超流体氦中的化学本次导论课由英国莱斯特大学化学系的Andrew M.Ellis教授主讲，主题关于超流体氦。第一次听说超流体氦，一点了解都没有。但教授的细致讲解，为我们揭开了它的神秘面纱。首先，正如其名，超流体氦所具有的零粘度的性质导致其完全缺乏黏性。如果将超流体放置于环状的容器中，由于没有摩擦力，它可以永无止尽地流动。例如，液态氦在2.17K以下时，内摩擦系数变为零（零阻力），液态氦可以流过半径为10-5厘米的小孔或毛细管，甚至能从碗中向上“滴”出而逃逸。而这种现象就叫做超流现象。超流体粘滞系数几乎为零，则超流体与碳纳米管管壁的摩擦力很小，纳米超流体在冷却系统导管中以紊流形式流动。而碳纳米管导热系数为6000W/mk，为铜的15倍，铝的30倍，因此，该纳米超流体具有极强导热能力，可使产品瞬间冷却，本发明所提供的注射成型装置特别适合生产需要骤冷成型的产品。超流体是一种物质状态，没有摩擦力，完全缺乏黏性，它可以永无止境地流动而不会失去能量。因此，有人认为时空作为这种特殊的物质形式，也具有非同寻常的特性，就像声音在空气中传播一样，它提供了一种介质，能让波和光子得以传播。研究人员通过建立模型，试图将重力和量子力学融合为"量子引力"新理论，并表示这将是一个解释宇宙的超流动性的合理模型。如何获得超流体氦呢？答案是，利用冷却针孔连续脉冲的操作，将高压氦在温度低于0.4K的条件下，将氦液滴与原子和分子掺杂在一起喷出。如果使用的是固体或是液体样品，也可以通过加热的方式以蒸汽来提取。但是掺杂剂如何获取又如何冷却呢，每个氦原子有5cm的束缚，所以氦液滴在0.37k的稳态温度下，可以通过氦蒸发迅速去除能量。得到掺杂氦液滴之后，需要进行光谱分析。从教授给的结果来看，其中含有水分子和电子。对于氦纳米液滴分子和离子的光谱研究Andrew教授也有他的试验结果，氦中一些离子带有一个或多个附着的氦离子，可以用它来做红外光谱分析。光谱显示有两种不同的异构体形式。有机教材中的费舍尔酯化反应机理中常见的E、Z异构体和一个酰基离子与一个水分子结合的第二个异构体。接着教授为我们介绍了纳米粒子—含单纳米和多纳米的金属纳米离子的合成。以银纳米颗粒为例，就可以通过氦液滴大小和掺合剂来调节纳米颗粒的平均尺寸从而得到实验所需的大小尺寸。很重要的一点，结晶度需要慎重考虑，由于在温度过低时结晶度不明显。半导体纳米粒子镉就是在液氦中重新结晶形成结晶镉。由于材料的限制，需要添加第二层外壳，可以提供抗氧化层和提供化学功能。高铁磁镀金镍纳米颗粒就是这样得到的。纳米链和纳米线在氦液滴中的生长。纳米粒子假设增大了氦液滴的尺寸后就形成了纳米线。总的来说沉积实验在氦液滴中形成金属纳米颗粒并将其沉积在基底上的尝试已经成功。尽管如此，在超流体氦经历相变之后，旋涡仍然受弦束缚壁的保护。旋涡和壁画共同形成复合拓扑缺陷结构，并在对称性破坏的相变中存在。按照3-He比例多少，我们将这两种相分别称为“浓相”（含3-He多些）和“稀相”（含3-He少些）。因为3-He要轻一些，所以浓相是浮在稀相上面的。人们进一步发现，3-He浓相的焓值（即系统所包含的总热量）要比稀相低，这就意味着，如果一个3-He原子从浓相“渗透”到稀相，就必须从外界吸收一份额外的热量。这一现象，成为了目前商业上可获得的最低温技术——稀释制冷技术的基本原理。更为神奇的是，实验上发现，即便是温度达到绝对零度，浓相中仍然可以保留约6.4%的3-He，意味着即便温度趋近绝对零度，仍然可以维持稀释制冷过程。这就使得稀释制冷成为一种可以应用到接近绝对零度的制冷技术。目前，商用的稀释制冷机一般可以达到约10mK（仅比绝对零度高0.01度），实验室内经过优化甚至可以达到2mK以下。在这个温度下，热涨落的能量不到百万分之一电子伏，使得大量低能的凝聚现象，以及拥有超精细能级结构的体系量子行为得以让我们一探其奥。主要有两种类型的量子计算方案必须依赖极低温环境：一种是超导量子计算，一种是基于半导体量子点的自旋量子计算。这两种技术方案之所以必须要极低温，是因为它们都用到了极为精细的能级结构。以超导量子计算为例，它用到了约瑟夫森电路中超导相位的精细能级，在这种量子电路中，基态到第一激发态的能量差对应的频率大约在4-6GHz（1GHz=109Hz），对应的波长大约为6cm。以可见光作为对比，绿光的波长大约为500nm，对应的频率大约为6x1014Hz。因此量子计算中用到的光子能量比可见光要小5个数量级！简单地说，超流体氦和相关的沉积实验已经取得了可观成果。其独特的零粘度的特性就可以为许多科研和生产提供便利，例如制作导体。但如何更便捷获得超流体氦需要更多的实验结果才能发现。而通过沉积实验获得纳米粒子的方法依旧有待完善，这需要更多的专业人士继续探索发现。在教授的讲解后，加以网络资料的辅助，对于超流体氦的制造以及巨大作用我形成了初步的认识。这个领域虽然有着许多的问题与疑惑尚未解决，但，我相信，这一定程度上也意味着更加广阔的前景仍等待着我们去探索。随着研究的不断深入，以及新技术的涌现，我们将充分细致地了解超流体氦的方方面面，进而将其运用到各个领域，帮助人们解决更多的难题。为了实现这个目标，现在我们所应该做的，就是不断地学习基础科学知识，为将来有机会去更深入地了解打下基础。石油化工生产与HES管理介绍此次导论课以石油石化产业的过去、现在和未来为主题。对于石油化工的实际流程我是比较陌生的，奚老师的讲解改变我对于这个产业原有的刻板印象，也更加深刻地了解它的发展。对于时代的划分可以有不同的角度，比如社会、地质、历史、环境、工业等等，但是引以自豪的是我们能源行业也可以参与划分并得到认可。如何划分工业体系，不同的位置有各种不同的角度。但是从能源的角度大致可以划分三个时代，即薪柴时代、化石能源时代、低碳能源时代。前两个应该没有什么异议，但是第三个低碳能源时代可能会有不同的叫法，比如新能源时代、可再生能源时代等等，但是在很长的一段时间化石能源还是不会消亡，因此我觉得称低碳能源时代应该还是更合适。另外，我觉得还有一种划分，薪柴时代可以说是马车时代，化石能源可以说是内燃机时代，而现在我们是不是正加速进入一个电机的时代呢？18世纪60年代工业革命兴起，带来煤炭消费增长。1890年人类进入煤炭时代。19世纪60年代内燃机问世，并逐渐规模化应用，带来交通用油需求攀升。20世纪60年代计算机及信息技术革命推动能源技术进步。现在人工智能、清洁能源、物联网等科技进步推动能源变革。一般认为，近代石油工业诞生于19世纪的美国。事实上，古代自贡等地井盐生产，钻探深度达数百米乃至上千米，后来该技术近代被欧洲人引进，最终传入美国。从起源看，德雷克石油钻井技术实际来自中国。四川井盐源远流长，据文献记载和专家考证，享誉世界的大英县卓筒井创始于北宋庆历年间，比西方要早八百多年。1910年前后内燃机开始大规模使用，第二次工业革命到来。随着车辆、舰船、飞机等应用，交通运输对汽油的需求迅速增长，汽油取代煤油成为最主要的石油产品。炼油业的热裂化工艺解决了汽油燃料量产问题：1911年，美国人伯顿建成世界首座半工业化热裂化装置，将汽油采收率提高了一倍多（20%→40%）。印第安纳标准石油购买该专利后开始大举投资。航空业兴起带来了对高辛烷值航空燃料的需求，1935年英伊石油、新泽西标准石油、壳牌石油、印第安纳标准石油和得克萨斯公司各自开发成功烷基化技术，五家公司合作推进了工业化。石油“七姊妹”于20世纪20年代末—50年代初在主要产油国（特别是中东）互相联姻，形成了垄断石油市场（不含前苏联）的卡特尔组织。二战前，七姊妹在中东已发现了几个大油田，但未及开发。20世纪50年代末-60年代初，中东相继开发和发现了一大批特大油气田。例如，沙特的世界第一大油田——加瓦尔（可采储量超100亿吨），科威特的第二大油田——布尔甘，以及沙特的第一大海上油田——萨法尼亚，这些大型油田都伴生有大量天然气。二战后，世界石化产业开始兴起。1941年新泽西标准石油公司（现埃克森美孚）在美国巴吞鲁日建成了世界首套管式裂解炉蒸汽裂解装置，开创了以乙烯为龙头的石油化工历史。20世纪90年代，亚太地区乙烯工业崛起，形成北美、西欧和亚太三足鼎立的局面。2000年以来，中东以及中国和印度等新兴经济体崛起，形成了世界乙烯工业四方争雄的格局。1978年前，石油消费增速快，总量低；1979-2000年，计划经济时代，石油消费增长缓慢；2001-2009年，工业化进程加快，石油消费快速增长，对外依存度不断提高；2010-2015年，经济进入换挡期，石油消费持续中低速增长，2015年达5.4亿吨左右。我国原油对外依存持续上升，由2000年的28.4%快速上升至2015年的60.6%。2016年中国石油消费量5.56亿吨，进口3.81亿吨，对外依存度68.5%；2017年为6.1亿吨，进口量4.2亿吨，对外依存度68.8%。如今美国页岩革命为国际市场带来大量轻烃资源。石脑油路线烯烃原料轻质化趋势明显，石脑油占乙烯进料的比重逐步下滑。乙烷将成中国新一轮乙烯产能扩张的重要原料。