子数大时，相当麻烦且容易出错。所以，对稀土离子不太适合。利用群论方法，采用U7>R7>G2>R3群链的分支规则可以方便地给出4fN组态的全部正确的光谱项，通常用大写的英文字母表示光谱项的总轨道角动量的量子数的数目，如S，P，D，F，G，H，I，K，L，M，N，O，Q……分别表示总轨道角动量的量子数为0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，……，25+l表示光谱项的多重性，S是总自旋量子数。在光谱学中，用符号2S+1L表示光谱项。 晶体场理论晶体场理论认为，当稀土离子掺入到晶体中，受到周围晶格离子的影响时，其能级不同自由离子的情况。这个影响主要来自周围离子产生的静电场，通常称为晶体场[2]。晶体场使离子的能级劈裂和跃迁几率发生变化。稀土离子在固体中形成典型的分立发光中心。在分立发光中心中，参与发光跃迁的电子是形成中心离子本身的电子，电子的跃迁发生在离子本身的能级之间。中心的发光性质主要取决于离子本身，而基质晶格的影响是次要的。稀土离子的4f电子能量比5s，5p轨道高，但是5s，5p轨道在4f轨道的外面，因而5s，5p轨道上的电子对晶体场起屏蔽作用，使4f电子受到晶体场的影响大大减小。稀土离子4f电子受到晶体场的作用远远小于电子之间的库仑作用，也远远小于4f电子的自旋—轨道作用。考虑到电子之间的库仑作用和自旋—轨道作用，4f电子能级用2J+I LJ表示。晶体场将使具有总角动量量子数J的能级分裂，分裂的形式和大小取决于晶体场的强度和对称性。稀土离子4f能级的这种分裂，对周围环境（配位情况、晶场强度、对称性）非常敏感，可作为探针来研究晶体、非晶态材料、有机分子和生物分子中稀土离子所在局部环境的结构，且2J+I LJ能级重心在不同的晶体中大致相同，稀土离子4f电子发光有特征性，因而很容易根据谱线位置辨认是什么稀土离子在发光。 基质晶格的影响基质晶格对f→d跃迁的光谱位置有着强烈的影响，另外其对f→f跃迁的影响表现在三个方面：（1）可改变三价稀土离子在晶体场所处位置的对称性，使不同跃迁的谱强度发生明显的变化；（2）可影响某些能级的分裂；（3）某些基质的阴离子团可吸收激发能量并传递给稀土离子而使其发光，即基质中的阴离子团起敏化中心的作用。特别是阴离子团的中心离子（Me）和介于中间的氧离子O2-以及取代基质中阳离子位置的稀土离子（RE）形成一直线，即Me-O-RE接近180°时，基质阴离子团对稀土离子的能量传递最有效。 上转换发光材料的发展概况发光是物体内部以某种方式吸收的能量转换为光辐射的过程。发光学的内容包括物体发光的条件、过程和规律，发光材料与器件的设计原理、制备方法和应用，以及光和物质的相互作用等基本物理现象。发光物理及其材料科学在信息、能源、材料、航天航空、生命科学和环境科学技术中的应用必将促进光电子产业的迅猛发展，这对全球的信息高速公路的建设以及国家经济和科技的发展起着举足轻重的推动作用。三价镧系稀土离子具有极丰富的电子能谱，因为稀土元素原子的电子构型中存在4f轨道，为多种能级跃迁创造了条件，在适当波长的激光的激发下可以产生众多的激光谱线，可从红外光谱区扩展到紫外光谱区。因此，稀土离子发光研究一直备受人们的关注。60年代末，Auzel在钨酸镱钠玻璃中意外发现，当基质材料中掺入Yb3+离子时，Er3+、Ho3+和Tm3+稀土离子在红外光激发下可发出可见光，并提出了“上转换发光”的观点[5&4]。所谓的上转换材料就是指受到光激发时，可以发射比激发波长短的荧光的材料。其特点是激发光光子能量低于发射光子的能量，这是违反Stokes定律的。因此上转换发光又称为“反Stokes发光”。从七十年代开始，上转换的研究转移到单频激光上转换。到了八十年代由于半导体激光器泵浦源的发展及开发可见光激光器的需求，使其得到快速发展。特别是近年来随着激光技术和激光材料的进一步发展，频率上转换在紧凑型可见激光器、光纤放大器等领域的巨大应用潜力更激起广大科学工作者的兴趣，把上转换发光的研究推向高潮，并取得了突破性实用化的进展。随着频率上转换材料研究的深入和激光技术的发展，人们在考虑拓宽其应用领域和将已有的研究成果转换成高科技产品。1996年在CLEO会议上，Downing与Macfarlanc等人合作提出了三色三维显示方法，双频上转换三维立体显示被评为1996年物理学最新成就之一，这种显示方法不仅可以再现各种实物的立体图像，而且可以随心所欲的显示各类经计算机处理的高速动态立体图像，具有全固化、实物化、高分辨、可靠性高、运行速度快等优点[15]。上转换发光材料的另一项很有意义的应用就是荧光防伪或安全识别，这是一个应用前景极其广阔的新兴研究方向。由于在一种红外光激发下，发出多条可见光谱线且各条谱线的相对强度比较灵敏地依赖于上转换材料的基质材料与材料的制作工艺，因而仿造难、保密强、防伪效果非常可靠。目前，研究的稀土离子主要集中在Nd3+，Er3+，Ho3+，Tm3+和Pr3+等三价阳离子。Yb3+离子由于其特有的能级特性，是一种最常用的敏化离子。一般来说，要制备高效的上转换材料，首先要寻找合适的基质材料，当前研究的上转换材料多达上百种，有玻璃、陶瓷、多晶粉末和单晶。其化合物可分为：（1）氟化物；（2）氧化物；（3）卤氧化物；（4）硫氧化物；（5）硫化物等。迄今为止，上转换发光研究取得了很大的进展，人们已在氟化物玻璃、氟氧化物玻璃及多种晶体中得到了不同掺杂稀土离子的蓝绿上转换荧光。 上转换发光的基本理论通过多光子机制把长波辐射转换成短波辐射称为上转换，其特点是吸收光子的能量低于发射光子的能量[2&8]。稀土离子上转换发光是基于稀土离子4f电子能级间的跃迁产生的。由于4f外壳层电子对4f电子的屏蔽作用，使得4f电子态间的跃迁受基质的影响很小，每种稀土离子都有其确定的能级位置，不同稀土离子的上转换发光过程不同。目前可以把上转过程归结于三种形式：激发态吸收、光子雪崩和能量传递上转换。激发态吸收激发态吸收（Excited Stated Absorption简写为ESA）是上转换发光中的最基本过程，如图1-1所示。首先，发光中心处于基态能级E0的电子吸收一个ω1的光子，跃迁到中间亚稳态E1上，E1上的电子又吸收一个ω2光子，跃迁到高能级E2上，当处于能级E2上的电子向基态跃迁时，就发射一个高能光子。图1-1 上转换的激发态吸收过程 光子雪崩上转换光子雪崩上转换发光于1979年在LaCl3∶Pr3+材料中首次发现。1997年，N. Rakov等报道了在掺Er3+氟化物玻璃中也出现了雪崩上转换。由于它可以作为上转换激光器的激发机制，而引起了人们的广泛的注意。“光子雪崩”过程是激发态吸收和能量传输相结合的过程，如图1-2所示，一个四能级系统，Mo、M1、M2分别为基态和中间亚稳态，E为发射光子的高能级。激发光对应于M1→E的共振吸收。虽然激发光光子能量同基态吸收不共振，但总会有少量的基态电子被激发到E与M2之间，而后弛豫到M2上。M2上的电子和其他离子的基态电子发生能量传输I，产生两个位于M1的电子。一个M1的电子在吸收一个ω1的光子后激发到高能级E。而E能级的电子又与其他离子的基态相互作用，产生能量传输II，则产生三个为位于M1的电子，如此循环，E能级上的电子数量像雪崩一样急剧地增加。当E能级的电子向基态跃迁时，就发出能量为ω的高能光子。此过程就为上转换的“光子雪崩”过程。图1-2 光子雪崩上转换能量传递上转换能量转移（Energy Transfer，简写成ET）是两个能量相近的激发态离子通过非辐射过程藕合，一个回到低能态，把能量转移给另一个离子，使之跃迁到更高的能态。图1-3列出了发生能量传递的几种可能途径：（a）是最普通的一种能量传递方式，处于激发态的施主离子把能量传给处于激发态的受主离子，使受主离子跃迁到更高的激发态去；（b）过程称为多步连续能量传递，在这一过程中，只有施主离子可以吸收入射光子的能量，处于激发态的施主离子与处于基态的受主离子间通过第一步能量传递，把受主离子跃迁到中间态，然后再通过第二步能量传递把受主离子激发到更高的激发态；（c）过程可命名为交叉弛豫能量传递（Cross Relaxation Up-conversion，简称CR），这种能量传递通常发生在相同离子间，在这个过程中，两个相同的离子通过能量传递，使一个离子跃迁到更高的激发态，而另一个离子弛豫到较低的激发态或基态上去；（d）过程为合作发光过程的原理图，两个激发态的稀土离子不通过第三个离子的参与而直接发光，他的一个明显的特征是没有与发射光子能量匹配的能级，这是一种奇特的上转换发光现象；（e）过程为合作敏化上转换，两个处于激发态的稀土离子同时跃迁到基态，而使受主离子跃迁到较高的能态。（a）普通能量传递 （b）多步连续能量传递（c）交叉弛豫能量传递 （d）合作发光能量传递（e）合作敏化上转换能量传递图1-3 几种能量传递过程的示意图稀土离子的上转换发光都是多光子过程，在多光子过程中，激发光的强度与上转换荧光的强度有如下关系：Itamin ∝ Iexcitationn其中Itamin表示上转换荧光强度，Iexcitation表示激发光强度，在双对数坐标下，上转换荧光的强度与激发光的强度的曲线为一直线，其斜率即为上转换过程所需的光子数n，这个关系是确定上转换过程是几光子过程的有效方法。 敏化机制与掺杂方式 敏化机制通过敏化作用提高稀土离子上转换发光效率是常用的一种方法[9]。其实质是敏化离子吸收激发能并把能量传递给激活离子，实现激活离子高能级的粒子数布居，从而提高激活离子的转换效率，这个过程可以表述如下：Dexc+A→D+AexcD表示施主离子，A是受主离子，下标“exc”表示该离子处于激发态。Yb3+离子由于特有的能级结构，是最常用的也是最主要的一种敏化离子。（1）直接上转换敏化对与稀土激活中心（如Er3+，Tm3+，Ho3+）和敏化中心Yb3+共掺的发光材料，由于Yb3+的2F5/2能级在910-1000nm均有较强吸收，吸收波长与高功率红外半导体激光器的波长相匹配。若用激光直接激发敏化中心Yb3+，通过Yb3+离子对激活中心的多步能量传递，可再将稀土激活中心激发至高能级而产生上转换荧光，这类过程会导致上转换荧光明显增强，称之为直接上转换敏化。图1-4以Yb3+/Tm3+共掺杂为例给出了该激发过程的示意图。图1-4 直接上转换敏化（2）间接上转换敏化由于Yb3+离子对910-1000 nm间泵浦激光吸收很大，泵浦激光的穿透深度非常小，因此虽然在表面的直接上转换敏化能极大的提高上转换效率，但它却无法应用到上转换光纤系统中。针对这种情况，国际上与1995-1996年首次提出了“间接上转换敏化”方法[7]。间接上转换敏化的模型首先在Tm3+/Yb3+双掺杂体系中提出的：当激活中心为Tm3+时，如果激发波长与Tm3+的3H6→3H4吸收共振，激活中心Tm3+就被激发至3H4能级，随后处于3H4能级的Tm3+离子与位于2F5/2能级的Yb3+离子发生能量传递，使Yb3+离子的2F5/2能级上有一定的粒子数布居。然后处于激发态2F5/2的Yb3+离子再与Tm3+进行能量传递，实现Tm3+的1G4能级的粒子数布居，这样就通过Tm3+→Yb3+→Tm3+献的能量过程间接地把Tm3+离子激发到了更高能级1G4。从而导致了Tm3+离子的蓝色上转换荧光。图1-5给出了间接上转换敏化的示意图。考虑到稀土离子的敏化作用与前述的上转换机理，在实现上转换发光的掺杂方式通常要考虑如下几点：（1）敏化离子在激发波长处有较大的吸收截面和较高的掺杂浓度；（2）敏化离子与激活离子之间有较大的能量传递几率；（3）激活离子中间能级有较长的寿命。图1-5 间接上转换敏化 掺杂方式表1-1给出了当前研究比较多的掺杂体系，表中同时列出了某一掺杂体系对应的激发波长、基质材料、敏化机制等。