同时，国内传统合成材料产业及需求已相对饱和，在产业升级和消费升级驱动下，传统石化下游产品正在向高端化、功能化方向发展。中国目前的石化产业发展还是非常有前景的。奚经理借助世界炼油工业发展趋势阐明：积极实施能源转型，加强科技研发，抢占先发优势是目前我国应对纯电动和插电混动汽车销量增长的方向。在政策推动下，2025年后电动汽车实现规模化发展，随着电动汽车保有量的扩张，传统石油基车用燃料在交通运输用能的市场份额将受冲击。从上面不难看出，这个行业未来的发展有着很大的前景。由于资源限制，中国的能源转型道路将和发达国家不同，需要更快从化石能源向非化石能源过渡。不能承载过大的天然气消费量，每年300-350亿方是较合理水平；煤炭因为碳排问题，难以持续维持地位；石油勘探开发潜力相对不大，预计维持在2亿吨左右水平。能源总量，能效，峰值，结构（与世界对应）难以达到发达国家的25%以上的消费比例。（倒算如果达到发达国家比例，需要天然气数量）。制造业转型升级：高端装备、汽车制造、电子信息、新能源、节能环保、智能电网、3D打印等新兴产业领域预计将保持较快发展趋势，带动我国高端化工新材料需求持续增长。 我想，环境问题也是重工业需要谋求发展所需要慎重考虑和仔细研究的领域，目前，我国节能环保法规、强制措施密集出台，油品质量升级步伐加快。石油石化产业面临着更严格的安全环保要求和碳减排压力。重点地区执法监督力度空前提高，企业节能环保改造难度加大,部分石化企业面临搬迁压力。所以在飞速发展的国情之下，我们应该找寻新的绿色健康材料向新能源的方向进发，才能真正满足国家和社会的需求。我与催化有缘这次的导论课荣幸请到了博士生导师、化工学院党委书记郭新闻教授，他是催化学报、石油学报（石油加工）编委，国际期刊Chemical Engineering Technology编委，辽宁省“百千万人才工程”百人层次，教育部“新世纪优秀人才”人选。研究方向包括了钛硅分子筛催化丙烯环氧化绿色技术；芳烃择形催化（甲苯甲醇烷基化）等。郭教授以讲授人的经历，结合催化的基本知识，介绍催化在煤化工中的实际应用，最后介绍课题组在二氧化碳催化转化、分子筛择形催化、选择氧化方面的工作，把我们带进催化的神奇世界。本次的讲授内容主要包括催化剂的历史、催化剂是什么、催化剂生产研究的现状、郭教授的科研成果的讲解以及对催化剂生产未来的预测。催化化学与工程系的历史化工学院建于1974年，从基本有机化工到石油化工、工业催化、催化化学与工程系逐渐细化。熟悉而又陌生的催化剂是什么根据IUPAC于1981年提出的定义:催化剂是一种物质，它能够加速反应的速率而不改变该反应的标准Gibbs自由焓变化。这种作用称为催化作用。涉及催化剂的反应为催化反应。催化剂的特性：加快化学反应的速度，但不进入化学反应计量；催化剂对反应有选择性；只能加速热力学上可能的反应；不改变化学平衡的位置。而催化剂的评价指标：活性、选择性、稳定性、寿命。金可以作为催化剂吗? .黄金数千年来被看成是永恒不变的，是对财富和美丽的至高无上的展示。其原因在于黄金的化学惰性，不会与空气发生反应也不合受到腐蚀作用，自然答案是肯定的。郭教授举出Haruta先生的例子, 他1982年就开始制备金催化剂，1987和1989年， 发表的有关C0低温氧化的文章引起轰动，因为在此之前，只是做一些理论上的推断，而没有实际的应用。文章引发了金催化剂的研究热潮。事实上，催化技术同样生产出了大量金，使得金作为装饰品得以流行。催化剂是化工的心脏，同时我国现状富煤缺油少烯烃，催化应用前景重大。石油化工应用基数大，即便小的优化就能带来巨大的收益。当今60%的化学品生产和90%的化工过程都依赖于催化剂和催化过程，对国民经济和社会发展具有巨大推动作用。催化新材料-催化剂表征-催化新反应例如二战时英国与德国空战时所取得的胜利来自于石油化工的催化优化；经济危机时的葡萄糖异构酶促进了糖的生产；医药中手性分子的催化作用；口罩的生产；化工与穿衣……2010年8月8日，神华包头煤制烯烃项目60万吨/年煤制烯烃一甲醇制烯烃生产装置开始甲醇投料，8月10日， 上午9点30分，甲醇转化率为99. 87%，乙烯和丙烯的选择性为79%，世界首套、全球最大甲醇制烯烃工业生产装置投料试车一次成功，并良好运行。这次甲醇转化技术的提高对于我国石油化工原料替代，保障国家能源安全具有重要意义。同时，也奠定了我国在世界煤基烯烃工业化产业中的国际领先地位。郭教授的课题组利用原子建模技术，基于第一原理电子结构方法，从分子水平研究多相催化的微观反应机理、探索催化材料的组成结构/性质与催化活性/选择性之间的关系，实现材料的筛选和优化设计研究课题包括有：分子筛催化、择形催化理论计算研究；CO2催化转化机理研究；MOF材料的结构、性能及应用理论研究；生物质加氢脱氧理论研究。之后郭教授不辞辛苦又为我们介绍了几个课题的简单情况。MOF材料的设计、合成及应用：以Cu2O为添加剂合成高质量的纳米级Ui0-66（Crystal Growth & Design, 2017, 17, 685）、双金属铁基MOFs的合成及其降解苯酚性能（Dalton Transactions, 2016, 45, 7952）、单羧酸添加剂对NH2-MIL-125Ti晶粒尺寸和孔结构的影响、多级孔NH2-MIL-125Ti有利于有机染料的吸附和降解、Ti4+掺杂的UiO-66-nTi MOF超强的染料吸附性能高性能钛硅分子筛催化剂的制备及应用：钛硅分子筛是一种含钛杂原子分子筛，具有MFI型拓扑结构和低温催化氧化活性。此方法具有绿色、低温、经济的特点。双金属催化剂高选择性催化CO2加氢制高碳烃研究：不同晶相In2O,催化CO,转化。相比于h-In2O3, c-In2O,由于其更有利于氧空位的生成及更强的吸附CO2能力，从而具有更加优异的RWGS反应性能。原位表征观察到h-In2O3向c-In2O3 转变的现象，且反应温度是影响相变速度的重要原因。气体处理实验证明，在反应条件下，h-In2O3先经过氢气还原，随后还原态的In从CO2中获得O,形成热力学更稳定的c-In2O3。In2O3基催化剂催化CO2加氢制甲醇：H20(0.1 mol%)可以显著促进In2O3/ZrO2上CH3OH的生成(约20%)，同时提高甲醇选择性;DFT计算揭示了表面水存在对InOOH物种形成的影响及其与CH3OH生成活性的相关性。加入H2O可以促进表面InOOH的形成，通过降低COOH*中间体稳定性抑制CO的形成，通过形成HC00*中间体促进CH3OH的生成。最后，郭教授讲述了以多级孔材料催化剂为课题组的研究过程，让我们对团队合作以及技术的研发全程有了更好的认识。活性物质封装在分子筛中防止活性组织失活，提高稳定性，以沸石为母体形成中空分子筛；co2的催化利用，欧洲采用提纯深埋地下的操作；博士生加氢把钴附着在氧化铝上催化作用下降快，在氧化锆上衰减慢。课题组设备齐全，学生可自行预约进行研究，氛围良好。课题组中包含许多优秀学生，经过良好的培养纷纷深造或出国或教授。郭教授能够从一次出差的酒店雕塑联想到科研中分子筛的微观结构，正说明了生活中场景与实际科研研究相结合，同样是很值得我们学习的。我认为，虽然我们离达到郭新闻教授的水平、真正理解各种催化剂的作用还很远，但是这次导论课所让我们学到的化学思维依旧是受益匪浅。这次导论课由孙冰冰教授讲述，从化学工程的基本理论，引出生物医药中的化学工程问题，介绍疫苗研发中佐剂的设计、优化、工艺及生产等相关问题。从工程的角度构建研究体系，并采用化学工程的方法解决实验室成果转化中的关键工艺问题，以满足相关产业的发展和需求。化学工程是一门多学科交叉的学科，是与能源、化工、环境、电子、生物、制药、食品等过程工业紧密相关的应用基础工程科学。除了传统化工制造，如石油精炼、塑料合成、催化和食品加工等，现代化工还包含了生物工程、生物医药以及相关的纳米技术。现代化工在近年来发展迅速，给我们的生活带来极大的便利，并对我们的生活方式产生了深远影响。在未来，化学工程将设计你的事业；设计你的生活；设计你的未来。首先孙教授提出了“什么是化学工程？”这个问题。它包括 生物医学与生物技术、催化与反应工程、能源与环境材料、数学与计算系统、传输与热力学等多个方面。 化学工程在分子科学与工程的结合中占有独特的地位。与化学、生物学、数学和物理学等基础学科密切相关，并与材料科学、计算机科学、机械、电气和土木等工程学科密切合作在化学工程方面为做大事提供了无与伦比的机会。化学工程师的传统职责是设计和操作大规模的化学品生产流程。虽然这仍然是该学科的一个基石，但纳米技术的进步（在分子尺度上控制物质的能力）已经改变了化学工程师的角色今天，化学工程师在跨学科团队中工作，设计制药、人工器官、生物医学设备、化学传感器和药物输送系统。能源技术，如电池，燃料和太阳能电池。或者将碳纳米管运用在手机电池之中，大幅提高了电池性能；甚至还提出了更新颖的想法，将噬菌体用于电池电极，将有望更大幅度地提高电池效率。在新能源汽车领域，燃料电池有着光明的前景……工程师和生物学家的区别 在生命科学中，数学理论和定量方法起到了次要的作用。结果是定性的和描述性的模型被制定和测试。然而，生物学家在实验室工具和解释复杂系统的实验室数据方面非常强大。工程师有较好的物理和数学背景。即使是复杂系统的定量模型和方法也是优势所在；工程师和现场科学家的技能是值得称赞的。生化工程 生物化学工程是化学工程的一个分支，是生物材料技术进步的产物。生物化学工程师将生物、化学和工程知识结合起来，利用原材料生产产品，并开发实现这一目标的工艺。 生化工程师将尖端技术应用于生物材料、系统和工艺，以创造新产品；设计和建造化工和制药厂；与科学家和其他学科合作，设计和实施新产品和生产技术；为制造企业提供工程服务；从事生产工作，改进和优化生产工艺；维护生产线和机器。此后孙教授还举出了自己在大连理工大学的研究--纳米材料-生物界面：基于纳米生物界面研究的疫苗佐剂设计，并结合此次的疫情做出了更加通俗易懂的解释。冠状病毒因其表面的树冠状刺而得名。冠状病毒有四个主要亚群，即α、β、γ。还有德尔塔。人类冠状病毒最早发现于20世纪60年代中期。七种可感染人类的冠状病毒：1、 229E（阿尔法）2、NL63（阿尔法）3、OC43（β）4、HKU1（β）5、SARS相关冠状病毒（SARS-CoV，β）6、MERS相关冠状病毒（MERS-CoV，β）7、非典冠状病毒2型COVID-19新型疫苗的研制策略 1.灭活或全灭活病毒（WKV）疫苗重组蛋白疫苗（亚单位疫苗） 2.SARS-CoV减毒活疫苗 3.DNA疫苗 4.表达SARS-Cov基因mRNA疫苗的病毒载体，如腺病毒（Ad）或痘苗病毒疫苗研制是一个漫长、复杂的过程，往往要拖10-15年。而对于不同的病毒所能达到的效果也不同。消除/接近消除：天花、脊髓灰质炎控制/降低：白喉、百日咳、乙肝、流感研发：HIV、冠状病毒全球预防性疫苗每年挽救近三百万生命(美国CDC, 2019)研究背景:佐剂--抗原、防腐剂、佐剂、稳定剂、抗生素其它。在灭活疫苗、类毒素疫苗、重组疫苗中，佐剂通过物理或化学的方式与抗原结合，从而增强抗原的免疫应答。我们知道生物体有着复杂的化学组成，而生物体中的各种化学物质大都是在细胞内在非常温和的条件下合成出来的。如果将类似的原理运用到化工生产之中，将能够在温和的条件之下高效地合成我们所需要的化学产品，将极大地降低能耗、提升效率和安全可控性，而且更有可能实现产品和生产过程的环境友好。循着这样的思路，生物化工的研究者们不断提出和改进方案，从生物化工的角度开发出一系列新产品和新生产技术。现在已经有各种可用于化工生产的酶制剂催化剂面世，并且随着技术发展这类产品的生产成本逐渐下降，品种也日趋多样，大规模应用的可能性越来越大。应用这类催化剂，可以实现在相当温和的条件下，消耗较少的能源而获得较高的生产效率，甚至还能获得比传统方式生产更加理想的活性、结构、纯度。通过这次的导论课，我更加深刻地体会到，化学工程在生活中无处不在的存在，同时影响着我们生活的方方面面，随着时代的不断发展，基于化学所能实现的事情越来越多，而化学工程也将发挥更大的作用。相信当我们对化学工程的掌握不断加深，在将来，即便是与这次类似的疫情，我们也能做出更快更加有效的响应，可能许多问题将会得到解决，也可能会出现许多新的问题和新的技术话题。疫情危机对于全世界来讲是一场与时间的比赛，而对于化工研究者们来说，我们的研究将有可能成为夺得先机的关键。浅谈化学工程与生物工程这次的导论课请到了拉夫堡大学化学工程系生物工程中心工业生物技术高级讲师孙涛教授，研究领域包括:组织工程与再生医学(TE&RM)、系统生物学、合成生物学、生物过程发展。本次导论课主要分为以下4点：1.化工与生物化工的联系与区别，生物化工的基本特点与优点，2.产品设计与产品加工的基本联系与区别，3.着重讲解生物医药制品制备过程的设计，4.以组织工程皮肤的研发和制备为例具体介绍生物化工的就业前景1987年，美国麻省理工学院的化学工程师Langer和美国马萨诸塞州立大学医院临床医师Vacanti较为系统地提出了组织工程(issue engineering )的概念,其含义为联合使用细胞、支架材料和生物活性因子以促进组织修复和再生方面的研究。迄今组织工程学虽然仅有二十多年历史，但由于其重大的科学意义、诱人的临床应用前景、巨大的商业价值，使世界各国科学家、企业家、政府都非常重视，成为再生医学的热门研究领域。目前利用组织工程技术构建的皮肤、软骨、骨、肌腱、角膜等组织已应用于临床，但组织工程的一些关键理论和技术亟待突破。首先孙教授向我们介绍了组织工程（TE）应用工程学和生命科学的原理和方法，即从根本上了解正常和病理哺乳动物组织的结构-功能关系，开发生物替代物以恢复、维持或改善组织功能。在组织工程发展的历史过程中，科学家应用组织工程技术在裸鼠上成功地形成了具有皮肤覆盖的人耳廓形态软骨，是一项重大的突破。裸鼠背上的耳朵标志着组织工程技术可以形成具有复杂三维空间结构的组织器官，显示了组织工程从基础迈向临床应用的广阔前景。目前组织工程技术可应用于复制各种组织，如肌肉、骨骼、软骨、腱、韧带、人工血管和皮肤；生物人工器官的开发，如人工胰脏、肝脏、肾脏等；人工血液的开发；神经假体和药物传输等方面。实验室从你的血液中分离、浓缩、收集活化的T细胞，经过针对性改造，再次注射到血液中可以靶向性地杀死癌细胞。生物产品设计:以产品开发为基础，借助生物系统可以实现许多功能，创造新产品，例如，一种适合更广阔的市场新的乙肝疫苗、一种可降解塑料、可以处理废水的生物膜等。正如孙教授所说，生物处理是非常“特别”。生物体的生长和生产需要特定的条件，但培养基(营养物)同时也可以支持其他类型的细胞(因此很容易造成污染)。生物制品对外界条件(T, pH)敏感；产品通常在生物反应器的介质中非常稀释，还需要在培养基中去除副产品。但他们也有自己的优势，如细胞可以进行困难的反应；细胞可以将基本的营养转化为有价值的产品；令人惊奇的细胞产品的多样性；细胞可以被修改以增加产品的多样性。借助主细胞库(MCB)、工作细胞库(WCB)、种子生物反应器、生产生物反应器准备细胞，复苏后可用来净化处理废水，制备介质原材料如保证培养基配方的灭菌要求，同时可以由计算机控制产品。在了解了化工与生工最明显的区别，即化工工程主要原料转化为产品，那么生物工程除了要学会化学工程的基础操作，还需要对特定生物熟悉了解。孙教授详细地向我们讲解了二氧化碳基手性精细化学品的创制过程，包括提出想法--做出产品--活性检测、毒性检测，一期二期三期审查--投放市场一系列的操作。孙教授同样为我们讲了生物技术或生物制造这一看起来仍比较神秘的行业的就业形势，包括实验室安全研发方面的科学主任、副主任，首席科学家，资深科学家以及高级研究助理；工程师、分析师，程序员，分子建模师，实验室设置/设备方面的经理、主管，动物科学方面的兽医、实验室助理，负责整个操作过程和产品发展，制造生产方面的业务经理，过程开发主管、过程开发助理、过程开发技术员，制造业生产方面的生产主管，生产助理，生产技术人员，运营商生产设备方面的质量分析师，质量保障技术员、校正技术员，化学方面的QC分析员，QC技术员，微生物学方面的QC分析师，QC技术员，质量保障经理，质量保障文件员，协调员；临床研究方面的医疗主任，金融与管理方面的监管事务经理；业务发展方面的人力资源总监，代表安全经理，采购经理，接待员，行政助理；系统分析师以及律师、专利、知识产权代理托运人。总的来说，除去与专业性有着高挂钩的科研从事者，在一个以组织工程学为支撑项目的企业或项目中，所涉及到的从管理到调查各个环节也都是有着很大需求的。而且由于组织工程学目前还是“蓝海”，具有很大发展潜力，在整体就业待遇方面还是非常优良的。当然，高待遇的背后是高难度的操作。由于设备规模的局限性，对于更复杂更昂贵更大的系统，通常会先使用数字模型SDM来进行实验研究。但是这也并没有真正解决困难，即从实验室这种小环境易控制保障的条件下，扩大到实际工业生产的规模上，依然要面对控制好条件，保持精准的误差范围这些问题。但相信在科研工作者锲而不舍的努力下，这些问题还是能够得到良好的解决。听完孙教授的讲授，虽然并没有能够真正透彻地完全理解组织工程学的发展应用，但在二氧化碳共聚物这个具体课题的帮助下，关于组织应用工程学的原理机制、与生物工程学的有机结合、改变化学键相对位置来改变手性最终影响整个分子的化学作用等方面，我不仅得以完成了从无到有的大跨越，同时也将理解推进了更深的层次。CO2化学利用——结晶性聚碳酸酯的创制本次导论课任伟民教授，大连理工大学精细化工国家重点实验室教授。长期从事可降解性聚合物材料设计及其应用技术的研究。发展了一系列结构明确、耐热稳定的高活性金属催化剂，用于制备降解性的聚碳酸酯、聚硫代碳酸酯和聚硫酯。相关成果在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Macromolecules等期刊发表学术论文40余篇，部分成果已实现工业生产。任教授此次所主要展现的成果主要来自于在《小分子活化与仿生催化》教育部创新团队：吕小兵课题组这个团队的研究。