表1-1 常见的掺杂体系稀土离子组合 激发波长 基质材料 敏化机制单掺杂 Er3+ 980nm ZrO2纳米晶体 —Nd3+ 576nm ZnO–SiO2–B2O3 —Tm3+ 660nm AlF3/CaF2/BaF2/YF3 —双掺杂 Yb3+：Er3+ 980nm Ca3Al2Ge3O12玻璃 直接敏化Yb3+：Ho3+ 980nm YVO4 直接敏化Yb3+：Tm3+ 800nm 氟氧化物玻璃 间接敏化Yb3+：Tb3+ 1064nm 硅sol–gel玻璃 合作敏化Yb3+：Eu3+ 973nm 硅sol–gel玻璃 合作敏化Yb3+：Pr3+ 1064nm LnF3/ZnF2/SrF2 BaF2/GaF2/NaF 直接敏化Nd3+：Pr3+ 796nm ZrF4基玻璃 直接敏化三掺杂 Yb3+： Nd3+ ：Tm3+ 800nm ZrF4基玻璃 间接敏化Yb3+： Nd3+ ：Ho3+ 800nm ZrF4基玻璃 间接敏化Yb3+： Er3+ ：Tm3+ 980nm PbF2:CdF2玻璃 直接敏化 上转换发光材料的应用稀土掺杂的基质材料在波长较长的红外光激发下，可发出波长较短的红、绿、蓝、紫等可见光。通常情况下，上转换可见光包含多个波带，每个波带有多条光谱线，这些谱线的不同强度组合可合成不同颜色的可见光[7]。掺杂离子、基质材料、样品制备条件的改变，都会引起各荧光带的相对强度变化，不同样品具有独特的谱线强度分布与色比关系（我们定义上转换荧光光谱中各荧光波段中的峰值相对强度比称为色比，通常以某以一波段的峰值强度为标准）。因而上转换发光材料可应用到荧光防伪或安全识别上来。上转换发光材料在荧光防伪或安全识别应用上的一个研究重点是制备上转换效率高，具有特色的防伪材料，实现上转换荧光防伪材料能够以配比控制色比；也就是通过调整稀土离子种类、浓度以及基质材料的种类、结构和配比，达到控制色比关系。 本论文研究目的及内容Nd:YAG激光器发出1064nm的激光，在激光打孔、激光焊接、激光核聚变等领域具有广泛的应用价值，是最常用的激光波段。然而，由于人眼对1064nm的红外光不可见，因此，需要采用对1064nm激光响应的红外激光显示材料制备的显示卡进行调准和校正。本论文采用氟化物作为基质，掺杂稀土离子，通过配方和工艺研究，制备对1064nm响应的红外激光显示材料。研究组分配比、烧结温度、气氛和时间等对粉体性能的影响。并采用XRD和荧光光谱分析等测试手段对粉体进行表征。确定最佳烧结温度、组分配比，最终获得对1064nm具有优异红外转换性能的红外激光显示材料。第二章 红外激光显示材料的合成与表征经过多年研究，红外响应发光材料取得了很大进展，现已实现了氟化物玻璃、氟氧化物玻璃、及多种晶体中不同稀土离子掺杂的蓝绿上转换荧光。然而上转换荧光的效率距离实际实用还有很大的差距，尤其是蓝光，其效率更低。因此，寻找新的红外激光显示材料仍在研究之中，本文主要研究对1064nm响应的发光材料。本章研究了双掺杂Er3+/Yb3+不同基质材料的蓝绿上转换荧光，得到了发光效果较好的稀土掺杂氟化物的红外激光显示材料，得到了一些有意义的研究结果。 红外激光显示材料的合成 实验药品（1）合成材料所用的化学试剂主要有：LaF3，BaF2，Na2SiF6，NaF，氢氟酸，浓硝酸等。稀土化合物为Er2O3、Yb2O3，纯度在4N以上。（2）ErF3、YbF3的配制制备Yb3+/Er3+共掺氟化物的红外激光显示材料使用的ErF3，YbF3是在实验室合成的。实验采用稀土氧化物，称取适量的Er2O3，Yb2O3放在烧杯1和烧杯2中，滴加稍微过量的硝酸（浓度约为8mol/L），置于恒温加热磁力搅拌器上搅拌，直至烧杯1中出现粉红色溶液、烧杯2中出现无色溶液停止。其化学反应如下：Er2O3+6HNO3→2Er(NO3)3+3H2OYb2O3+6HNO3→2Yb(NO3)3+3H2O再往烧杯1和烧杯2中分别都加入氢氟酸，烧杯1中生成粉红色ErF3沉淀，烧杯2中生成白色絮状YbF3沉淀，其化学反应如下：Er(NO3)3+3HF→ErF3↓+3HNO3Yb(NO3)3+3HF→YbF3↓+3HNO3生成的ErF3、YbF3沉淀使用循环水式多用真空泵进行分离，并多次使用蒸馏水进行洗涤，将从溶液中分离得到的沉淀倒入烧杯放入电热恒温干燥箱，在100℃条件下保温12小时，得到了实验所需的ErF3、YbF3，装入广口瓶中备用。 实验仪器SH23-2恒温加热磁力搅拌器（上海梅颖浦仪器仪表制造有限公司）PL 203电子分析天平（梅特勒一托多利仪器上海有限公司）202-0AB型电热恒温干燥箱（天津市泰斯特仪器有限公司）SHB-111型循环水式多用真空泵（郑州长城科工贸有限公司）WGY-10型荧光分光光度计（天津市港东科技发展有限公司）DXJ-2000型晶体分析仪（丹东方圆仪器有限公司）1064nm半导体激光器（长春新产业光电技术有限公司）4-13型箱式电阻炉（沈阳市节能电炉厂） 样品的制备（1）实验方法本实验样品制备方法是：以稀土化合物YbF3、ErF3，基质氟化物为原料，引入适量的助熔剂，采用高温固相法合成红外激光显示材料。高温固相法是将高纯度的发光基质和激活剂、辅助激活剂以及助熔剂一起，经微粉化后机械混合均匀，在较高温下进行固相反应，冷却后粉碎、筛分即得到样品[8]。这种固体原料混合物以固态形式直接参与反应的固相反应法是制备多晶粉末红外激光显示材料最为广泛使用的方法。在室温下固体一般并不相互反应，高温固相反应的过程分为产物成核和生长两部分，晶核的生成一般是比较困难的，因为在成核过程中，原料的晶格结构和原子排列必须作出很大调整，甚至重新排列。显然，这种调整和重排要消耗很多能量。因而，固相反应只能在高温下发生，而且一般情况下反应速度很慢。根据Wagner反应机理可知，影响固体反应速度的三种重要因素有：①反应固体之间的接触面积及其表面积；②产物相的成核速度；③离子通过各物相特别是通过产物相时的扩散速度。而任何固体的表面积均随其颗粒度的减小而急剧增加，因此，在固态反应中，将反应物充分研磨是非常必要的[6]。而同时由于在反应过程中在不同反应物与产物相之间的不同界面处可能形成的物相组成是不同的，因此可能导致产物组成的不均匀，所以固态反应需要进行多次研磨以使产物组成均匀。另外，如果体系存在气相和液相，往往能够帮助物质输运，在固相反应中起到重要作用，因此在固相反应法制备发光材料时往往加入适量助熔剂。在有助熔剂存在的情况下，高温固相反应的传质过程可通过蒸发-凝聚、扩散和粘滞流动等多种机制进行。（2）实验步骤根据配方中各组分的摩尔百分含量（表3-1，表3-2，表3-3中给出了实验所需主要样品的成分与掺杂稀土离子浓度），准确计算各试剂的质量，使用电子天平精确称量后，把原料置于玛瑙研钵中研磨均匀后装入陶瓷坩埚中（粉体敦实后大概占坩埚体积的1/3），再放入电阻炉中保温一段时间。冷却之后即得到了实验所述的红外激光显示材料样品。图2-1为实验流程图：图2-1 实验流程图 红外激光显示材料的表征 XRDX射线衍射分析是当今研究晶体精细结构、物相分析、晶粒集合和取向等问题的最有效的方法之一[10&9]。通常采用粉末状晶体或多晶体为试样的X射线衍射分析被称为粉末法X射线衍射分析。1967年，Hugo 鉴于计算机处理大量数据的能力，在粉末中子衍射结构分析中，提出了全粉末衍射图最小二乘拟合结构修正法。1977年，Malmros等人把这个方法引入X射线粉末衍射分析中，从此Rietveld分析法的研究开始迅速发展起来[16&10]。本实验采用丹东方圆仪器有限公司生产的DXJ-2000型晶体分析仪对粉末样品进行数据采集，主要测试参数为：Cu靶Kα线，管压45kV，管流35Ma，狭缝DSlmm、.、SS1 mm，扫描速度10度/min（普通扫描）、度/min（步进扫描），通过测试明确所制备的材料是否形成特定晶体结构的晶相，也可以简单判断随着掺杂量的增加，是否在基质中有第二相形成或者掺杂的物质同基质一起形成固溶体。
植物光合作用的多样性光合作用既是生物学中最古老的问题，也是当前生物学的前沿之一，因为它不仅在农业，能源，生态等问题中具有重大实际意义，而且在生命起源，进化与光能转换等生物学基本理论问题中也很重要。但自1771年Priestley发现光合作用以来，光合作用的原初过程仍不很清楚，而对光合作用碳素同化的化学过程却有了比较清楚的认识和了解。总的来讲，绿色植物（尤其是高等植物）在不同自然环境中不仅表现广泛的适应性，而且表现光合作用方式的多样性。1．光合作用的多种途径据目前所知，所有绿色植物光合作用的原初反应（包括光物理和光化学）都是通过捕获光能产生ATP和NADPH（即同化力），但随后发生的CO2固定还原过程则存在着较大的种间差异。研究表明，所有绿色植物都具有一种最基本的光合碳代谢方式，即著名的卡尔文循环（因其发现者而得名）或光合碳还原循环，亦称C3途径或C3方式。该途径的生化过程十分复杂，在此不予赘述。由于有的植物同时具有多种光合方式，通常称只利用这一方式的植物为C3植物。这类植物主要分布在温带地区，其同化CO2的最适日温是15-25℃。光合作用的另两种变异途径是C4途径和景天科酸代谢（CAM）途径。具有C4途径的植物通常生长在热带地区，其同化CO2的最适温度是25-35℃，光合效率显著提高，称为C4植物；具有CAM途径的植物通常生长在干燥的沙漠地区，且白天进行光反应，晚上固定CO2合成有机酸，使有机酸含量表现明显的日变化，称为CAM植物。这两类植物与C3植物在叶片解剖结构及某些生理特性方面均有显著差异。此外，C4植物的光合作用还有三种变式，即PEP－CK型C4植物，NAD－ME型C4植物和NADP-ME型C4植物，这三类C4植物都具有相似的叶片解剖结构，即花环状维管束和具叶绿体的维管束鞘，其主要差别是产生的中间产物和脱羧酶不同。PEP-CK型C4植物在叶肉细胞内固定CO2形成草酰乙酸，然后转变为天冬氨酸传导至维管束鞘细胞，经丙酮酸磷酸双羧酶脱羧，其碳架以丙酮酸或丙氨酸重新返回到叶肉细胞；NAD-ME型C4植物在叶肉细胞中固定CO2形成天冬氨酸并传导至维管束鞘细胞，然后转化为苹果酸．并在线粒体内脱羧，其碳架再以丙酮酸或丙氨酸转回到叶肉细胞；NADP-ME型C4植物在叶肉细胞固定CO2形成草酰乙酸，而后转化为苹果酸，并被输送到维管束鞘细胞中，在叶绿体内经苹果酸脱羧酶氧化脱羧，产生的碳架以丙氨酸重新返回叶肉细胞。以上三类C4植物在维管束鞘细胞内脱羧后，产生的CO2最终还是通过C3途径被还原，C4途径实际上只起“CO2泵”的作用，以增加反应位置CO2的浓度，从而显著提高光合效率。2．不同光合途径的判定叶片的解剖学特征通常可用来区分C3，C4和CAM植物，但由于光合作用主要是生化反应过程，因此时有例外发生。鉴于此，目前已发明了数种用以区分植物不同光合类型的其他方法，如δ13C（13C／12C同位素比），光呼吸，光照后CO2的猝发以及相对光合效率等，其中以δ13C的测定最为可靠。δ13C是近来发展起来的一种新的检测技术，主要依据是C3途径中的 RuBP羧化酶比C4途径中的PEP羧化酶对13CO2具有更大的排斥性，即在13CO2和12CO2中C4植物比C3植物更易消耗13CO2，因此，C4植物有机质中的13C／12C要比C3植物有机质中的13C／12C更大。13CO2和12CO2含量的测定是以国际标样（即普通石灰岩CaCO3）为对照，通过焚烧干燥的植物材料测定的。最后根据下式计算出δ13C（‰）值，即：从上式可以看出，如果在光合作用的碳固定期间13C／12C没有变化，δ13C（‰）将等于零；如果对13CO2有排斥，δ13C（‰）将是一个负数，排斥能力愈大,δ13C（‰）负值也越大。实验证明，在25℃和条件下，PEP羧化酶的δ13C（‰）是-3‰，而在24℃和条件下，RuBP羧化酶的δ13C（‰）是％，这清楚地表明，RuBP羧化酶对13CO2具有比PEP羧化酶更大的排斥性。当温度升高（37℃，）时，RuBP羧化酶的δ13C（‰）显著变负的程度要小一些（‰），这与C3植物光合作用的最适温度偏低（15-25℃）相一致。应用此法目前已测得C3植物的δ13C（‰）在-23到-34‰之间，C4植物的δ13C(‰)在-10到一18‰之间，并据此发现了一些δ13C(‰)居于C3植物与C4植物之间的C3／C4中间类型植物。对于CAM植物来说，得到的δ13C(‰)在-14到-33％之间，显然较低的值落在C4植物的δ13C（‰）范围内，而较高的值则落在C3植物的δ13C（‰）范围内。对此种情况的解释是，许多CAM植物在变化着的环境条件中，能够从光合作用的C3方式转变到CAM，反之亦然。从上新世到二叠纪的代表性化石植物材料中得到的δ13C（0／00），都在现代典型的C3植物范围内，并且目前古老植物中也很少发现有CAM植物存在，这表明植物自来到陆上以来，C3途径就作为一个固定空气中CO2的主要方式进行着。而C4途径和CAM途径似乎比C3途径进化较晚，是C3途径对环境变化的一种适应性反应。3 光合作用多样性与植物系统演化的关系在当今纷繁众多的植物世界中，要理出一条清晰合理的植物系统演化线索是很困难的。除了传统的研究手段外，唯一可凭藉的有说服力的证据是埋在不同地层中的植物化石材料。目前普遍认为，太古代和元古代是细菌，蓝藻繁生的单细胞生物时代；右碳纪是羊齿植物隆盛的时代，三叠纪和侏罗纪为裸子植物时代；被子植物的出现则更要晚得多。显然，在不向地质时代中植物进化的等级是显而易见的。植物的系统演化无不伴随着一系列生理结构和代谢机能的重大改变和调整，其中一个重要的变化就是光合作用的多样性反应。光合细菌和蓝藻可谓最低等的光合生物，其光合结构和光合方式较之高等植物要原始简单得多。就光合碳代谢而言，C3途径最早是在单细胞真核绿藻中发现的，后来被证明是光合生物中碳转化的普遍过程，但同时发现包括现代海藻在内的许多绿色植物还存在其他光合途径，如目前人所供知的C4，CAM等。单子叶禾本科被认为是进化程度很高的被子植物类群，其适应性特强，分布极广是众所周知的。研究表明，该科差不多存在几乎所有的光合作用类型，并且公认较原始的竹亚科只有C3型，而进化较高级的虎耳草亚科和须芒草亚科等均为C4型，有些亚科如芦竹亚科等既有C3型，又有C4型。因此，在这种“高级进化科”中研究光合作用的多样性及其进化关系是很有代表意义的。4 结束语据有关地质资料，地球自形成以来，在漫长的演变过程中，地质地层结构已发生了多次剧烈的变化。不难想象，定居于各个地质时代的绿色植物也会发生相应的代谢改变与适应。Hallersley和Watson(1992)曾分析不同光合作用途径与过去气候变化的关系。由于现代工业文明的发展与进步，大气中的CO2浓度的持续增加已达一个世纪之久，全球气温升高也成为一种必然趋势，面临种种变化，尤其是CO2和温度这两个影响光合作用的重要因素的改变，绿色植物的光合代谢将作出怎样的响应？对这一问题的探讨和回答无疑是很有意义的，不仅在理论上对生理学工作者将有所启示，并可能对现代农业的增收提供有益的指导。
仿真技术在光纤通信实验教学中的应用论文
摘要：本文将Optisystem和Matlab联合仿真技术引入光纤通信实验教学，学生通过虚拟仿真技术，更清晰直观地进行实验，并且节省硬件设备投资，取得良好的教学效果。
关键词：仿真技术光纤通信实验技术应用
随着通信技术的迅猛发展，光纤通信作为通信专业的一门重要必修课程，在培养通信人才能力的角色中扮演着越来越重要的作用[1]。光纤通信是一门物理学和通信学的交叉学科，其中涉及很多物理学和通信学科的基础理论和基础知识，这给学生学习掌握好这门课程带来很大的挑战。
光纤通信作为一门工程学科，不仅仅教授理论内容，其实践内容也占有非常重要的地位。由于资金的限制，电信级的设备无法购入，因此光纤通信实验课基本以试验箱为主，再配合其他测试仪器完成实验教学，这种模式存在诸多问题，比如实验设备具有使用寿命、易老化；实验项目方法单一、缺乏灵活性；很难进行综合性开发、二次开发；难以深入了解其内部工作原理等。随着计算机仿真技术的发展，国内外高校越来越重视该技术在实验教学中的应用，目前各大高校已经陆续开始建设虚拟仿真实验室。本文将Optisystem和Matlab联合仿真技术引入光纤通信实验教学中，不仅克服了传统实验教学的弊端，还带来了实验开设的便利性、重复性、精准性等优势，取得了良好的教学效果。
1。Optisystem仿真系统
Optisystem是加拿大Optiwave公司推出的一款计算机仿真系统[2]，主要用于光纤通信系统的器件仿真、系统设计等。Optisystem提供了良好的可扩展性，可与Matlab进行联合仿真，只需要在仿真系统中添加一个Matlab组件即可，使用起来方便简单[3]。在使用Optisystem与Matlab协同仿真的时候，首先要了解Optisystem的信号输入Matlab工作空间的格式。
其数据格式如图1所示。
图1Matlab空间数据格式
由图1（a）可以看出，Optisystem的信号格式包括“TypeSignal”，字符类型，表示该信号的类型为光信号、电信号或二进制信号；“Sampled”，结构体，Optisystem的信号就包含在该字段当中。“Parameterized”，结构体，参数化字段，表示一些与时间平均有关的量，如平均功率、中心波长、偏振态等；“Noise”，结构体，表示噪声数据；“Channels”，表示该信号的波长，是指中心波长。
如果选择的是频率抽样信号，则Sampled的数据格式如图1（b）所示。如果选择的是时间抽样信号，则Sampled的数据格式如图1（c）所示。到底是时间信号还是频率信号，由具体问题决定。使用Matlab在时域对信号处理时，就选择时域抽样，否则，选择频域抽样。由图1（b）、图1（c）看出，Smapled包含两个字段，一个是Signal字段，该字段是信号在抽样点的值，另一个是Frequency或Time字段，该字段是抽样点的频点或时间点。
2。频域的Optisystem与Matlab联合仿真
为了进一步说明Optisystem与Matlab联合仿真技术在光纤通信实验教学中的应用，用以下例子做说明。本部分是频域的联合仿真，第3部分是时域的联合仿真。在本部分的例子中，我们使用Matlab代码，对连续波激光器的输出光谱进行右移1THz的操作。其搭建的Optisystem系统如图2所示。
图2光谱右移Optisystem系统
图2中，连续波激光器发出的激光，输入Matlab组件，使用Matlab组件对其进行频移操作。注意：需要把Matlab组件中的“Sampledsignaldomain”设置为“Frequency”，表示在频域采集信号。把Matlab组件中的“RunCommand”设置为Matlab脚本的名字。以下是编写的Matlab脚本代码，名字为frequench_shift。m
OutputPort1=InputPort1；
f=InputPort1。Sampled。Frequency；%输入光信号的频谱
OutputPort1。Sampled。Frequency=f+1e+12；%输出光谱频率右移1THz
使用光谱仪分别测试连续波激光器的输出光谱和经过Matlab组件处理过后的光谱，分别如图3（a）和（b）所示。
（a）（b）
图3（a）连续波激光器光谱；（b）Matlab组件输出光谱
通过比较图3（a）和（b）可以看出，连续波激光器的输出光谱中心频率位于193。1THz处，而Matlab组件的输出光谱位于194。1THz处，这说明光谱被Matlab组件右移了1THz。仅仅使用了三行Matlab代码即实现了频移操作，非常简洁方便有效。
3。时域的Optisystem与Matlab联合仿真
在时域的Optisystem与Matlab联合仿真中，以光信号的幅度调制为例。搭建的Optisystem系统如图4所示。
图4Matlab实现的光信号幅度调制
在图4中，连续波激光器输出的光信号和调制信号输入Matlab组件，Matlab组件完成对信号的光幅度调制。搭建Matlab组件时，需要设置两个输入端口，其中一个电端口，一个光端口。调制信号采用1Gbit/s的伪随机序列，使用NRZ模块产生1Gbit/s的NRZ格式的伪随机序列。把伪随机序列和连续波激光器输出的'光信号同时输入Matlab组件，用来产生幅度调制光信号。对于光信号的幅度调制，其数学表达式为：
Eout（t）=Ein（t）。[modulation（t）]1/2
其中Eout（t）是输出的光幅度调制信号，Ein（t）是输入的连续波光信号，modulation（t）是调制电信号。
Matlab脚本代码如下，名字为am。m
OutputPort1=InputPort1；
[is，cs]=size（InputPort1。Sampled）；
len=length（InputPort1。Sampled）；
forcounter=1：cs
OutputPort1。Sampled（1，counter）。Signal=。。。
InputPort1。Sampled（1，counter）。Signal。*。。。
sqrt（InputPort2。Sampled（1，counter）。Signal）；
end
（a）（b）
图5（a）伪随机序列时域波形；（b）光幅度调制时域波形
运行Optisystem系统，进行仿真，仿真结束，使用电域示波器（OscilloscopeVisualizer）观测1Gbit/s的伪随机序列NRZ码时域波形。使用光域示波器（OpticalTimeDomainVisualizer）观测Matlab组件的输出时域波形，如图5所示。
其中图5（a）是伪随机序列的时域波形，图5（b）是经过Matlab处理之后的光幅度调制时域波形。通过对比图5（a）和（b）可以知道，使用Matlab组件实现的幅度调制器，能够正常地把伪随机序列码调制到光波上，从而实现数字光信号的幅度调制。
4。结语
本文以Optisystem和Matlab联合仿真为例，介绍了仿真技术在光纤通信实验教学中的应用。通过频域联合仿真和时域联合仿真两个实例，分析了在Optisystem中如何使用Matlab组件进行联合仿真。使用联合仿真技术，可以大大拓展Optisystem的使用范围，学生通过使用仿真技术，不仅能够把课堂上学习的理论知识应用于实践，知其然也知其所以然，还能够巩固学习效果，提高能力，为培养应用型人才打下良好的基础。
参考文献：
[1]王秋光，张亚林，胡彩云，赵莹琦。 OptiSystem仿真在光纤通信实验教学中的应用[J]。实验室科学，2015（2）。
[2]韩力，李莉，卢杰。基于Optisystem的单模光纤WDM系统性能仿真[J]。大学物理实验，2015（10）。
[3]赵赞善，罗友宏，谢娇。 Optisystem中Matlab Component模块的扩展应用[J]。电信技术，2012（12）。
初中化学论文-浅谈初中化学课堂教学模式的研究学校的教育活动有百分之九十的时间以课堂教学形式进行的，研究课堂教学模式是教育、教学必革的重要课题。初中化学是九年义务教育的一部分，必需推进素质教育，启迪学生的思维，培养学生能力，研究初中化学课堂教学模式是十分重要。一、研究课堂教学模式的必要性21世纪的教育，应该是素质教育，教育学生学会生存、学会学习、学会关心。化学教育不能仅仅局限于化学知识的传授，而应当成为关于化学的广泛应用及社会价值的教育，要主动地适应受教育者的兴趣和目的多样性的需要。特别是初中化学属于义务教育阶段，是化学基础教育阶段，不仅仅要关心提高化学课程的理论水平。学科知识体系等学术性问题，还要特别关注每天都会接触到诸多社会生活中的化学问题，如水、食物、环境保护、能源和材料、资源等。初三化学是起始学科，仅仅设一学年，受中考（含预选）时间、分数、学校的条件等多方面因素的影响，初中化学教学时间短、任务重、适应慢、难度大，教学效果不尽人意。研究初中化学课堂教学模式，精心设计和选用一定的教学模式，精心设计和选用一定的教学模式，有利发挥教师的创造性，调动学生学习的积极性，师生共同活动，完成教学任务。二、课堂教学模式我国关于课教学模式的说法大致有三种。第一属于方法范畴，认为教学模式就是教学方法，或是多种教学方法的综合;第二、教学模式是各种教学方法在具体时间、地点在具体时间、地点和条件下表现为不同的空间结构和时间序列，从而形成不同的教学模式；第三、教学模式是人们在一定教学思想指导下，对教学结构作出的主观选择。综合各种认识下，我们所要研究的教学模式是教学过程的结构，在教学理论指导下，根据教学目标设计教学环节，配有相应教学策略和教学措施，并将教学模式具体转化为初中化学课堂教学模式。三、课堂教学模式的基本结构课堂教学模式研究的框架和主要流程：教学理论教学目标教学模式教学策略教学评价1、教学理论和教学思想任何教学模式都有一定的教学理论或教学思想为依据。