以二氧化碳化学、二氧化碳催化转化、二氧化碳基手性精细化学品、立体选择性可控配备聚合、生物降解性功能高分子为主要研究方向，其中学术带头人兼任精细化工国家重点实验室副主任、长江学者特聘教授、国家杰出青年科学基金获得者等。团队面向科学前沿、国家重大需求、面向国民经济主聚焦自主创新，在精细化工新材料及清洁制技木方向开展小分子活化与催化，以及立体选择性可控聚合研究工作。1、二氧化碳活化与催化转化CO2的化学利用最常见的是绿色植物借助光合作用在常温常压下将二氧化碳+水转化为碳水化合物+氧气。但是，国家存在重大需求：二氧化碳排放量大于90亿吨、我国二氧化碳排放量世界第一；替代、转化、控制二氧化碳《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》、二氧化碳化学利用<2亿吨/年，低于人类活动年的0，5％二氧化碳资源化利用，为什么选择高效合成化学品方向？正是第一电离能（13．8ev)难以给出电子；C02具有较低能级的空轨道和较高的电子亲和能（38eV)，故容易接受电子。2、二氧化碳化学利用的简介环状碳酸脂、聚碳酸酯、碳酸盐、水杨酸经化学利用转化为二甲醚、甲醇、合成气、尿素，成产此类氧丢失产品是高能耗过程。手性精细化学品的合成包括了Enantiopure循环碳酸盐；功能羧酸及其衍生物；二氧化碳基聚碳酸酯；手性二醇和氨基甲酸盐。3、结晶性聚碳酸酯的创制同样，我们首先要知道背景，才能对任教授所做研究的意义、研究的方向得到更深层次的体会：1、市场重大需求，全球丙肝病毒感染1.8亿人；我国丙肝患者780万(2016)，新发丙型肝炎病例逐年上升，丙肝的传播成为严重的社会和公共卫生问题；艾伯维(AbbVie)原研、2017年FDA批准上市、丙肝的临床一线用药、R324市场值13亿元2、现有合成方法：步骤长、能耗高、成本高、原子经济性差、环保压力大、安全隐患，如双酚A单体残余导致“环境激素”（又可以称为内分泌干扰物质、环境荷尔蒙或环境雌激素等，是指由于人类的生产、生活而释放到环境中的，影响人体和动物体内正常激素水平的外源性化学物质。“环境激素”的摄取，会引起女性的性早熟、月经失调、子宫内膜增生，男子精液中精子数量减少，男性不育症增加。）；从降解性聚碳酸酯转化为聚碳酸酯解聚环状产物这一过程的产物选择性差……那么在对其结构有了从区域选择性（头-头连接、头-尾连接、尾-尾连接）到立体选择性（等规结构、间规结构、无规结构）的认识前提下，就引出了科学问题1 :如何才能高活性、高选择性地合成聚碳酸酯呢？再深入地想，有了CO2与环氧烷烃的不对称环加成反应、脂肪族环氧化物的动力学拆分（E.N.Jacobsen等人1997年在《科学》上发表）这些前辈们的研究，在此基础上又会推出科学问题2 :又应该如何高区域、高立体选择性合成等规结构聚合物呢？研究的开始总要参考前辈们的成果，如在2004年发表在安德鲁化学上，关于CO2与环氧烷烃的聚合反应在25摄氏度的条件下所得到的结果；以及化学工程新闻强调(2004, 82(28), P.21)所刊登的聚合物结构与性能的构效关系、立体规整度与热力学性能的关系在Atactic PLA：Tg, 0~60摄氏度、Isotactic PLA：Т, 120~180摄氏度、Isotactic Stereoblock PLA：T, 200摄氏度、PLA Stereocomplex：Т, 220~230摄氏度四种条件下的不同变化……最终任教授决定从手性嗜核蛋白的方向，加入这条对合成等规结构聚合物的探索之路，他期望手性电活性体能选择性地与外消旋环氧化物形成络合物并激活其对映体 ，这么做既有优点： （1） 温和条件下的高活性 ；（2） 高回收 ；也有缺点： （1） 只能生产适度的量 （2） 伴随生产有其他聚合物。经过团队的通力合作与他人的帮助，孙教授所带领的团队逐渐取得了系列结果，也意味着再沿着这条探索之路摸索许久后，目标逐渐明朗起来，推进的速度也越发加快。催化剂设计思想：活性位点协同催化；多手性协同诱导；空间和电子调控；双组分→双功能→双金属。发展三代高效催化体系，创制系列立体化学选择性大于9％的结晶性二氧化碳共聚物，引领了此领域的发展。将二氧化碳和环氧烷烃在催化剂作用下先形成手性碳酸酯、聚碳酸酯多元醇进一步处理后得到手性细化学品。4、主链含硫聚合物的合成硫元素有着原子半径大，易极化；配位能力强；高碱金属比容；多样化的化学转化方式的特点，由此可以生产出阿莫西林胶囊等产品。而含硫聚合物在折光指数、耐化学性、电化学性能、金属离子配位、红外区透光性各方面因其独特的优势逐渐得到了研究者们越来越多的关注。最后任教授也表达了关于二氧化碳共聚物这个行业以及自己所作的研究的一些展望：催化剂活性达到聚烯烃催化剂活性的1/10；二氧化碳共聚物性能的进一步提高；高效获得结晶性二氧化碳共聚物；催化剂中金属离子的替代策略；二氧化碳共聚物的合成成本与聚烯烃相当或略高……智能化学产品工程本次导论课请到了大连理工大学教授、中国科学院院士。精细化工国家重点实验室主任、国务院学科评议组成员的彭孝军教授，他主要从事精细化工研究，包括高性能染料、荧光探针、有机光学材料等，在数码彩色打印、血液细胞分析系统等领域获得产业化应用，分别获得2006年国家技术发明二等奖和2013年国家自然科学二等奖。我国智能化学品发展起步于一个并不太好的背景中：2019年日本断供韩国半导体原材料-日韩关系危机；7月1日,日本经济产业部宣布,限制向韩国出口“氟聚酰亚胺”“光刻胶”和“高纯度氟化氢"这3种半导体材料。因此化学材料与新兴产业作为中国制造2025计划的重要组成肩负起了这个使命。即要实现新一代信息技术产业、档数控机床和机器人、航空航天装备、海洋工程装备及高技术船舶、先进轨道交通装备、节能与新能源汽车、电力装备、农机装备、新材料、生物医药及高性能医疗器械这十大重点领域的突破发展。而化学材料在新兴产业领域的物质载体性能实现突破，智能化学品变革性地提升性能。纵观国际化学产品工程的发展，分子功能的智能化成为总趋势。分子智能化的关键是结构和性能之间的关系，也是解决“卡脖子”智能材料的关键。面向产业瓶颈，化学化工更应该注重智能化产品设计，实现性能上的变革性突破。在柔性光学显示材料领域，急需开展柔性显示化学材料的原始创新，包括OLED发光材料、偏光材料等；在平板显示材料领域，急需攻克彩色光刻胶、彩色滤光材料、折光材料；半导体领域，急需攻克高分辨的光刻胶，特别是深紫外激发的光刻胶。在生物医学传感领域，急需各类分子探针、精准成像、靶向药物等智能化分子体系及其器件系统。在化工产品产业价值链中，基本原料（价值为1）→大宗化学品（价值为1.5-5）→精细化学品（争夺的重要制高点，价值为5~100+），要推进国民经济社会发展及国防建设，势必要增强加工深度、应用功能化，精细化学品→智能化学品(精细化工2.0)也正是全球化学工业发展的大趋势。精细化工占化工产品百分比(%)作为化工发展水平的重要标志，智能化学品工程则是精细化工发展弯道超车的机遇。智能化学产品的涵义--精细化工2.0产品智能化:功能智能-识别与自动执行；智能设计-多功能、多尺度过程智能化:过程自动-连续多步自动化；工艺智能-自主学习(结构、过程)关键问题在于：化学方法、化工过程→工艺创新理论规律、应用需求→结构创新结构设计→清洁制造→（应用功能高附加值）功能产品→功能导向→结构设计面向需求、 理工融合、源头创新智能材料是第四代材料:自动感知(识别)、执行、恢复天然材料、冶炼材料、合成材料；感知、判断、执行变革性的性能， 人类社会革命性发展的物质基础精准医疗呼唤智能靶向分子诊断、早期发现；靶向给药、精准治疗识别探针、 靶向药物等智能材料是精准医疗的前提1.智能化学产品工程的涵义产品功能智能化：靶向药物、药物控释、荧光识别电子信息产业急需智能化学品：显示LCD--OLED--柔性显示；存贮与摩尔定律：微米→納米→分子……智能化学品也是电子信息领域弯道超车的新机遇。新能源同样期待智能化学品大幅提高效率：太阳能(水→氢+氧)(人工树叶)、电能(电池)(200→400 Wh/kg?)、化石能源利用：富集、分离、回收2.染料智能化面对电子信息:数码打印用染料（难点:染料的耐候性能）；生物医学: 荧光识别染料（难点:荧光染料的识别与靶向性）这些新时期染料工业的机遇和挑战，急需开展染料分子功能调控创新，关键科学问题在于对染料激发态释能过程调控（猝灭体系→活化体系→高效制造），而激发态寿命受分子失活途径影响。分子内激发态电子转移体系电子转移(PET) 淬灭激发态，是一个皮秒级的过程，电子给体和电子受体按照能量匹配做出选择。经过对耐候性染料工艺优化、实现规模化墨盒生产，最终带来耐光性染料在桌面喷墨打印中的大规模应用，并在2008年开始用于纳思达公司桌面喷墨打印墨盒，2018年产墨盒6500万套，>80%出口，约占全球通用墨盒25%。染料的应用领域从纺织到信息打印，印刷、生命医学、国防、能源、染料工业是关系国计民生的重要产业。在2020年，柔性显示及相关产业可近干亿美元。