教学理论和教学思想决定了教学环节的选择和教学策略和运用，明确了教学评价的指向，可以认为教模式是教学理论的一种简化形成。2、教学目标教学目标是教学活动所要达到的标准。教学目标是教学模式构成的核心因素，它对教学策略、教学程序、教学评价等起着制约作用。正确地制约作用。正确地制定教学目标，首先要转变观念，增强改革意识，树立正确的人才观。教育学生成为有理想、有道德、有文化、有纪律的社会主义接班人；教育学生有社会责任感；教学学生人格健全、身心健康，有合作意识和合作能力；教学学生独立自主，具有创新意识和创新能力，成为学习的主人；教育学生热爱社会主义祖国、热爱自已国家和民族的文化传统。3、教学程序教学程序是教学活动环节的顺序结构，确定教学活动中教师和学生先做什么，后做什么，应该完成的各项教学任务。4、教学策略教学策略是教学活动中为教学服务并体现教学手段和方法的原则。教学策略确定了在教学活动中师生生活动的方式、方法、任务、地位、关系等。教学策略一般可分为教师的策略，学生的策略。教学策略一般可分为演绎推理、归纳推理、联想推理、类比迁移、分层递进、形象比喻、摹仿操作、自主探究、激发支机、师生合作等 5教学评价教学评价是教学活动效果的测量。教学评价是以教学为中心，依据教学程序、教学策略、教师素质、师生活动、教学效果等方面进行评价，既要评教、评学，又要评价对课堂教学模式的应用。介绍几种课堂教学模式I、引导------探究教学模式1、教学理论布鲁纳的发现法学习理论认为：认识是一个过程，而不是一种产品。奥苏贝尔的同化理论认为:学生认知结构中新旧知识的相互作用导致新旧知识的同化,不仅使新知识获得了意义，而且知识也因得到了修饰而获得新的意义。用引导------探究的方式教会学会学生学习2、功能目标培养实事求是的科学态度，发扬探究精神，激发创造能力和可持续发展能学力。培养学生学会查阅资料、分析资料、测定和处理数据的科学方法 3、教学程序课题兴趣----素材疑问----点拔、假设、验证----评论、结论4、教学策略教的策略是分层递进，学的策略是自主探究。5、教学评价内部动机：直接经验的获得；知识只结构的形成；思维能力的培养。II、辅导------自学教学模式1、教学理论现代教学论认为大脑的情感边缘系统部分是通向持久记忆的大门，激发情感，会把学到的东西溶入记忆中去。2、功能目标调控学习过程，达到有效学习；从感知、理解、识记等方面逐步得到发展，从而达到双基落实和知识技能的提高。3、教学程序主题情感----目标阅读思考----设疑讨论质疑----反馈讲评4、教学策略教的策略：创设情境、激活思维、组织讨论、评价激励；学的策略：知识编码、有效记忆、集体效应、创造思维。5、教学评价教学目标多元化、学生从“学会”到“会学”，学习结果的检测等。 合肥市初中义务教育化学课堂教学模式卡片 设计人：朱世贤学校：安农大附中 章节：第五章第四节《二氧化碳的实验室制法》一、理论依据：学生学习知识的过程遵循“由感性到理性、由表及里、由浅及深、由此及彼”这一规律。教学思想：1、“教学主导，学生主体。”2、遵人认识规律，根据所教班级学生年龄牲和知识水平等具体情况进行教学安排。二、功能目标：充分调动学生学习化学的积极性和主动性，发展学生智力，培养自学能力（阅读、观察、思维、想象以及化学实验操作） 三、实施条件：1、学生已经获得了氢气和氢气的实验室制法初步知识，有过动手做实验的初步实践；2、本节教材的写法采用的是计论模式，便于学生学生自学；3、本节课演示实验操作简单易行，所需仪器药品均为中学化学实验常用物品。四、教学程序：1〖复习〗讨论氧气和氢气实验定制取垢比较，挂出小黑板表格：（二氧化碳为后来拼续部分）填表过程中鼓励差生发言。浅谈初中化学课堂教学模式的研究合肥市教委教研室蒯世定学校的教育活动有百分之九十的时间以课堂教学形式进行的，研究课堂教学模式是教育、教学必革的重要课题。初中化学是九年义务教育的一部分，必需推进素质教育，启迪学生的思维，培养学生能力，研究初中化学课堂教学模式是十分重要。一、研究课堂教学模式的必要性21世纪的教育，应该是素质教育，教育学生学会生存、学会学习、学会关心。化学教育不能仅仅局限于化学知识的传授，而应当成为关于化学的广泛应用及社会价值的教育，要主动地适应受教育者的兴趣和目的多样性的需要。特别是初中化学属于义务教育阶段，是化学基础教育阶段，不仅仅要关心提高化学课程的理论水平。学科知识体系等学术性问题，还要特别关注每天都会接触到诸多社会生活中的化学问题，如水、食物、环境保护、能源和材料、资源等。初三化学是起始学科，仅仅设一学年，受中考（含预选）时间、分数、学校的条件等多方面因素的影响，初中化学教学时间短、任务重、适应慢、难度大，教学效果不尽人意。研究初中化学课堂教学模式，精心设计和选用一定的教学模式，精心设计和选用一定的教学模式，有利发挥教师的创造性，调动学生学习的积极性，师生共同活动，完成教学任务。二、课堂教学模式我国关于课教学模式的说法大致有三种。第一属于方法范畴，认为教学模式就是教学方法，或是多种教学方法的综合;第二、教学模式是各种教学方法在具体时间、地点在具体时间、地点和条件下表现为不同的空间结构和时间序列，从而形成不同的教学模式；第三、教学模式是人们在一定教学思想指导下，对教学结构作出的主观选择。综合各种认识下，我们所要研究的教学模式是教学过程的结构，在教学理论指导下，根据教学目标设计教学环节，配有相应教学策略和教学措施，并将教学模式具体转化为初中化学课堂教学模式。三、课堂教学模式的基本结构 1、教学理论和教学思想任何教学模式都有一定的教学理论或教学思想为依据。教学理论和教学思想决定了教学环节的选择和教学策略和运用，明确了教学评价的指向，可以认为教模式是教学理论的一种简化形成。 2、教学目标教学目标是教学活动所要达到的标准。教学目标是教学模式构成的核心因素，它对教学策略、教学程序、教学评价等起着制约作用。正确地制约作用。正确地制定教学目标，首先要转变观念，增强改革意识，树立正确的人才观。教育学生成为有理想、有道德、有文化、有纪律的社会主义接班人；教育学生有社会责任感；教学学生人格健全、身心健康，有合作意识和合作能力；教学学生独立自主，具有创新意识和创新能力，成为学习的主人；教育学生热爱社会主义祖国、热爱自已国家和民族的文化传统。3、教学程序教学程序是教学活动环节的顺序结构，确定教学活动中教师和学生先做什么，后做什么，应该完成的各项教学任务。4、教学策略教学策略是教学活动中为教学服务并体现教学手段和方法的原则。教学策略确定了在教学活动中师生生活动的方式、方法、任务、地位、关系等。教学策略一般可分为教师的策略，学生的策略。教学策略一般可分为演绎推理、归纳推理、联想推理、类比迁移、分层递进、形象比喻、摹仿操作、自主探究、激发支机、师生合作等。5教学评价教学评价是教学活动效果的测量。教学评价是以教学为中心，依据教学程序、教学策略、教师素质、师生活动、教学效果等方面进行评价，既要评教、评学，又要评价对课堂教学模式的应用。 四、介绍几种课堂教学模式I、引导------探究教学模式1、教学理论布鲁纳的发现法学习理论认为：认识是一个过程，而不是一种产品。奥苏贝尔的同化理论认为:学生认知结构中新旧知识的相互作用导致新旧知识的同化,不仅使新知识获得了意义，而且知识也因得到了修饰而获得新的意义。用引导------探究的方式教会学会学生学习2、功能目标培养实事求是的科学态度，发扬探究精神，激发创造能力和可持续发展能学力。培养学生学会查阅资料、分析资料、测定和处理数据的科学方法。3、教学程序课题兴趣--→素材疑问--→点拔、假设、验证--→评论、结论4、教学策略教的策略是分层递进，学的策略是自主探究。5、教学评价内部动机：直接经验的获得；知识只结构的形成；思维能力的培养。II、辅导------自学教学模式1、教学理论现代教学论认为大脑的情感边缘系统部分是通向持久记忆的大门，激发情感，会把学到的东西溶入记忆中去。2、功能目标调控学习过程，达到有效学习；从感知、理解、识记等方面逐步得到发展，从而达到双基落实和知识技能的提高。3、教学程序主题情感--→目标阅读思考--→设疑讨论质疑--→反馈讲评4、教学策略教的策略：创设情境、激活思维、组织讨论、评价激励；学的策略：知识编码、有效记忆、集体效应、创造思维。5、教学评价教学目标多元化、学生从“学会”到“会学”，学习结果的检测等。合肥市初中义务教育化学课堂教学模式卡片设计人：朱世贤学校：安农大附中章节：第五章第四节《二氧化碳的实验室制法》一、理论依据：学生学习知识的过程遵循“由感性到理性、由表及里、由浅及深、由此及彼”这一规律。教学思想：1、“教学主导，学生主体。”2、遵人认识规律，根据所教班级学生年龄牲和知识水平等具体情况进行教学安排。二、功能目标：充分调动学生学习化学的积极性和主动性，发展学生智力，培养自学能力（阅读、观察、思维、想象以及化学实验操作）。三、实施条件：1、学生已经获得了氢气和氢气的实验室制法初步知识，有过动手做实验的初步实践；2、本节教材的写法采用的是计论模式，便于学生学生自学；3、本节课演示实验操作简单易行，所需仪器药品均为中学化学实验常用物品。四、教学程序：1〖复习〗讨论氧气和氢气实验定制取垢比较，挂出小黑板表格：（二氧化碳为后来拼续部分）填表过程中鼓励差生发言。 2、【板书】学习气体实验室制作法的思路和方法； （1）需要研究该气体实验室的化学反应原理；（2）需要研究制取该体所采取的实验装置；（3）需要研究如何验证该气体。3、【引题】通过对氧气实验室制取的比较可知：制取气体的人口选择取决于化学反应原理，收集气体的方法取决于该气体扔物理性质。下面我们要学习二氧化碳的实验室制法，请同学们运用上面所总结的学习思路和方法共同来研讨。【板书】第四节二氧化碳的实验室制法4、【讨论】已经的能够着重二氧化碳的化学反应有：木炭在空气或氧气中燃烧；加热石灰石；高温下木炭还原氧化铜；一氧化碳在空气中燃烧。【讲述】以上这些化学反应虽然都有二氧化碳产生，但在实验室里制取二氧化碳都不采用，为什么？这个问题留待课后去探讨，请同学们阅读课本93页内容：（一）实验室制取二氧化碳的化学反应原理；（二）、实验室制取二氧化碳的装置；（三）、实验室制取二氧化碳。阅读后带着下列问题观看演示实验：为什么不用普通漏斗？为什么长颈漏斗要插入液面下？回顾一下怎样证明集气瓶里已充满二氧化碳？【实验】先由教师演示检查装置的气密性操作，再请丙名化学成绩较好的学生上台做制取、收集和检验二氧化碳的实验。实验后及时讨论和讲评观察到的现象和实验操作。6、【小结】仍以表格方式用小黑板拼续在氧气和氢气的制取比较表的右面。强调制取二氧化碳的瓜原理，写化学方程式（此处是否介绍复分解反应，酌情掌握）要过细分析。7、【板书】泡沫灭火器原理（化学反应方程式）【实验】由教师演示泡沫灭火器实验，简要介绍人口装置。（若时间允许，最好能将一只报废的泡沫灭火器实物边拆边讲，以满足学生兴趣。）8、【布置作业】（1）课后思考讨论在实验室制取二氧化碳能不能用碳酸钙？在泡沫灭火器里能不能用石灰石？能不能用稀盐酸？（2）习题：课本96页2、3、4题：（3）酌情做家庭小实验。五、教学策略：综合运用讨论、启发、实验、联想、回忆等方法，突出重点，化解难点，既要活跃课堂气氛，又要兼顾课堂秩序和教学进度，在时间分配上要灵活掌握。六、教学评价：本节内容既是元素化合物知识也是实验课，是理论联系实际的好教材，教学中能利用初中生好奇、好动、最喜欢观看和亲自动手做实验的特点引导思考和讨论，对“实验室里制取二氧化碳，稀盐酸和大理石是理想的药品”和采用的是实验装置加深了理解。
第一篇随着生产力的发展，科学技术的进步，化学与人们生活越来越密切。众所周知，我们周围的事物都是由许许多多的化学元素组成的，包括我们人体不可缺少的许多元素。化学在人类的生产和生活中发挥了不可估量的作用。大家都知道食盐是怎么来的吧？现代人类经过对化学的研究，食盐可以说是取之不尽，用之不竭的。在过去，人们没有掌握科学的方法，常常做菜没有盐或者盐中缺碘，导致了“大脖子病”等等。日常生活中，化学还给人类带来许多方便，洗衣粉和肥皂是家用去污的好产品，啤酒是人们喜欢的饮料，蒸馒头时放些苏打，馒头蒸得又大又白又好吃，还有许许多多的例子。化学与医学也密切相关，供氧器就是利用过氧化钠与二氧化碳反应来制氧，挽救了许多人的生命，我就是其中一个。人们还应用科学的方法制造生理盐水，减轻病人的痛苦。近代，人类发明了许多新药品，攻克了不治之症，如青霉素等。但是，癌症和艾滋病仍令医生们束手无策，这两个重大难题，相信我们未来的接班人一定能够解决的。在一些重大的科学领域里，化学的作用也不小，火箭发射所需燃料，就是利用了氢氧燃烧得水的原理。可是残酷的人类又把化学带入战争，日本帝国主义毫无人性地利用人做化学试验。现代人类已采取了措施，比如禁止使用核武器。化学给人类生活带来了变化，有利也有弊，汽车尾气排放，造成大气污染，酸雨在警告我们，臭氧层空洞威胁着我们，环保成了化学给人们生活带来的一重大问题。对于我们这一代担负的任务，只有好好学习科学文化知识，改善人类生活，或许将来，化学的益处更多些。弊处少一些。第二篇化学是一门基础的自然科学，对人类有重大意义，跟生活也有很大关系。化学能帮人们做有用的事。衣、食、住、行、用，化学无所不在。在衣方面，化学可谓给生活增添温暖。尼龙，分子中含有酰铵键的树脂，自然界中没有，需要靠化学方法得到；涤纶，用乙二醇、对苯二甲酸二甲酯等合成的纤维。还有类似的许多衣料，丰富了人们的衣橱。在食方面，化学同样重要。用纯碱发面制馒头，松软可口。各种饮用酒，经粮食等原料发生一系列化学变化制得。槟榔是少数民族喜爱的食物，在食用前，槟榔必须浸泡在熟石灰中，切成小块。到一定时间后，才可食用。由于有了化学，我们的住房才有多彩的装饰。生石灰浸在水中成熟石灰，熟石灰涂在上干后成洁白坚硬的碳酸钙，覆盖了泥土的黄色，房子才显得整洁明亮。化学炼出钢铁，我们才有铁制品使用。化学加工石油，我们才能用上轻便的塑料。化学锻烧陶土，才能使房屋有漂亮的瓷砖表面。化学反应是交通工具得以行驶的动力。没有燃料的燃烧放出热量，车辆根本无法开动。化学能是它们得以行动的最原始的能量来源，即使用了电做动力，也不能忘记化学能伟大的贡献。在现在，化学仍是交通工具的生命仍对人们出行起重大作用。化学无时不在人们生活的各种活动中。洗涤剂是含磷的化合物，广泛应用于人们清洗器具、纺织、造纸、农药等部门。用磺铁矿燃烧制硫酸，作为重要的化工原料。用“王水”检验金子是否纯。用酸洗去水垢。用汽油乳化橡胶做粘合剂。用氢氟酸雕画玻璃。用泡沫灭火器灭火。用二氧化碳加压溶解制爽口的汽水，用小苏打做可口的饼干。用腐蚀性药品清除管道阻塞。生活中，化学的频繁使用不是举例能举完的，它已与生活紧密联系在一起。化学本身是一面魔术镜，将一百多种元素巧妙地结合，组成神奇美丽的世界。它使碳这一元素形成了美丽高贵的金刚石和柔软廉价的石墨两种天壤之别的形态，跟人们开了玩笑。人们将在他的一个个玩笑中不断摸索进步。而我们的生活也将随着它的进步而进入美好的未来。第三篇生活丰富多彩，在不经意之中，人们经常遇见一些化学与生活的完美结合。但人们很少注意到其中的微妙与有趣。大家对“咸鱼”一定不陌生。可为什么鱼加上点盐就可长期放置，而不腐蚀、变质呢？其中的关键是食盐。食物腐败的原因是由于微生物细菌的作用。只要控制生物细菌的生长，就能防止食物腐败。食盐的主要成分是氯化钠，氯化钠是电解质，它的饱和溶液渗透压大于非电解质溶液（微生物细菌中的细胞中蛋白质溶液）的渗透压。当渗透压大的溶液和渗透压小的溶液间隔以半透膜（如细胞膜）隔开时则溶剂分子将从渗透压小的一方渗透到渗透压大的一方。即在食盐溶液存在下，微生物细菌细胞中的水分子将不断进入食盐溶液中去，导致细胞干枯致死，而起到防腐的作用。氯化钠不仅创造了“ 死海不死”的特例，而且在防腐领域也有良好的表现。水乃生命的源泉，水的硬度高低跟人体健康关系极大。高硬度水中的Ca2+、Mg2+能跟SO42-结合，使水产生苦涩味，还会使人的胃肠功能紊乱，出现暂时性的腰胀、排气多、腹泻等现象，这就是“水土不服”的秘密。了解化学，懂得生活，同时也可避免“大降横病”。1938年3月14日，比利时的哈塞尔特城处在零下15℃的严寒中，横跨在阿尔伯运河上的一座雄伟壮丽的钢桥，突然间发生巨响，不到几分外钟即折成几段，坠入河中。此事故的肇事者是钢铁中的磷。磷是钢的有害元素之一，能使钢产生冷脆性，使钢在常温下轧制和加工时容易断裂，尽管它能提高钢的硬度，但显著降低了钢的塑性和韧性。可见，生活中了解化学是必要的。生活的方式不断变化，化学与生活之间的联系是不断增多。请经常关注身边，关注化学与生活的联系。
沉淀法制备二氧化钛纳米粉体 XXX 化学与材料科学学院 04级化学 0409319 摘 要:本文以TiCl4和为原料，采用沉淀法制备TIO2纳米微粉，利用XRD等测试手段对样品的晶相组成、晶粒尺寸等性质进行分析，并在此基础上对晶粒尺寸、物相组成与PH值、干燥方法之间的关系进行讨论。结果表明：原料的pH值对粉体的晶型有显著影响，且微波处理相比传统的烘箱干燥，可得到晶粒更为细小的粉体。调整溶液的pH=7，微波处理10分钟， 700°C烧成并保温30min，可得到粒经小于35nm、颗粒分布均匀、团聚少的锐钛矿型TiO2粉体。 关键词: 二氧化钛；沉淀法；微粉 PREPARTION OF TITANIA DIOXIDE NAN-POWDER BY PRECIPITATIONXiao Junli (College of Chemistry and Materials Science， Anhui Normal University, Wuhu,241000)Abstract: Titania nano-powder was prepared by precipitation method, using TiCl4 as raw material .The crystal phase, grain size and morphology of samples were studied by XRD. Affection of the factors such as pH, drying method and temperature on the samples were discussed in details. The result shows: sample’s crystal phase is affected by pH value of the solution, and the sample, treated with microwave, has lesser grain size than the one dried by traditional method. The TiO2 powders calcined at 700oC for 30 min, for using the TiCl4 solution with pH value of 7 are anatase with less than 35 min diameter in even granularity distribution and less agglomerate after treated by microwave for 10 min. Key words: titanium dioxide; precipitation; nano-powder一．综述 （一） TiO2的结构和性能 常见的二氧化钛有金红石、锐钛矿和板钛矿3 种结构[1,3]，前两者为四方晶系，后者为斜方晶系，金红石和锐钛矿结构虽均为四方晶系，但两者的空间群不相同， 3 种晶体构型虽都是[ TiO6 ]八面体共棱为基础的，但每种晶型的[ TiO6 ]八面体与其它晶型的[ TiO6 ]八面体共棱的数目不同，金红石是以2 个棱联结，板钛矿为3 个棱联结，而锐钛矿以4 个棱共用。由于锐钛矿、板钛矿和金红石的结构不同，稳定性不同，板钛矿和锐钛矿是低温相、金红石是高温相，前二者可以在600 ℃以上温度转变为金红石型，这种转化不是突跃式的，而是渐进的和不可逆的，这个转化除了受温度影响外，还受到能加速或阻止晶型转化的促进剂和抑制剂的影响。由于纳米金红石型二氧化钛的高稳定性、耐腐蚀性、耐候性和对人体无害性，以及它高的折射率、优异的透光性和很强的紫外线屏蔽能力，使它在高级涂料、化妆品、高分子材料、文物保护等诸多方面有巨大的应用前景，因而引起了人们的极大关注。而锐钛矿型二氧化钛旧称八面石。是钛矿的主要矿物组分之一。理论含钛60%。四方晶系，晶体呈锥状、板状或柱状等，晶体形态变化大。褐、黄、浅紫、灰黑、浅蓝绿色等。金刚光泽。硬度～，密度～。产于区域变质岩系的石英脉中或作为副矿物产于火成岩及变质岩中。用于生产钛白粉和海绵钛，也是提炼金属钛的矿物原料。 纳米材料是一种新兴材料，一般是指粒径小于 100 nm 的超微颗粒。这种超微颗粒具有表面积大，表面活性高，良好的催化特性，它既具有金属和非金属的特异性能。随着现代科学技术的迅速发展，纳米材料的应用也越来越广泛，对其要求也越来越高。就纳米二氧化钛而言，由于它具有极大的体积效应、表面效应、光学特性、颜色效应，故在光、电及催化等方面显示出其特殊性质，所以它作为一种新型材料，其应用领域日益广泛。 （二） 纳米TiO2 的应用 由于TiO2微粉具有这些特殊性能，这就决定了它在各个领域中具有广阔的应用前景。 （1）在化学工业中的利用 催化是纳米超微粒子应用的重要领域之一。利用纳米超微粒子的高比表面积与高活性可以显著地提高催化效率，国际上已作为第四代催化剂进行研究和开发。纳米 TiO 2 具有很高的化学活性，良好的耐热性和耐化学腐蚀性，可用作性能优良的催化剂、催化剂载体和吸收剂。如纳米 TiO2 在催化 H 2 S 除去 S 时，显示出相当高的催化活性。此外，纳米 SiO 2 和 TiO 2的无机或有机复合材料具有特殊功能，这些纳米材料正在开发中[1,2]。 （2）在电子工业产品中的应用 纳米 TiO 2是许多电子材料的重要组成部分，可用于制作纳米敏感材料及纳米陶瓷功能材料。由于纳米粒子尺寸小，比表面积大，表面活性高，所以适合作气敏材料，如有纳米 TiO 2 可制成灵敏度很高的气敏元件。同时，由于纳米相陶瓷一次成型塑性形变是可以实现的，人们利用纳米 TiO2 一次成型形变制成了纳米 TiO2陶瓷，这种陶瓷具有超细晶粒尺寸并保持它们的特性[3,4]。 （3）在环保方面的应用 纳米 TiO 2 粒子的光催化作用在环保方面有广阔的用途。国内外有许多文献报道了这方面的进展。英国伦敦和安大略核子技术环境公司，开发了一种新颖的常温光催化技术，采用人工光和纳米二氧化钛催化剂，可将工业废液和污染地下水中的多氯联苯类化合物分解[5]。当污染水通过二氧化钛涂层网络时，只要受到低计量紫外光的照射，便会发生反应，生成活性极强的氢氧自由基，迅速将有机毒物分解为二氧化碳和水。此外，利用纳米 TiO2 材料作为光催化剂还可催化降解纺织印染业和照相业排出的染料污染物。随着社会经济的发展，人们越来越重视生活质量和健康水平的提高。抗菌、防腐、除味、净化空气、优化环境将成为人们的追求。当前全球面临着严重的环境污染，纳米 TiO 2 作为而久的光催化剂已被应用在除了水和空气净化之外的各种环境方面的问题。有关资料表明，纳米TiO 2 对于破坏微观的细菌和气味是有用的。另外还可以使癌细胞失活，对臭味（4）在化妆品工业中的应用 纳米 TiO 2 具有优异的紫外线屏蔽性，再加上它的透明性（不会在皮肤上残留白色，能厚涂抹）和无毒（不会刺激皮肤引起发炎）等特点，至今已成为防晒化妆品的理想原料。据行业报道，在日本每年已有一定量的纳米 TiO 2作为防晒剂、化妆品底和口红等产品的添加原料[5,6]。 （5）在医药卫生和食品加工领域的应用 纳米结构不仅坚固，而且具有自身对抗外界不纯物质的能力，不易与外界不纯物质结合。同时，纳米级微粒或有机小分子将更有利于人体吸收，能提高药物的效能。因此纳米 TiO 2在健康卫生及食品工业有广阔的应用前景。有资料报道，已开发出具有抗菌和净化性能的 TiO 2薄膜陶瓷。另外，纳米 TiO 2已应用在食品工业中，如作乐百氏奶的添加剂。 此外，纳米 TiO 2 在塑料、涂料等工业也有广泛应用，可用作塑料填料、高级油漆、涂料的原料[5,7]。 （三） TiO 2粉体的制备 由于纳米 TiO 2具有许多优异性能，其用途相当广泛，因而其制备受到国内外的极大关注。