而柔性偏光片材料由保护层(58um)、柔性染料偏光片、TAC膜(80um)、PVA膜(30um)、TAC膜(80um)、PSA(25um)、Release膜(38um)组成，需要达到厚度60到70微米、2毫米曲率10万次、高温959C X 500hrs、温湿659CX93% X 500hrs、光学变化少于3%的苛刻条件，才能真正满足要求。细胞成像功能荧光响应染料:(标志性小分子、蛋白、微环境、干细胞)；组织识别荧光染料(癌、栓塞) :(特征酶、通路蛋白质、抑制剂)；光/声动治疗：(低氧环境光/声敏剂力争临床应用)这些智能响应医学诊疗染料为医学提供新的诊疗手段。在这次上课之前我以为智能化学品，是与人工智能结合，通过机器生产化学产品，缩短生产时间以及提高效率来降低生产成本这一行业。这次导论课纠正了我的错误看法，实际上打印染料、医药所需要的化工品这些为了实现智能化所需要的原料而非产品，才是智能化学品。我认为彭院士带有一定远瞻战略性从国家实际需求出发，实事求是地生产来解决紧迫需求而非简单地追求经济效益的思路是非常值得学习的，在将来的选择方向上也会起到很大帮助。化石能源的基本特点及化工利用本次导论课请到了胡浩权教授，兼任中国工程热化学专业委员会副理事长等。同时作为博士生导师，煤化工研究设计所所长培养毕业博士生30余人，硕士生70余人，其中1人获得全国优秀博士学位论文。主要从事煤及油页岩转化基础与应用、超临界流体萃取和多孔材料制备与应用等方面的研究工作。能源是可以直接或经转换提供人类所需的光、热、动力等任- -形式能量的载能体资源。能源是支撑人类文明进步的物质基础，是现代社会发展不可或缺的基本条件。提起能源与化工能源，首先便能想到煤、石油、天然气、生物质、核能、电能、地热、水能、锂电、太阳能、风能、超级电容器混合动力电源等，具体按产生方式可分为：一次能源：不可再生能源：煤、油页岩、石油、天然气、核能等；可再生能源：太阳能、水能、风能、潮汐能、地热、生物质能等二次能源：电能、热能、汽油、柴油、煤气、焦炭、蒸汽、氢能等能源是整个人类的事业的生命线，当前世界主要依赖煤、石油和天然气等化石能源而生存。化石能源是几百万年前陆地及海洋植物所吸收太阳能的累积。人类社会发展经历的三个能源时期:薪柴时代(钻木取火)、煤炭时代、石油时代，二十世纪后期出现多能源结构。在2019年中国能源消费总量48.6亿吨，人口~14亿。年人均3.47吨标准煤，9.51kg/天=66.57 (1000kcal)根据对历史上不同时期世界主导性能源的热值和碳排放等特征分析发现:世界主导性能源更替具有从低能量密度向高能量密度、从高碳向低碳或无碳、从单一化向多元化演变的三大趋势。预计在2038年前后石油工业可能被天然气替代，类比推测，在2090年前后,无碳和高能量密度的核能可能替代天然气成为世界主导性能源。而目前的国内外能源利用状况却依旧不容乐观。全球消耗能源比例据BP统计: 2018年:石油33. 6%，煤炭27%，天然气24%，水电7%，核电4%，可再生能源~ 4%。因此，优化能源结构是非常紧迫的一项任务。能源转换过程中通常离不开化学化工科学与技术的支持；化石能源等一次 能源及产品不仅是能源，也是化学工业重要原料.；现代社会发展离不开能源与化学化工的结合。能源化工主要指利用石油、天然气和煤炭等一次能源，通过化学化工过程对其加以利用、或制备成二次能源和化工产品的过程。中国的能源基本状况:是典型的“富煤贫油少气”能源结构：明煤炭95.6%、石油3.2%、天然气1.2%。煤炭探明储量1388.2亿吨，占世界13. 4%，可消费39年(BP 2017年底统计数据)。中国能源利用面临的问题：油气资源短缺、能源资源分布不平衡、能源利用效率低、环境污染严重。中国的天然气消费很大程度上也依赖进口2007- 2016年中国天然气供需情况(十亿立方米)。可开采天然气55万亿立方米,占世界2.8%，可消费36.7年。2017年天然气产量1480.3亿立方米，进口946亿立方米，消费量2386亿立方米，对外依存度达到39%左右。2018年生产1602. 7亿立方米，进口量约1254亿立方米，对外依存度升至45. 3%。2019年生产1761. 7亿立方米，对外依存度达43%。中国如此之大的能源消耗必然会带来极大的环境污染，尤其是在污染物排放控制力度较小的情况下。煤炭的直接燃烧已引起严重的环境污染，引发:70~80%以上的二氧化硫、氮氧化物汞、颗粒物等污染物的排放。2014年全国:化学需氧量排放总量2294.6万吨，同比下降2.47%;氨氮排放总量238.5万吨，同比下降2.90% ;二氧化硫排放总量1974.4万吨，同比下降3.4%;氮氧化物排放总量2078.0万吨， 同比下降6.70%。2015: SO2 1859万吨; NOx1852万吨；COD 2224万吨;氨氮230万吨。《中国的能源政策》白皮书(2012年10月24日发布)指出，中国能源必须走科技含量高、资源消耗低、环境污染少、经济效益好、安全有保障的发展道路，实现节约发展、清洁发展和安全发展。同时确立能源发展的总方向:清洁低碳、 安全高效以及八项能源发展方针:节约优先、立足国内、多元发展、保护环境、科技创新、深化改革、国际合作、改善民生。虽然我国对煤炭的利用有很长的历史，但目前还是停留在传统煤化工行业。中国是最先大规模使用煤的国家，公元300年(西晋)将煤用于冶金(铸造) 和家庭取暖。公元1000年(北宋)，煤已成为中国主要燃料和能源。Marco Polo把中国人使用煤的方法传到西方，他在中国呆了24年，在1295年(元朝)回到意大利Venice，“可以挖一种能燃烧的黑石头作燃料”。与传统煤化工：以产品型为主；规模小、消耗大；加工深度不够；产品附加值不高；环境污染严重等特点相比，现代煤化工：能源及产品型结合；具备大规模生产条件；技术先进；产品市场容量大；环境友好。现代煤化工实际上是先进煤气化技术与先进化工合成技术的结合。煤炭气化(Coal gasification)以煤或煤焦为原料，以氧气(空气、富氧或纯氧)、水蒸气或氢气等做气化剂(或称气化介质)，在高温条件下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为气体燃料的过程。是现代煤化工的龙头。气化煤气中的有效成分包括C0、H2及甲烷等。最后，胡教授还是向我们讲解了现代煤化工的一些处理方式，包括一氧化碳和氢气在催化剂作用下的主要合成路线:FTS→石油;合成甲醇→甲醇;羰基合成→高级醇；合成烯烃→烯烃；甲烷化→代用天然气(SNG)；合成乙二醇→乙二醇；其它合成法→醋酸、丙酮、乙醛、苯乙烯等，即通过条件(T, P, C)变化改变反应路线以及形成不同的产品。这次胡教授的讲座不仅让我对煤化工这个行业有了基本的认识，而且对于之后选择细分专业时关于能源化学工程方向有了更深的认识与把握。蹇锡高教授是中国工程院院士，亚太材料科学院院士、大连理工大学教授、高分子材料研究所所长，兼任《中国材料进展》副理事长、中国塑料加工工业协会科技咨询委员会副主任等职。长期从事有机高分子材料创新与产业化研究，先后完成国家重点攻关等项目30余项。先后获授权发明专利30余件，其中2项专利被评为世界华人重大科技成果，12项技术成果已产业化。本次导论课请蹇教授对高分子材料做了简要但透彻的讲解。高性能工程塑料是发展高技术和国防军工的重要材料。新型高性能工程塑料；传统高性能工程塑料；普通工程塑料；通用塑料耐热性依次降低。高性能工程塑料是在高温下仍保持高强、高韧、高绝缘、耐辐照等优异综合性能的高分子材料;是上世纪60年代国际军备竞赛促使下发展起来的;是发展航空航天、舰船、核能、电子电气等高技术和国防军工不可或缺的重要材料;长期受西方发达国家垄断、封锁。为什么选择高分子材料这个方向呢？首先就要了解与金属、陶瓷相比较，高分子材料所具有的优点:比重小、 比强度高;易于加工;化学稳定性好;优良的电绝缘性能;优良的耐磨、减磨和自润滑性能;优良的吸震性、抗冲击性、抗疲劳性及消声;→(能实现)→未来武器装备需求:高速度、高机动;高灵敏性;利用高分子材料能显著降低各种空间飞行器、舰船、车辆等结构重量(降低30-70%)，实现高速、轻量化、远航程。当然，高分子材料也并非没有弱点，使用温度范围窄。许多应用领域要求轻质、高强、耐高温、易加工使得高分子材料还未能在那里发挥作用。高性能工程塑料是主要结构为芳环和芳杂环的聚合物，已商业化的主要包括聚芳醚、聚芳酰胺、聚芳酰亚胺、聚芳酯这几类，其它品种如聚苯并咪唑、聚苯并嗯唑、聚苯基三嗪、聚吡咙等新型芳杂环聚合物均未规模化生产。传统高性能工程塑料存在的耐热性和溶解性呈反向变化关系，耐热温度越高，溶解性越差，甚至不溶解。致使其合成难，成本高，加工方式单一(只能热成型加工)，应用领域受限这样的问题。科学界和工业界都十分关注开发耐高温可溶解的新品种:希望实现高性能、低成本、可控制备。