目前制备纳米 TiO 2 粉体的方法主要有两大类：物理法和化学法。 （1）物理法 制备纳米 TiO 2 粉体的物理法主要有溅射，热蒸发法及激光蒸发法。物理法制备纳米粒子是最早的方法，它的优点是设备相对来说比较简单，易于操作和易于对粒子进行分析，能制备高纯粒子，还可制备薄膜和涂层。它的产量较大，但成本较高[7]。 （2）化学法 制备纳米 TiO2 粉体的化学方法主要有液相法和气相法。液相法包括沉淀法、溶胶-凝胶法和W/O微乳液法；气相法主要有 TiCl 4气相氧化法。液相法反应周期长，三废量较大，虽然能首先得到非晶态粒子，高温下发生晶型转变，但煅烧过程极易导致粒子烧结或团聚；而气相氧化法具有成本低、原料来源广等特点，能快速形成锐钛型、金红石型或混合晶型 TiO2 粒子，后处理简单，连续化程度高。但此法对技术和设备要求较高[8]。 1）均匀沉淀法 纳米颗粒从液相中析出并形成包括两个过程：一是核的形成过程，称为成核过程；另一是核的长大过程，称为生长过程。当成核速率小于生长速率时，有利于生成大而少的粗粒子；当成核速率大于生长速率时，有利于纳米颗粒的形成。因而，为了获得纳米粒子必须保证成核速率大于生长速率，即保证反应在较高的过饱和度下进行。均匀沉淀法制备纳米 TiO 2 是利用 CO(NH 2 ) 2 在溶液中缓慢地、均匀地释放出 OH - 。其基本原理主要包括下列反应[9]： CO(NH 2 ) 2 +3H 2 O=2NH 3 ·H 2 O+CO2 ↑ NH 3 ·H 2 O=NH 4 + +OH – TiO 2 + +2OH - =TiO(OH) 2 ↓ TiO(OH) 2 =TiO 2 +H2 O 在这种方法中，不是加入溶液的沉淀剂直接与 TiOSO 4发生反应，而是通过化学反应使沉淀在整个溶液中缓慢地生成。向溶液中直接添加沉淀剂，易造成沉淀剂的局部浓度过高，使沉淀中夹有杂质。而在均匀沉淀法中，由于沉淀剂是通过化学反应缓慢生成的，因此，只要控制好生成沉淀剂的速度，就可避免浓度不均匀现象，使过饱和度控制在适当范围内，从而控制粒子的生长速度，获得粒度均匀、致密、便于洗涤、纯度高的纳米粒子。该法生产成本低，生产工艺简单，便于工业化生产。 2）溶胶-凝胶法 溶胶-凝胶法是制备纳米粉体的一种重要方法。它具有其独特的优点[10]，其反应中各组分的混合在分子间进行，因而产物的粒径小、均匀性高；反应过程易于控制，可得到一些用其他方法难以得到的产物，另外反应在低温下进行，避免了高温杂相的出现，使产物的纯度高。但缺点是由于溶胶-凝胶法是采用金属醇盐作原料，其成本较高，其该工艺流程较长，而且粉体的后处理过程中易产生硬团聚。 采用溶胶- 凝胶法制备纳米TiO 2 粉体，是利用钛醇盐为原料。原先通过水解和缩聚反应使其形成透明溶胶，然后加入适量的去离子水后转变成凝胶结构，将凝胶陈放一段时间后放入烘箱中干燥。待完全变成干凝胶后再进行研磨、煅烧即可得到均匀的纳米 TiO 2粉体。有关化学反应如下： 在溶胶-凝胶法中，最终产物的结构在溶液中已初步形成，且后续工艺与溶胶的性质直接相关，因而溶胶的质量是十分重要的。醇盐的水解和缩聚反应是均相溶液转变为溶胶的根本原因，控制醇盐水解缩聚的条件是制备高质量溶胶的关键。因此溶剂的选择是溶胶制备的前提。同时，溶液的 pH 值对胶体的形成和团聚状态有影响，加水量的多少会影响醇盐水解缩聚物的结构，陈化时间的长短会改变晶粒的生长状态，煅烧温度的变化对粉体的相结构和晶粒大小的影响。总之，在溶胶- 凝胶法制备 TiO 2 粉体的过程中，有许多因素影响粉体的形成和性能。因此应严格控制好工艺条件，以获得性能优良的纳米 TiO2 粉体。 3）反胶团或W/O微乳液法 反胶团或 W/O 微乳液法是近十年发展起来的一种新方法。该法设备简单，操作容易，并可人为控制合成颗粒的大小，在超细颗粒，尤其是纳米粒子的制备方面有独特优点。 反胶团是指表面活性剂溶解在有机溶剂中，当其浓度超过CMC （临界胶束浓度）后，形成亲水极性头朝内，疏水链朝外的液体颗粒结构。反胶团内核可增溶水分子，形成水核，颗粒直径小于 100 nm 时，称为反胶团，颗粒直径介于 100~2 000 nm时，称为 W/O 型微乳液[11]。 反胶团或微乳液体系一般由表面活性剂，助表面活性剂，有机溶剂和 H2O 四部分组成。它是一个热力学稳定体系，其水核相当于一个“微型反应器”，这个“微型反应器”具有很大的界面，在其中可以增溶各种不同的化合物，是非常好的化学反应介质。反胶团或微乳液的水核尺寸是由增溶水的量决定的，随增水量的增加而增大。因此，在水核内进行化学反应制备超微颗粒时，由于反应物被限制在水核内，最终得到的颗粒粒径将受水核大小的控制。 反胶团或微乳液法制备纳米 TiO 2是利用 TBP （磷酸三丁酯）为萃取剂，煤油作稀释剂，在室温下萃取金属钛离子，同时控制条件使其形成有机相的反胶团溶液，将该溶液在室温下以氨水反萃，控制氨水用量和浓度，将得到的沉淀物洗涤干燥焙烧，即获得纳米 TiO 2粉体。 反胶团或微乳液法可利用胶团大小来控制微粒尺寸，在纳米粒子制备中具有潜在优势，但这种方法刚刚起步，有许多基础研究要做，反胶团或微乳的种类、微观结构与颗粒制备的选择性之间的规律尚需探索，更多的用于超微颗粒合成的新反胶团或微乳液体系需要寻找。 4） TiCl 4 气相氧化法 气相法制备纳米TiO 2 比较典型的是 TiCl 4气相氧化法。该法以氮气作TiCl 4的载气，以氧气作氧化剂，在高温管式气溶胶反应器中进行氧化反应，经气固分离，获得纳米 TiO 2粉[12]体。在此过程中，停留时间和反应温度对 TiO2的粒径和晶型有影响。 其反应原理：气相反应器中，反应物的消耗对粒子成核速率的影响比对生长速率的影响大，因为成核速率对体系中产物单体过饱和度更加敏感。随着反应进行，过饱和度迅速降低。反应初期以成核为主，而在反应后期成核终止，以表面生长为主。通常在高温下反应速率极快，延长停留时间，只是延长了粒子生长时间，因此产物粒径增大，比表面积减小。同时，停留时间延长，锐钛分子簇有足够时间转变成金红石分子簇，使金红石含量增大。另外，气相反应器中，超微粒子形成过程包括气相化学反应、表面反应、均相成核、非均相成核、凝并和聚集或烧结等步骤。在高温下气相反应速率非常快，以致温度变化对成核速率的影响已不显著，而温度升高，粒子表面单分子外延和表面反应速率加快；同时气体分子平均自由度增大，粒子之间碰撞加剧，颗粒凝并速率增大，粒子间易发生凝并长大。另外由于反应器中初生粒子相当细小，颗粒边界表面能很大，小粒子极易逐渐扩散，融合形成大粒子，从而降低表面能，反应温度越高，晶界扩散速率越快，烧结驱动力越大，从而导致粒子比表面积减小、粒径增大。 （四）本实验采用沉淀法制备二氧化钛的原因 （1）优点 原料来源广，成本低，设备简单，适于大规模生产， TiCl 4是一种廉价易得得化工原料，此法可得到分散性好粒经均匀得纳米级TiO 2，此实验重现行好，操作简单，粒径可控[10,11,12,13]。 （2）缺点 本实验在过滤，干燥和煅烧过程中易引起粒子间团聚，影响产品的分散性.由于过程中Cl-等无机离子的引入，需反复洗涤除去这些离子，存在工艺流程长，废液多，产物损失大的缺点，完全除去无机粒子较困难，所得的产物纯度不高[10,11,12,13]。二．实验部分 （一） 原料及设备 本文所采用的实验药品及规格如下表所示： 表1 实验药品及规格药品名称化学分子式等级四氯化钛TiCl 4AR无水乙醇C2H5OHAR氨水盐酸HClAR蒸馏水H2O自制硝酸银AgNO3AR本文所使用的实验设备及型号如下： 玻璃器皿 PH试纸 TG16G型离心机 DHG-9053A型干燥箱 HO3-A型磁力搅拌器 （二）实验工艺煅烧TiO2粉体TiCl4(aq)pH<1的水溶液氨水水洗调试pH值C2H5OH洗涤恒温箱80OC干燥微波干燥图1. 沉淀法制备TiO2粉体工艺流程图
化学是基础教育的重要组成部分，在化学教学中培养学生的创新精神对深化基础教育改革，提高学生素质具有重要作用。下面是我为大家整理的化学综述论文，供大家参考。
前言
化学工业推动着人类社会和物质文明的快速发展，也为人类社会作出了重大的贡献，同时伴随而来环境污染问题越来越严重，因此化学工业表现出的“贡献”和“环境污染问题”的两重性对化学工业领域的科研工作者和生产人员提出了挑战。用绿色的化工工艺取代传统的化工工艺是绿色化学工程与工艺所提出的思想，通过在化学工业生产过程中，在无毒、无害的反应条件下去采用无毒、无害的原料来进行反应，同时使整个反应具有高选择性，进而能够最大限度地减少副产物的生成。要达到此目的，必须在化工行业推行清洁生产，实现零排放，把污染消灭在生产过程中。文章针对传统化学工业的发展问题，通过对绿色化学工程与工艺对化学工业节能的促进作用进行探讨，从而在我们国家今后的化学工业生产中环保性和节能性提供参考依据。1绿色化学工业概念绿色化学又称“环境无害化学”“、环境友好化学”“、清洁化学”，绿色化学的最大特点是在始端就采用预防污染的科学手段，因而过程和终端均为零排放或零污染。其研究目的在于寻找充分利用原材料和能源且在各个环节都洁净和无污染的反应途径和工艺。绿色化学工业是把绿色化学的思想引入传统化学工业生产中，并此基础上产生对人类健康、社区安全、生态环境无害的化学工业过程。
2绿色化学工程与工艺的开发
早期人们对化学工业所引起的环境污染常常采用的办法是“末端治理”，开发了多种环境保护手段，如：水处理技术、大气污染防治技术、固体废弃物处理技术和噪声治理技术等，对生态环境的保护作出了重要贡献。但随着人类社会和物质文明的不断发展和进步，环境污染的速度远远快于治理环境污染速度，并且治理环境污染的费用不断增加，而且治标不治本。而绿色化学工程与工艺是用绿色的化工工艺取代传统的化工工艺，采用无毒、无害的原料，在无毒、无害的反应条件下进行，使反应具有高选择性，最大限度地减少副产物的生成。从而在化工行业推行清洁生产，实现零排放，实施绿色化工生产，从污染的源头防止污染的发生。绿色化学工程与工艺在化学工业中具体实施方法主要有以下几种。
原料的绿色化
在化学产品生产中，原料的选择是决定化学生产过程和生产工艺的主要因素之一，绿色化学工程与工艺以无毒无害的原料作为绿色化学工业重点研发目标，选用可再生资源作为绿色化学原料，如生物质资源包括植物、农作物、林产物、海产物(各种海草)和城市废弃物(报纸、天然纤维)采用生物转化法通过一系列的反应转化得到醇、酮、酸类等常见的化工原料，在转化过程中依赖各种微生物在细胞内产生出我们所需要的各种化学品，整个过程清洁无污染，这都是绿色原料应用的典型。
催化剂的绿色化
近几年来，随着化学工业的快速发展，采用合理的化学反应应用在化工生产过程中成为了现代化学工业可持续发展的重要因素之一。在常规的化学反应中都离不开催化剂的使用，正确合理的使用催化剂不仅可以加速反应进程，改善化学反应的选择性和提高转化率，提高产品质量、降低加工成本，而且从根本上减少或消除副产物的产生，减少环境污染，最大限度地利用各种资源，保护生态环境。目前，针对化学反应催化研究已经研发出各种催化剂，例如，在精细化工生产中，已使用安全的固体催化剂分子筛、杂多酸等来替代有害的液体催化剂浓硫酸，从而简化了工艺过程，减少“三废”的排气量。
溶剂和助剂的绿色化
在化学工业生产过程中，无论是化学反应过程，还是化学产品的分离过程，都会使用大量的溶剂或者助剂来克服反应或分离过程中的特殊障碍，但是这些溶剂和助剂都是有毒的，往往会对人类健康和社会环境造成负面影响，所以开发出无毒无害的溶剂和助剂也是绿色化学工业重点研发目标之一。合适的绿色的溶剂和助剂不仅仅能使反应加速进行，也能使反应能耗低、效果更好、选择性更高以及产品更容易分离，更有利于环境保护。例如，现已开发出各种离子液体来应用于化学工业生产过程中的化学反应提供新的反应环境，也应用在化学工业生产过程中的分离过程进行产品与副产物的分离。
能源的绿色化