蹇院士与团队通力合作，长期研究后终于实现了多项技术创新，如含二氮杂萘酮结构聚醚砜酮(PPESK) 系列使用温度能够达到250°C获得2003年国家科技奖；热交形温度心PPESK的热变形温度比PEEK的高100C，而且在250“C时PPESK拉伸强度 是PEEK拉伸强度的2.5倍多。先进技术对提高总体水平做出了卓越的贡献，低成本(相当于PEEK的50一70%) ;高性能(耐热等级高、综合性能优异) ;结构、性能易调控;加工方式多样化(热成型加工、溶液加工);应用领域大大扩展(结构件、功能膜、漆、涂料)。除此之外，蹇院士在取得了这么多成果后依然坚持理性总结来拓宽创新思路，又在大量实验基础上总结出“全芳环非共平面扭曲的分子链结构可赋予聚合物既耐高温又可溶解的优异综合性能”的结论。在此思想指导下，研制成功含二氮杂萘酮联苯结构二酐、二胺、二酸等系列新单体，进而开发成功新型聚芳酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚芳酯等系列高性能树脂。这种精益求精对技术不断优化的精神十分值得我们所有学生学习。最后，蹇老还提到了他目前正在负责的一些新型高性能树脂深加工应用技术开发：为提高PPEK电纺膜的力学性能，采用PPEK溶液中添加少量PVDF进行共混纺丝，而后通过热处理使结晶性PVDF熔融再结晶形成物理交联。聚芳醚骨植入材料的改性方法：提高高分子材料骨结合性方法：三维表面构筑:在表面构筑三维纳米孔状结构，促进人体软硬组织与植入物的结合；表面仿生矿化:制备与骨中无机物成分相似的类骨磷灰石涂层；化学键接骨形态发生蛋白:诱导新骨生成，促进骨折愈合及脊柱融合等；聚芳醚砜酮(PPBESK) 原料→注塑成型/热压成型→测试样品，最终实现多方面的提升，拉伸性能:拉伸强度 (断裂) 81MPa (标准值:70)
拉伸断裂伸长率16.8 (标准值: 5)；弯曲性能:弯曲模量3. 3GPa (标准值: 3)刻蚀冲击强度4. 5kJ/m；弯曲强度152MPa (标准值: 110) (标准值: 4)。而聚芳醚砜酮的刺激与迟发型超敏反应试验：未引起豚鼠迟发型超敏反应；家兔无红斑和水肿。目前正在进行遗传毒性， 致癌性，生殖毒性试验(1S0 109933写血液相互作用试验选择(ISO10993-4)植入后局部反应试验(ISO 10993-6)。耐高温RO膜及其海水综合利用集成技术方案具有集成技术的水回收率高于90%，NaCI浓度约150 ppm；综合利用热量，提高过程经济性的优点。三级处理后的浓海水的盐浓度达到19~21%，有利于提取钾、溴、镁以及海水制盐，实现海水综合利用。蹇老说，自己很幸运，其中包括两层含义：一是大连理工大学培养了他，使他能有所成就。二是有幸能够得到恩师的悉心指导，没有迷失方向。“不要以为学习和工作是苦差事，一个人如果有自己想干的事业，就是幸福的，如果能够有所成就，就是最大的幸福。”他还打了个通俗的比喻：足球运动员在场上奔跑挥汗如雨，与场下坐冷板凳的替补队员相比，他们非常辛苦，但他们有成就感，因为体现了自身价值。而坐冷板凳的队员是不会有这种幸福感的。是啊，蹇老的一席话正揭示了那份不断激励科研工作者们深深埋入数据中探索真理的动力，那份对未知探索的渴望。氟化工-飞向未来的翅膀
今天我们有幸参加了以氟化工-飞向未来的翅膀为题，由刘广生，现任金凯（辽宁）化工有限公司董事的刘总主讲的导论课。刘总自大学毕业后一直从事精细化学品工作，担任了20多年的高层管理职位，在精细化工行业积累了数十年的工作经验。刘总首先用具体直观的数据带我们了解了化工行业包括分支、走向、发展现状以及在其他行业中的作用等，然后逐渐深入，顺着化工的分支逐渐将我们引入氟化工的神秘之处。刘总从氟化工的起源讲起，即戴维、法国科学家盖吕萨克和泰纳、戴维的徒弟法拉第、苏格兰化学家诺克斯兄弟俩等一代代科学家们为了研究氟气性质不惜冒着中毒风险的故事，这也昭示了一代代化工热爱知识的本质，值得学习。接着刘先生用真实朴实的资料向我们介绍了氟化工的前世今生-氟资源的保护和利用。如资源性质：萤石资源历来是各个国家的战略资源:因为与能源，国防工业、尖端材料；地质分布：世界的萤石分布主要在南部非洲、中国、俄罗斯、蒙古；储量：世界已探明萤石储量6亿吨，我国占54%(3，24亿);伴生萤石磷矿600亿吨 (含CaF2约3%)，我国占87% (522亿吨) ;我国萤石总资源量17.28亿吨；资源保护：萤石氟资源是不可再生资源，我国曾一度是氟资源出口大国，从1999年开始实施限制出口，保护战略资源政策。产能：我国的萤石产量已达到400-500万吨， 氟化氢的产能超过百万吨，达到世界第一。发展空间：我国在氟化氢、氟碳化合物、氟聚合物、含氟中间体这些产业链上游产品的产能都在世界第一的位置，但是产业链下游的高端产品仍然处于劣势，与发达国家存在较大的差距，欧美日一直占据有利位置，具有极大的发展和赶超空间! 根据国家统计局数据显示，截至2018年末:石油和化工行业规模以上企业27813家， 主营业务收入12.4万亿元，出口交货值7,018.7亿元，占全国规模工业主营收入的12.1%。资产总计12.81万亿元占全国规模工业总资产的11.3% ,化学工业(不含石油化工)规模以上企业24821家，主营收入7.27万亿元，出口交货值5,374.8亿元;资产总计7.98万亿元。2018年 我国GDP为90.03万亿，石油化工产生的GDP占15.8%;化学工业(不含石油化工)产生的GDP占8.1%。发展中国家尤其是中国的氟化工产业，经过近几十年的发展，部分氟化工产品已经突破技术垄断，并且形成部分优势和成本竞争优势。由于发达国家已失去在部分土化工产品上的成本竞争力，且受萤石资源的限制，发达国家将加快氟化工产业向中国转移的速度，在发达国家将继续保持着高端服务产品、ODS代替品、高端服务精细化学品，特别是功能制剂等终端领域的垄断或优势地位，并以中高端市场需求为牵引，以周期解决方案为目标研发新产品差异化生产，并提供强有力的技术服务和支持孵化器能将更趋激烈国际孵化工市场主要呈现以下特点，一是初级产品向资源服务国家转移，受影视资源等因素的影响，国际跨国公司围绕资源配置进行了大规模的业务与资产重组纷纷将制造业的基地向萤石资源丰富的国家转移，为看好我国高品位丰富的影视资源和巨大的潜在市场世界级的氟化工大公司，都以合资或独资形式进入中国半场未来，初级产品的重大将主要集中在优势资源丰富的国家和地区，二次高端生产技术和产品主要集中于发达国家，美国科慕公司，日本大金等氟化工巨头基本上占据高端市场，在氟树脂品种和质量方面要领先，如超细粉末聚四氟乙烯，可融聚四氟乙烯以及常温固化型氟树脂涂料等。为什么现在还要对氟化工又继续深入研究呢？刘总不厌其烦地讲解了氟化工产品的优点（低驱动电压、高画高响应速度(不拖尾) 、适应较低温及环境等）和应用-作为支撑家电的特殊氟产品。作为主流显示器的液晶显示器，从阴极显像管到黑白液晶、伪彩液晶，再到真彩液晶、再到全视角液晶显示器的转变，含氟液晶材料起到了无以替代的决定性作用!没有含氟液晶材料，就没有现在的显示器!另外，在电器的塑料壳体材料中掺加少量PTFE材料后，大大增强壳体的阻燃性!可避免大灾!手机触摸屏的面层经含氟材料处理后，手感度非常舒适。表面抗划伤能力大大提高!现代汽车越来越省油，除了发动机效率的提升和传动系统的改进，越来越轻量化也是一个重要因素。轻量化在材料方面，工程塑料、树脂材料、碳纤维材料的使用是一个方向，但只能用在车体外壳等维护结构上。所以在发动机壳、变速箱壳等大部件上使用轻体材料是主攻方向。镁铝合金，在可使用金属中最轻(比重1.8-1.9) 。但是镁铝合金的制造却有个难题，铸造时，在高温熔炼过程中，由于镁与空气中的氧会剧烈反应而燃烧，为了防燃，办法是向金属高温液体表面吹覆盖气体，以形成固体被膜来完成铸造。含氟材料同样在汽车上发挥很大作用。汽车轻量化的研究攻关中氟的贡献--车体重量每减轻100kg,每L油多跑约1km! 现在的中型轿车减重潜力1000kg左右。正如刘总在课中所透露出来的信息，目前氟化工行业处于低端产能不断被替代的一个过程，转型的氟精细化工产品技术壁垒非常高。由于物理特性，无论是低端还是高端替代品都不多，近几年低端产品将处于去产能的过程，而精细化工产品则维持消费量不断增加的趋势。总体来看，氟化工仍旧同处于一个“类饱和”市场，需要技术转型，用更高水平的制造、应用来创造更大的价值。本次导论课请到了校友刘元帅博士，2000年毕业于大连理工大学化工学院，随后分别于清华大学化工系及香港理工大学应用化学和生物技术系获得硕士和博士学位，现就职于香港科技大学化工及生物工程系。刘博士在香港理工大学和香港科技大学都多次获得学院及大学的杰出教学奖，2020年获得香港科技大学“通识教育课程”唯一的大奖。首先刘博士阐述了“能源危机是真的吗？”这个问题。能源消耗将继续增加，到2050年将增加一倍以上。碳氢化合物是主要的能源，目前占87%。已知的化石燃料储量可能会持续大约1~2代。越来越关注以所需的速度生产石油的能力。替代能源目前对世界供应的贡献不到2%，但仍在增长。大规模增加基础设施，以维持可再生能源的增长。对化石燃料的需求持续到本世纪中叶，尽管大家都持乐观假设。密集的节约和提高效率可以提供更多的时间来开发长期解决方案。与能源供应、环境保护和气候方面的关注相比较，能源生产过程中的变化更具挑战性。“能源危机”概念从20世纪70年代开始兴起。工农业及日常生活的主要能量来自于石油，它在日益增加的市场需求（中、美、印、日等国）、产能趋于顶峰（Peak Oil）、存量将尽、地缘政治及国际投机炒作等诸多因素下，价格反复走高，从每桶20美元最高飙到147美元。前几年一直在60美元左右徘徊，最近半年，受疫情及中美贸易战等影响，价格竟然一度跌到负数。根据DOE在2012年8月的EERE报告，USDOE在8/12宣布世界上最大的CSP工厂位于加利福尼亚州莫哈韦沙漠用173,000台日光仪集中太阳能塔50%完工，其参数达到400 MW铭牌容量~123 MW产量，工厂系数为31%至8/12-50%的建筑竣工(22个月后)，预测要求从2012年至2050年增加22.8 TW的可再生能源生产：22.8x10121 123x106=185,000大型太阳能发电厂或同等设备。38年所需安装时间为365 x 38x 241 185,000=每厂1.8小时。至于为了解决环境以及气候问题，可再生资源究竟能否在不久的将来部分甚至完全取代化石资源？可再生能源在一次能源中的比例总体上偏低，一方面是与不同国家的重视程度与政策有关，另一方面与可再生能源技术的成本偏高有关，尤其是技术含量较高的太阳能、生物质能、风能等。据IEA的预测研究，在未来30年可再生能源发电的成本将大幅度下降，从而增加它的竞争力。可再生能源利用的成本与多种因素有关，因而成本预测的结果具有一定的不确定性。但这些预测结果表明了可再生能源利用技术成本将呈不断下降的趋势。英国和德国已经充分意识到这个问题，制定出了合理的能源政策。2019年英国第一次可再生能源发电量率先超过50%，同时计划所有燃煤发电站将于2025年关闭。到2020年气候变化目标是生产30%的可再生能源(风能、生物量)发电；到2025年将温室气体排放量比1990年的水平减少50%，到2050年达到零排放。德国将在2022年前淘汰核电，2038年淘汰煤炭；到2050年将温室气体减少80%至95%；可再生电力(风能、太阳能和生物量)2019年达到46.3%，到2030年将占65%。我国政府高度重视可再生能源的研究与开发。国家经贸委制定了新能源和可再生能源产业发展的“十五”规划，并制定颁布了《中华人民共和国可再生能源法》，重点发展太阳能光热利用、风力发电、生物质能高效利用和地热能的利用。在国家的大力扶持下，中国在风力发电、海洋能潮汐发电以及太阳能利用等领域已经取得了很大的进展。地热能的开发和空调的使用在经过了几十年的探索后，国内外许多专家都表示这热能种能源方式不能大力发展，它不但会抢夺人类赖以生存的土地资源，更将会导致社会不健康发展如大规模开发必将导致区域地面表层土壤环境遭到破坏，必将引起再一次生态环境变化；而风能和太阳能对于地球来讲是取之不尽、用之不竭的健康能源，他们必将成为今后替代能源主流。在对生物质能真正的可行性进行简单探讨前，我们首先要了解几个基本名词的概念。生物工程：制药业、再生医学、医疗器械、食品和药品安全；能量：可再生能源、下一代化石燃料、电池和燃料电池、节能系统；环境：绿色材料和工艺、废物管理、环境影响评价、污染修复；化学过程：把原料转化为需要的产品通过改变化学和/或物理材料性能。中国生物质能发展面临的困难和挑战远远超出人们的预期。在我国，发展生物质能源，原料回收是一个颇具有挑战性的课题。一开始，企业对原材料收集的问题重视不足，一些中间商都是唯利是图，而且缺乏诚信，很难得到足够数量的原材料，更不用说高质量的原材料了。这种混乱不仅损害了工厂的利益，也损害了农民提供生物质原料的积极性。最后导致一些生物质颗粒工厂没有原料可加工，同时，农民又开始焚烧秸秆。市场无序是目前我国生物质能源发展面临的主要挑战，生物质能源产业涉及千百万农民的利益，必须引起各方面重视，促进行业向健康有序的方向发展。总的来说，化石燃料的能源供应给环境造成了严重的问题，在未来的几十年里，可再生能源必须在能源供应方面占据领先地位。生物能源将在减少化石燃料、CO的排放和化学品的生产方面需求发挥关键作用。我们在最后的倒计时来临之前仍有很多机会：营造出紧迫感；充分发展技术；合理控制好原材料价格；加强教育、管制和立法，需要促进能源的有效利用，相信我们能够用意识与技术把握好我们的命运。本次导论课请到了梁长海教授，以“废弃有机资源循环利用中的催化基础与技术”为题向我们做了讲解。梁教授作为博士生导师，盘锦校区科研与学科工作部部长、大连理工大学成都研究院院长，以先进材料基础与工程：催化新材料、材料新合成方法、功能材料为研究方向，至今发表研究论文280余篇，拥有多项专利。大工拥有先进材料与催化工程实验室，对于废弃有机资源利用数据的反应催化体制材料设计和可控制备，废弃有机资源催化体制这些方面有着极大的技术优势。除此之外，非常规资源的高效清洁利用、精细专用化学品合成催化材料和化工过程研究和开发，近5年获得的经费约3000万元，极大地助力了大工先进材料和催化工程实验室的发展建设。当然，实验室在获得了许多科研奖项以及基金后，不忘帮助许多基础研究比如在杂志上发表机关或者参与编写教材。而工业化实力脱硝脱汞一体化技术、氢化石油树脂在这套工业装置在2015年3月已经投产，第2套C9氢化石油树脂工业装置在2019年7月已经投产，企业产品得到汉高等公司的认可。合成润滑油为提高油品的稳定性得到4类润滑油基础油。废弃有机资源利用作为国家中长期科学和技术发展规划纲要指出或面临严峻的挑战之一，经济增长过度依赖能源资源消耗，环境污染严重，发展思路推进，能源结构多元化，增加能源供应引导和支撑循环经济发展，2018年中国原油进口量为4.62亿吨，国内石油产量为1.89亿吨，进口依存度在70%左右。我中国飞机有机资源现状煤焦油产量1700万吨，每年植物油产量5000万吨；每年生物质资源 117,000万吨；每年废塑料橡胶2200万吨；每年废矿物油3000万吨，每年相当于或大于目前国内进口的原油产量。废塑料轮胎中的有机成分包括有含硫化合物、含氯化合物、含氮化合物、芳烃和烯烃含氧化合物、胶质沥青质，全球塑料垃圾71吨，2050年可以达到131吨。废弃有机资源利用往往要先经过物理过程粉碎混合输送加热，在经过化学反应过程，在最后再经过蒸馏、吸收、结晶、过滤这样的物理过程，催化反应机理的深刻理解是催化材料设计的基础，新型高效催化材料的创制是非常规由催化体质的关键，催化提质工艺是实现非常规油高效转化不可逾越的步骤。关于它的特点，要与催化燃烧的方法对比才能更好地凸显出来。催化燃烧是典型的气固相催化反应，其原理是活性氧参与深度氧化作用。在催化燃烧过程中，催化剂的作用是降低反应的活化能，同时使反应物分子富集在催化剂表面上以提高反应速率。借助于催化剂，有机废气可以在较低的起燃温度下无焰燃烧并且在释放大量热量，同时氧化分解成CO2和H2O。作催化燃烧用的催化剂可分为:①贵金属类:铂、钯、钌等。贵金属催化剂有很高的氧化活性和易回收等优点，虽然存在着资源稀少、价格昂贵和耐中毒性差等缺点，但仍然是世界各国采用的主要催化剂。②非贵金属类：主要是过渡族元素的氧化物以及稀土元素的氧化物。单组分的氧化物，如氧化铜(CuO)和氧化镍(NIO)等。单组分氧化物耐热性差，活性低，致使应用受到限制。以后改用两种以上的金属氧化物的混合物，如二氧化锰－氧化铜 (3:2)的复合物，三氧化二铁－三氧化二铬复合物，氧化铜－三氧化二铬复合物，钴、锰的尖晶石型复合物，铜、锰、镍、锌的铬酸盐等。复合氧化物虽可改善某些催化性能，但氧化活性仍不及贵金属。此外，还有金属硫化物如钍、镍、钼、钴的硫化物。这类催化剂一般只适用于含硫的碳氢化合物的催化燃烧,使用温度限于300～400℃，高温时易分解。传统方法效果受废弃物元素占比因素大，如不同的碳氢化合物通过催化剂时反应的难易程度也不相同。难度大小一般按下列顺序排列:侧链＞直链;炔烃＞烯烃＞烷烃；Cn>…>C3>C2>C1；脂肪族＞脂环族＞芳香族。贝采里乌斯是化学符号的首创者，也是一位量子化学大师。他首先发现了同分异构现象，首先提出有机化学和催化概念。催化剂是一种改变化学反应速率而不改变反应的热力学平衡位置，且本身不会消耗的物质催化作用催化剂，对化学反应所产生的效应讲就是九华净活性炭分子的激发和活化是后者也很高的反应性能进行。而可循环聚合物单体的合成，副反应多、高选择性高活性、与产物反应的问题都可以用催化提质的工艺解决。贵金属加氢精制催化材料，创制了高效催化性能的金属硅化物，催化新材料；金属碳化物加氢提质催化材料；金属铝化物加氢提质催化材料；裂化和异构化催化新材料；废弃有机资源催化提质工艺。对催化剂加氢提质工艺不断钻研让梁教授获得了第十九届中国专利优秀奖。废塑料轮胎热解油催化提质，非塑料由最初的100%，催化提质蒸馏降至92%，而加氢提质同样是92%，汽油馏份43%，柴油馏份49%。