在化学工业中，从获取的化学原料到发生的化学反应以及反应产物的分离和纯化等各个环节均伴随能量的产生和消耗，而且耗能巨大。然而，在化工生产的化学反应中，若反应是吸热的，则需要在反应开始时加入热量来使反应进行完全;若反应是放热的，则需要冷却以移出热量来控制反应进行。同样在化工过程的分离与纯化中，可通过精馏、萃取、再结晶、超滤等操作来实现，也需要消耗大量能量。所以找到合适的能源也是绿色化学工业重点研发目标。例如，比较清洁的能源有电能、光能、微波以及超声波等能量，其中电能是运用较多的一种，在利用天然、无毒、手性的维生素B12为催化剂的电催化反应中可以实现在温和中性条件下的自由基环氧化。
3绿色化学工程与工艺对化学工业节能减排中的促进作用
近些年来，在国内的化学工业中，绿色化学工程与工艺主要应用在以下几个方面。
清洁生产技术的应用
在化工行业清洁生产包括清洁生产过程、清洁的产品以及清洁的能源等三个方面。而在化学工业节能减排中，主要以清洁生产过程为主。清洁生产过程是指在生产中尽量少用和不用有毒有害的原料，采用少废、无废的新工艺和高效设备，改进常规的产品生产工艺;尽量减少生产过程中的各种危险因素，如高温、高压、易燃、易爆、强噪声、强震动等;采用可靠、简单的生产操作和控制。已有的化学工业中清洁生产技术应用案例为：磷肥工业清洁生产工艺、铬酸酐生产工艺的绿色化改造、环氧丙烷的清洁生产、对苯二甲酸二甲酯氧化尾气的回收利用、二氯苯胺的清洁生产以及苯甲醛的清洁生产工艺等，这些清洁生产技术对化学工业节能减排有促进作用，实现了化学工业的绿色化，对人类健康和生态环境的保护作出了重要的贡献。
与生物技术相结合的应用
在化学工业生产中，绿色化学工程与工艺常常与生物技术相结合，采用生物炼制技术将可再生资源转化化学原料，进而合成出所需要的化学品。通过这种技术得到的化学原料相对于一般的工业原料来讲，反应效果和催化效率较好，反应产生的污染物和废弃物较少，还具有良好的无污染性、高效性、节能性。生物炼制是开拓创新型技术，是生产能源、材料与化工产品的新型工业模式。例如，全作物生物炼制方法以油菜、大豆、甘蔗、玉米等为原料，采用发酵技术，用基因组合方法在有氧条件下生成1，3-丙二醇重要的化工中间体。
环境友好型的化学品的应用
大力发展绿色化学工程与工艺可以使化学工业为我们生产出更符合社会、自然环境可持续发展的环境友好型产品，在生活中有许多具体应用实例。例如，已被联合国列为新一代环保制冷剂含杂原子N、Si的三氟碘甲烷(FIC-1311)来替代传统制冷剂氟利昂，FIC-1311不损耗臭氧层，温室效应可以忽略，对环境破坏作用较小;2005年美国环境保护署已批准的新型熏蒸气体杀虫剂硫酰氟来替代溴甲烷，杀虫效果比溴甲烷好，对坚果和干果气味无影响，同时对臭氧耗损潜能值为零，对大气臭氧层无影响。
4结束语
在化学工业生产的过程中运用绿色化学工程与工艺的思想，从化工生产的源头上采用无毒无害的原料、催化剂、溶剂等，使用节能减排的生产工艺，采用清洁生产的技术，能够降低化学工业生产过程中能源消耗，实现人与自然的和谐，保护生态环境。因此，开发和应用绿色化学工程与工艺对现代化学工业的发展至关重要，也是促进现代化学工业可持续发展的重要前提条件。
基础有机化学实验是高等学校理工类、化工类、环境类、材料类以及生物、检验专业的必修课程之一，对培养学生动手操作能力、思维训练等有着重要的影响。随着经济、社会的发展，有机化学在人们的生产、生活中发挥越来越重要的作用。基础有机化学实验作为有机化学的基础课程，发挥着奠定学生未来发展的作用。然而，笔者在实验教学中，发现有机化学实验教学在教学理念、方法上存在诸多问题，结合笔者自身的教学经验，提出了新的教学理念与方法策略，为基础有机化学实验教学提供参考。
1有机化学的重要性及与日常生活的联系
有机化学与人们生产生活等各个方面有着密切的关系，主要体现在以下三个方面：首先，人类的生命就是一个有机体，由各种各样的有机物组成，如蛋白质、核酸、糖类等，这些物质构成生命的基本单位，同时也参与体内的各种合成代谢。其次，人类的衣食住行离不开有机物，如我们穿的各种衣服，都是由各种合成纤维构成，饮食中少不了各种有机蛋白质、有机营养物质。最后，有机化学提升了我们的生活质量，如有机化学合成的各种药物，不仅治愈了人类多种疾病，并且提高了人类的寿命。1965年，人类合成的第一个人工胰岛素——结晶牛胰岛素，在我国诞生，为糖尿病病人带来了福音。
2基础有机化学实验对学生的意义
(1)训练学生动手操作及理论联系实际的能力。有机化学是一门实践性非常强的学科，单独以老师为主体的理论教学无法将整个有机化学知识点融会贯通，而有机化学实验就为学生提供了动手操作的机会，解决了学生上课时对不明白知识点的困惑。例如，在学习有机物萃取时，很多学生在理论课时对萃取的过程以及注意事项都是死记硬背，而实验课时学生通过自己的独立完成或者协作完成，将会彻底领悟到萃取的原理，并掌握分液漏斗的正确使用方法。有机化学同时也是一门实用性非常强的学科，例如阿司匹林的制取，阿司匹林是一种解热镇痛药，在人类的药物发展史中有着不可替代的地位，对此药物进行合成可以使学生明白有机合成的重要性，同时也能对重结晶提纯法进行巩固。
(2)训练学生科研思维与专研精神。有机化学实验由于其操作性强、专业性强等特点，对学生的综合素质提出了考验，同时也有助于培养学生的科研思维与专研精神。诸多著名的化学家如居里夫人、门捷列夫等，他们之所以能够取得如此大的成就，就是凭借实验训练带给他们的科研思路以及实验成果。本科阶段的化学实验要注重的是实验的热情，因此将他们的热情鼓舞起来后，他们才能够真正投入到专研当中。
(3)为学生步入未来工作岗位打基础。有机化学实验是有机化学专业相关人才进入未来工作岗位的必要条件，只有掌握基本操作的技能才能够胜任工作岗位的需求。我国大学生越来越多，就业形势越来越严峻，市场和人才培养方向的脱节主要原因就是学生操作技能差，理论考试都能得高分，而一到具体应用就措手不及。然而，对于那些不从事化学相关专业工作的专业来说，有机化学实验是一门基础性的实验，对未来工作岗位相关的知识都是一种重要的铺垫。
3目前基础有机化学实验教学存在的主要问题
(1)实验方法落后、实验设备陈旧。有机化学实验教材内容一般是那些已经完成被认可的基础性实验，这些实验虽然很经典，但由于实验方法落后导致实验耗时长、操作繁琐，有的实验要6个小时以上才能结束，这使得一些本来对有机化学感兴趣的同学望而却步。而实际上有机化学经过几十年的发展，实验手段也不断在进步，采用先进的实验方法可大大缩短实验时间，这非常有助于提高同学们的学习兴趣。另外，我国诸多高校在有机化学实验设备上都存在着设备过于老旧的问题，很多实验无法开展下去的重要原因就是实验设备的短缺，一般都是几个学生用一个实验台或者一台操作仪器。在实验方法上，除了传统的基本内容外，没有将社会上用的新技术引进去，学生不知道学完后用在哪里，自然无法激发他们的热情。而很多现代社会根本用不到的理论仍体现在实验教材上，这不仅耗费了学生和老师的宝贵时间，同时也不利于学生适应未来的工作。
(2)实验过程中存在安全隐患。实验的安全性隐患包括三个方面：①我国目前很多高校在实验室安全方面都存在一定的隐患，例如缺乏实验安全操作柜，实验试剂过期或者不合格等现象屡屡出现。②一些有机实验本身存在安全性隐患，比如乙酰乙酸乙酯的制备，该实验要使用钠砂，金属钠遇水即燃，在热熔钠块并震荡使之变成砂粒的过程中，如果操作不当，钠会从瓶子里喷出来，非常危险。而事实上笔者在从事这么多年的有机合成研究过程中从未使用过钠砂。③在实验操作过程中很多学生都缺乏安全意识，没有带口罩和眼罩，一旦发生意外事件如试剂喷射到眼里，或者身上，则无法进行有效及时的处理。
4对基础有机化学教学的看法
(1)明确基础有机化学实验教学的目的。目前我国基础有机化学实验教学中存在诸多问题的重要原因，就是没有真正明确其实验教学的真正目的。我国大学现在开展的是素质教育而不是二十年前的精英教育，因此将过多的要求投放在学生身上，将会导致他们厌学或者恐惧。有很多学生还没有进行实验就被那些高难度的要求吓得退却，不能激发他们的实验热情、钻研热情。笔者认为，本科阶段的有机化学实验教学主要目的应该是激发学生学习的热情，只有他们有学习的热情与渴望，才可能进一步地钻研，也才可能克服怕苦怕累的思想。
(2)因地制宜制定本科教学的培养策略。有机化学实验教学应该采取针对不同的学生采取不同的策略，对于化学专业的同学和相关专业的同学应该制定不同的目标，不能一概而论，否则有机化学实验课将对那些基础理论学习少的同学产生很大的负担。本科教育注重的是素质教育，因此着重在于培养他们的实验热情，只有奠定热情的基础上，才能够进一步地实验和攻读研究生。
5改革基础有机化学实验教学的策略
(1)改革实验教学的理念与目标。本科阶段的有机化学实验其本质上的问题是教学理念与目标的偏差。因此，教育部门应该彻底改革现有的教育体制，不能将二十年前的目标与理念用于现在。制定的理念与目标应该结合学生和学校的实际，同时也应该结合社会市场的需求。笔者认为本科阶段基础有机化学实验教学的理念与目标应该是：着重培养学生的实验热情，提升素质教育。
(2)根据社会需求，改进实验方法、设备。现阶段我国本科有机化学的实验不能与时俱进，没有跟上社会需求的潮流。因此，应该引进那些社会工作中需要的实验、删除那些社会不需求或者用不到的实验，改进实验方法的前提就是要有充足的资金购买实验设备，因此可以采用和企业联合办学的策略，由企业投资引进设备，同时企业排除专门人士进行指导，带领学生参观公司，只有了解到所学知识的有用性，才能激发学生的学习热情，同时也为学生的就业带来了保障。同时也要尽量使用现代的有机合成方法和手段，增加实验的实用性，还可以找一些现象明显、容易成功、能显著提升学生兴趣的实验，以替换危险、气味大的实验。
(3)分阶段教学的培养方案。在本科阶段主要分为以下三个阶段培养策略：首先，培养学生的学习热情，可以是老师带领学生参观化学应用公司或者大型科研院所，也可以是老师通过简单的实验激发学生动手的热情。其次，对那些有实验操作热情的同学，可以引进到老师的科研队伍中，开拓学生的视野，同时也提升学生的实验设计、操作以及钻研的能力。最后，结合同学自身的情况，给出不同的建议。例如对那些具有刻苦钻研精神的同学，可以将其作为保研的对象，对于那些实际操作能力强的同学，可以将其推荐到合作的企业当中去。
6结束语
职称职务：副教授学科专业：环境化工研究方向：吸附界面化学，功能材料，煤和生物质转化简历：1994年7月于天津科技大学获学士学位，94年7月至98年7月于大连皮口化工厂任技术员。2001年3月至今于东华理工大学应化系任教。2005年1月起于天津大学攻读博士学位。已发表论文近30篇，其中SCI、EI源刊论文10篇。教学情况：主讲本科生基础课《化学反应工程》、《化工机械基础》以及《无机化工工艺学》的部分内容。主要科研项目1．环保型防污垢器对换热器结构控制研究 (赣教计字[2004]18号)2．化工专业实验教学的改革创新能力的培养研究(赣教高字[2005]95号)3.利用高效吸附剂控制工业废水中重金属污染的研究（核资源与环境开放基金： 051107）主要成果、获奖情况：2005年2月 江西省自然科学二等奖(第二完成人)。2009年“中国百篇最具影响国际学术论文” 2014年爱思唯尔中国高被引学者
随着科技负效应的显现,工程伦理越来越受的人们的重视。化学工程有着与其他工程不同的特点。下面是我为大家整理的化学工程应用 毕业 论文，供大家参考。
《 化学工程中计算流体力学应用分析 》
摘要：计算流体力学是以多种计算方程为基础，在多种化学反应设备中进行能量、质量和动量的综合计算，分析出不同守恒定律中，这些变量的主控形式和变化规律，从而优化工程设计和工艺设备，提高化学反应中正向变化的进行，提高热量交换和原材料的反应速率等。从化学工程经济效益的角度分析，有利于工程成本的节约，提升了经济回报。 文章 计算流体力学的基本原理进行分析，并 总结 了其砸你化学工程中搅拌、热交换、精馏塔和化学反应工程的具体应用。
关键词：计算流体力学;求解;基本原理;化学工程;应用
化学工程在我国具有较长的研究与应用历程，并在实际的生产与生活中取得到巨大的应用成效，不仅能够供给正常的生活需求，同时根据新材料的开发，能够满足现代型环保材料的使用。在化学工程中，较多的反映环境和反应机制都是在溶液中进行的，具有质量守恒和热量守恒定律的应用。而这种质量与能量的关系正是计算流体力学的主要原理。通过对实际应用环境和原理的分析，能够优化工程设计和工艺改进，提高化学工程的生产效率。
1计算流体力学在化学工程中的基本原理
计算流体力学简称CFD，是通过数值计算 方法 来求解化工中几何形状空间内的动量、热量、质量方程等流动主控方程，从而发现化工领域中各种流体的流动现象和规律，其主要以化学方程式中的动量守恒定律、能量守恒定律及质量守恒方程为基础。一般情况下，计算流体力学的数值计算方法主要包括数值差分法、数值有限元法及数值有限体积法，其也是一门多门学科交叉的科目，计算流体力学不仅要掌握流体力学的知识，也要掌握计算几何学和数值分析等学科知识，其涉及面广。
针对计算流体力学的真实模拟，其主要目的是对流体流动进行预测，以获得流体流动的信息，从而有效控制化工领域中的流体流动。随着信息技术的发展，市场上也出现了计算流体力学软件，其具有对流场进行分析、计算、预测的功能，计算流体力学软件操作简单，界面直观形象，有利于化学工程师对流体进行准确的计算。
2计算流体力学砸你化学工程中的实际应用
在搅拌中的应用分析
在搅拌的化学反应中，反映介质之间的流动性比较复杂，依据传统的计算形式根本无法解决，并在化学试剂在搅拌中存在不均匀扩散的特点，在湍流的形式中能量的分布状况也存在着空间特点。若是依据实验手段测得反映中物质、能量和质量的变化规律，其得出的结构往往存在较差时效性，实验差加大。
通过对二维计算流体力学的应用，能够对搅拌中流体的形式进行模拟，并进行质量、能量等数据的验证。但是流体的变化，不仅与化学试剂的浓度、减半速度有关，还与时间、容器的形状等有着之间的联系，需要建立三维空间模拟形式进行计算流行力学。随着科学技术和研究水平的提高，在通过借助多普勒激光测速仪后，已经对三维计算形式有了较大的突破，这对于化工工程中原料的有效应用和工程成本的减低具有促进的作用，但是在三维计算流体力学中还存在一定的缺陷，需要在今后的研究中不断的完善。
在化学工程换热器中的应用分析
换热器是化学工程中主要的应用设备，通过管式等换热器、板式换热器、冷却塔和再沸器等的应用，能够有效的控制化学试剂在反应中的温度变化。其中根据换热器的形式不同，计算流体力学的方式也就不同。在管式换热器中主要是通过流体湍流速度的改变，增加换热速率的。在板式换热器中是通过加大流体的接触面积，提高换热效率的。而在冷却塔和再沸器中，热量交换的形式更为复杂，但是却群在重复性换热的特点，增加了换热的时间，提高了换热的效果。从总体上分析，计算流量力学中，需要对温度变化、流体的速度变化、热交换面积变化和时间变化进行分析。通过CFD计算流体力学的应用，能够计算出不同设备的热交换效果，并根据生产的实际需求进行换热器的选择使用。
在精馏塔中的应用
CFD已成为研究精馏塔内气液两相流动和传质的重要工具,通过CFD模拟可获得塔内气液两相微观的流动状况。在板式塔板上的气液传质方面,Vi-tankar等应用低雷诺数的k-ε模型对鼓泡塔反应器的持液量和速度分布进行了模拟,在塔气相负荷、塔径、塔高和气液系统的参数大范围变化的情况下,模拟结果和现实的数据能够较好的吻合。
Vivek等以欧拉-欧拉方法为基础,充分考虑了塔壁对塔内流体的影响,用CFD商用软件FLUENT模拟计算了矩形鼓泡塔内气液相的分散性能,以及气泡数量、大小和气相速度之间的关系,取得了很好的效果。在填料塔方面,Petre等建立了一种用塔内典型微型单元(REU)的流体力学性质来预测整塔的流体力学性质的方法,对每一个单元用FLUENT进行了模拟计算,发现塔内的主要能量损失来自于填料内的流体喷溅和流体与塔壁之间的碰撞,且用此方法预测了整塔的压降。
Larachi等发现流体在REU的能量损失(包括流体在填料层与层之间碰撞、与填料壁的碰撞引起的能量损失等)以及流体返混现象是影响填料效率的主要因素,而它们都和填料的几何性质相关,因此用CFD模拟计算了单相流在几种形状不同的填料中流动产生的压降,为改进填料提供了理论依据。CFD模拟精馏塔内流体流动也存在一些不足,如CFD模拟规整填料塔内流体流动的结果与实验值还有一定的偏差。这是由于对于许多问题所应用的数学模型还不够精确,还需要加强流体力学的理论分析和实验研究。
在化学反应工程中的应用研究
在化学反应工程中，反应物和生成物的化学反应速率与反应器、温度和压力等有着较大的联系，在实际的反应中可以利用计算流体力学进行数据的获取。但是这数据的获取具有一定的温度限制，当反应中温度过大，就会造成分子的剧烈运动，其运动轨迹的变化规律就会异常，在利用计算流体力学的模型计算中，计算数据与实际情况会发生较大的偏差。由于高温中分子的运动轨迹和运动速度难以获取，在计算流体力学的实际计算中，就要借助FLUENT进行三维建型，并利用测速反应器进行速度的测量，通过综合的比较分析，利用限元法进行数据的计算。可以得出不同环境下的反应器的流线、反应器内部的浓度梯度及温度梯度。通过CFD软件预测反应器的速度、温度及压力场，可以更进一步理解化学反应工程中的聚合过程，详细、准确的数据可以优化化学反应中的操作参数。
3结束语
计算流体力学对于化学工程的应用具有实际意义，并在经济效益的提高上具有重要的价值，在近几年，化学工程技术人员不断的计算流体力学中展开研究，以二维空间计算和模拟为基础，不断的完善三维空间的流量计算，并得出了一系列的流体流动规律。根据计算流体力学在化学工程中的广泛应用，在今后的化学工程发展中，应加强此类学科的教学与延伸，提供出更有效的反应设备和工艺操作。
参考文献
[1]余金伟,冯晓锋.计算流体力学发展综述[J].现代制造技术与装备,2013(06).
[2]舒长青,王友欣.计算流体力学在化学工程中的应用[J].化工管理,2014(06).
《 能源化学工程专业化工热力学教学思考 》
[摘要]《化工热力学》是能源化学工程专业一门理论性和逻辑性较强的专业基础课，文章阐述了作者在《化工热力学》课程教学过程中如何提高学生对学习本课程兴趣的教学实践和教学体会。通过明确教学内容和教学主线，改变传统的单一的课堂教学，将课堂教学与学科动态及工程实践密切结合，激发学生学习兴趣，培养学生自主学习能力和工程意识，以满足培养能源化学工程领域领军人物的要求。
[关键词]化工热力学;能源化学工程;教学实践;教学体会
化工热力学是化工类学生的专业必修课程之一，主要讲述热力学定律在化学工程领域的应用，包括化工过程中各种形式的能量之间相互转换规律及过程趋近平衡的极限条件等。它是培养学生分析和解决实际化工问题思维方法的重要专业理论基础课[1-3]。然而该课程的课程内容抽象、计算繁琐，学生感到非常难学又缺乏实际应用，在课程学习过程中学生产生恐惧和厌学心理，达不到良好的教学效果，因此，我们对该课程的教学内容和 教学方法 进行一些改革和尝试，希望激发学生学习的兴趣，进而更好地掌握这门课程，为后续专业课程的学习夯实基础。
武汉大学2013年新开设的能源化学工程专业是由1958年原武汉水利电力学院开办的“电厂化学”专业发展而来，主要面向电力行业及高效洁净能源领域(包括超临界火电、核电、生物质能、氢能、新型化学电源等)，培养掌握化学与化工基础理论及能源化学专业知识和技能的未来行业发展的领军人物。
目前，本专业主要有水处理、材料腐蚀与防护、化学监督与控制、能源化学四个主要研究方向。为了适应学校对新专业发展和一流学科建设的要求，2015年在本专业大三学生中新增设了《化工热力学》这门化工类专业的专业基础课程。如何调动学生的课堂积极性，培养学生的创新能力，夯实学生的专业基础，使他们在54学时的学习过程中理解并掌握本门课程的基本概念，并且将抽象的理论与实际的能源化学过程联系起来是本课程的核心教学任务。本文结合我校能源化学工程专业的培养目标，浅谈《化工热力学》的教学体会，着重对教学方式进行了探索和实践，为培养能源化学工程领域的领军人物奠定基础。
1明确教学内容与课程主线
结合我校《化工热力学》课程以工程应用为中心、专业研究方向覆盖面广等特点，我们选用了朱自强等编著、化学工业出版社出版的《化工热力学》作为教材[4]，同时，也鼓励学生使用部分参考教材(《化工热力学》，冯新等编，2008;《化工热力学(第二版)》，陈钟秀等编，2000;《化工热力学导论(原著第七版)》，.史密斯等编，刘洪来等译，2007)[5-7]。化工热力学发展时间较长，已形成较完整的知识体系，如何在54学时内有效地把关键知识点教授给学生是本课程教学实践的关键。
由于本专业学生在大二《物理化学》课程中已经系统学习了理想气体相关的状态方程及其应用，因此在本课程教学中不再赘述，而是重点介绍工程实际应用较多的二参数状态方程、化工热力学分析、溶液热力学、流体相平衡和化学反应平衡等。在教学实践中，首先，详细分析《化工热力学》教材结构，围绕主线内容合理编排知识点;其次，建立好各知识点之间的逻辑关系，让学生在大脑中建立化工热力学框架图;最后，根据能源化学工程专业的需要，适当删减补充了教材内容，结合学科动态，增强化工热力学的应用能力，如燃料电池开路电压的计算、水/二氧化碳共电解制合成气过程中气体组成的计算等。
2改变单一课堂教学模式，培养学生自主学习能力
化工热力学课程设计的公式多而繁杂，学生在开始学习阶段容易产生恐惧厌学心理，传统的单一课堂教学模式具有“教师主导学生学习”的特点，与本课程“教师引导学生学习”的教学目的存在较大偏差。因此，应改变传统单一课堂讲授模式，充分采用“启发式”和“参与式”相结合的教学方法。
首先，教师在 课前预习 阶段设疑(提出问题)，促使学生思考，复习旧知识，预习新知识;其次，教师在教学实践过程中采用多媒体和板书相结合的教学方式解疑(解决问题)，并通过对例题和习题的讲解加深学生对化工热力学原理、方法和应用的理解，同时，教学过程中应避免陷于抽象的说教和枯燥的公式推导之中，重点讲述化工热力学知识点的应用条件和物理意义;最后，课堂教学结束后，教师主动与学生面对面交流答疑(探讨问题)，并设置思考题让学生查阅相关资料。通过“设疑—解疑—答疑”的渐进式教学方法达到对关键知识点举一反三的目的，同时，吸引学生注意力，培养学生自主学习能力，提高学生学习的积极性和主动性。
3课堂教学与工程实践密切结合，培养学生初步的工程观点
化工热力学由于理论性较强、基本概念多且抽象，而且本科生在学习过程中接触科研课题及工程实践的机会较少，将课堂教学内容与科研课题及工程实践紧密结合起来，建立“以应用为中心”、“探究式”的特色教学模式，紧密联系我校在能源化学工程领域(特别是超临界火电、核电、生物质能、氢能、新型化学电源等方面)开发利用的化学工程实际问题，把学科前沿领域的科研成果带入课堂，可以使他们强化科研思想、激发听课兴趣、培养创新能力;同时，可以让学生获取利用化工热力学基本原理解决工程实际问题提供思路和方法，培养学生初步的工程观点。
4考核方式方法研究
传统的期末一张考卷为准的考试方式不利于学生能力的培养，也不能全面地体现学生对所学知识的掌握程度，为了更加系统全面地评价学生对课程内容的认识情况，我们对课程的考核方式方法进行了改革探索。目前，课程成绩总评包括平时成绩和期末成绩两部分，其中平时成绩包括学生的课堂综合表现、课程预习、作业三个部分，各占10%;期末考试采用开卷方式考试，考试的题目偏重于对知识点的理解和其在能源化学过程中的应用。然而由于该课程的课程内容抽象、计算繁琐，教学过程中发现仍有部分学生存在畏惧厌学心理，因此，在今后的教学实践中应考虑进一步激发学生的学习兴趣，增强学生的主观能动性，在课堂教学中引入分组讨论，开展导向性的专题研究，将课程内容与能源化学过程(特别是学科动态)相结合，培养学生查阅资料和分工协作的能力，为学生下一步学习专业课程夯实基础。
5结束语
在《化工热力学》课程的教学实践和尝试中，首先要明确教学内容与主线，打破单一的学生被动听讲的模式，理论联系实际应用，调动学生学习的积极性和主动性，激发学生对教学内容的兴趣，并且在教学的过程中对教学方法进行改革创新，因材施教，为学生下一步学习更专业的能源化学工程知识和从事新能源行业工作奠定扎实的基础。
参考文献
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