煤焦油制化提质，废弃有机资源催化提质技术已经实现工业化，在河北荣达2015年投产的生产清洁燃料装置达到5万吨每年。同样还有生物油脂催化转化法生物柴油转化为可再生绿色柴油……总的来说，废弃有机资源催化高效清洁利用是解决面临的资源和环境问题的重要途径。对催化反应机理的深刻理解，是催化材料设计的技术核心，而新型高效催化材料的创制是废弃有机资源催化提质的关键，也实现废弃有机资源热解油高效转化不可逾越的步骤。本次导论课有幸请到了张凤祥教授，向我们介绍了高性能锂硫电池材料与技术的发展概况。与之前几次导论课老师们一样，作为化工人，张教授同样敏锐地意识到了人类下100年面临的十大问题（包括能源，水，食物，环境，财产，恐怖主义和战争、饥饿、教育，衰退），这些问题有着许多解决方案：化石能源的清洁高效利用；发展清洁能源、可再生能源（风能、太阳能、生物质能、沼气能、海洋能、地热能）；储能将电能与其他形式的能量储存起来，以可控稳定的形式释放电能并转化为势能、动能以及化学能。但，与之前几次导论课老师们所不同的是，张教授选择从化学储能的角度入手，最终达到所谓的“削峰填谷，谷电峰用，平滑输出”。物理储能：抽水储能、压缩空气储能、飞轮储能、超导储能、超级电容器储能；电化学储能：电池储能。如果选择物理储能，即便是飞轮储能目前可以达到转速20万转每分钟，比能量150每千克比功率5~10千瓦每千克，寿命长达25年，效率超过80%的情况下，仍旧不能满足要求，因而只能选择电池储能，目前唯一可行的储能方式。二次电池包括铅酸电池，镍镉电池，镍氢电池，锂离子电池，钠离子电池，固定电池，液流电池等。锂离子电池循环寿命长，具有较宽的工作温度，范围可靠性高，但是比能量不够高，成本高，安全性低。锂硫电池理论能量密度能够达到2675千瓦每千克，实际上在300~600千瓦每千克。钴42,000美元一吨，硫30美元一吨。锂氧气电池能量密度在11,140千瓦每千克。综合价格、技术难度、应用效果多方面考量，锂硫电池是个不错的方向。锂硫电池的主要挑战包括：一，活性物质硫、硫化锂、多硫化锂不导电影响利用率和倍率；二，充放电过程整体体积变化大，硫再分配，电极结构损坏导致循环性差；三，锂金属活泼性高，易产生脂精，导致安全性低；四，放电产物多硫化锂的穿梭效应导致循环性差。应对挑战自然也有解决方案。多孔级碳硫复合物正极传导电子，微孔吸附硫和多硫化物mass porous的接口，促进锂离子传导，物理吸附物流效果差，可通过包裹、掺杂进行改善；阻硫中间层的策略，在聚烯烃隔膜表面沉积一层石墨烯，可有效阻隔多硫化物的穿梭。不过，尽管导电碳材料和硫复合后，在一定程度上改善了锂硫电池的性能，但是碳材料直接和硫复合，一方面依靠其物理吸附的固硫能力有限，另一方面它的疏水性使其难以和极性较强的正级放电产物硫化锂形成较好的界面，不利于硫化锂的沉积影响了硫锂复合正极材料性能的高效发挥。通过N，P，O，B等杂原子掺杂发展的化学改性碳，除了本身的物理吸附能力外，还具有一定的化学吸附能力，与高级性的多硫化物或硫化锂的结合力增强，缓解了多硫化物的溶解，迁移和穿梭，减少了活性材料的流逝，同时提供了利于硫化锂沉积的界面。四氧化三锰纳米片阵列对硫、多硫化物的吸附作用强，电子传导路径短，四氧化三锰粉末电极使电子传导受阻。固体电解质表面SEI包裹，在1.0~0.3伏电位下，电化学反应生成由碳酸锂、烷基酯锂、氢氧化锂等组成。SEI包裹影响电极的导电性造成电池放电平台有所下降，一定程度上并不安全。针对负极离子键问题的解决办法则是通过高锂离子导电聚合物人工SEI进行保护。用SEI包裹的碳管阵列电极替代。通过SEI调节电子传导路径，实现离在碳管内的限域生长。循环后包裹和未包裹两种条件下，电极内锂沉积有很大的差别。这一次，遇到的问题还是被解决了，并非“车到山前必有路”的缘分，而是技术能力素质积淀的体现。除此之外，提高硫的利用率，同样一直是锂硫电池研究的主题，也是实现锂硫电池高比能量的最直接的手段。目前通过提高材料电子导电性和抑制多流离子传送的技术途径，硫的利用率达到75%左右，但是仍然还有较大的容量提升空间，需要开辟新的技术途径，一些改变硫的电化学反应路径的物质及氧化还原中间体的引入技术值得关注。单质硫正极材料放电中间产物的溶解需要大量电解液。负极锂电解液的消耗的锂硫电池中电解液用量达到电池总重的50%远大于锂离子电池的15%，从而成为制约锂离子电池比能量提高的主要障碍。因此要获得高比能量的锂硫电池，必须让它减少电解液用量，其重要性不亚于流动级的构建以及对锂负极的保护工作。有4种途径可以实现电解液的减少，一是采用固态或凝胶电解质二是采用非溶解机制的含硫正极材料上，三是开发改变硫的电化学反应路径的新电解液体系，四是在现有体系中通过对锂表面的稳定化处理，减少锂负极对电解液的消耗。途径已经确立，具备锲而不舍的精神，真正解决这个问题只是在时间上的限度了。在听过多次导论课后，对于许多科学家们都在积极应对能源危机，或者从环保或者从开发新能源或者从增强利用效率的方面以自己的专业，以自己所擅长的寻找解决方案感慨颇深，“实业兴国”，我们都是在为这个社会这个国家这个世界做贡献，这一切都是非常值得的。而即便是一个方向，在做的科研工作者们也从来不是孤军奋战。借助国内外同行们的发表研究成果，对于迅速打开研究思路、抓住流程问题都有很大的帮助。 如何选择哪一个方向并不是最重要的，毕竟或多或少会掺杂一些个人情感，真正决定的还是究竟能沿着所选的方向走多远。本次以“膜分离-化学工程的新技术”为题的导论课请到了贺高红教授，兼任博士生导师，教育部“长江学者”特聘教授，享受国务院政府特殊津贴， “新世纪百千万人才工程”国家级人选。多年来主要从事膜分离过程、环保和过程工业节能改造等方面的研究，负责完成(在研)国家自然科学基金以及横向课题80余项。膜分离是在20世纪初出现，20世纪60年代后迅速崛起的一门分离新技术。膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易于控制等特征，因此，已广泛应用于食品、医药、生物、环保、化工、冶金、能源、石油、水处理、电子、仿生等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益，已成为当今分离科学中最重要的手段之一。以分离膜为核心，进行分离、浓缩和提纯物质的一门新兴技术。该技术是一种使用半透膜的分离方法，由于膜分离操作一般在常温下进行，被分离物质能保持原来的性质，能保持食品原有的色、香、味、营养和口感，能保持功效成分的活性。其选择性强，操作过程简单，适用范围广，能耗低，所以可广泛应用于食品的生产中。主要有以下2种方法：（1）钯膜扩散法。在一定温度下，氢分子在钯膜一侧离解成氢原子，溶于钯并扩散到另一侧，然后结合成分子。经一级分离可得到99.99％～99.9999％纯度的氢。由于钯属于贵金属，该方法只适于较小规模且对氢气纯度要求很高的场合使用。（2）有机中空纤维膜扩散法。中空纤维膜分离回收氢装置应用得最广，甲醇厂放空气、石油炼制过程中排放各种尾气，基本上都采用这种装置。采用有机中空纤维膜分离工艺，可以利用放空尾气的自身压力，以膜两侧的分压差为推动力。物质选择性透过膜，使物质浓缩或分离;包括气体分离膜、反渗透、纳滤、超滤、微滤、燃料电池质子交换膜、液膜和生物膜等.....也可分为多孔膜与非多孔膜。其筛分机理--具有分离高效、机理复杂的特点。在第二代生物燃料中，利格诺纤维素是一种自然的复合材料，需要面对挑战:减少核磁共振成份来增强可降解的耐腐蚀性耐药性。而化学工程是使材料在组成、能量或聚集状态发生变化的工程的那一部分。具有研究范畴宽;研究对象的尺度变化大;原子、分子、设备、过程未知等特点。超滤机理，随着过滤的进行，膜的通量会有所下降，其原因可能为孔堵塞吸附浓差极化或凝胶层的形成，此时如能增强被截留组份离开膜向溶液本体的反向扩散，必将在某种程度上得到提高。通常认为所需的反向控制是建立在以下两个基础之上，首先是扩散效应，由膜上被截留组份浓度的升高而引起，其次是液体动力学效应让他其因与膜上速度梯度而造成的减压力，这两种现象都起作用，但影响效程度有所不同，而且与粒子或分子的大小密切相关，当粒子尺寸大于0.1微米时，微滤过程主要受液体动力学向量支配，渗透通量将随粒子或分子尺寸的增加而增大。反渗透作用机理: 利用反渗透膜选择性的只能通过溶剂(通常是水)而截留离子物质性质，以膜两侧静压差为推动力，克服渗透压，使溶剂通过反渗透膜实现对液体混合物进行分离的过程反渗透将料液分成两部分:透过膜的是含溶质很少的溶剂，称为渗透液;未透过膜的液体，溶质浓度增高，称为浓缩液。操作压差一般为1 .5~10.5MPa,截留组分为小分子物质。电渗析与反渗透的区别在于，反渗透过程:水是在低压下透过膜，必要能耗是水分子透过膜在通道中摩擦引起的，表明与原水浓度无关;而电渗析过程，是离子透过膜，从淡水侧迁移到浓水侧，必要能耗是离子透过膜通道中摩擦引起的，与原水浓度成正比。大工“膜”法师的摇篮--大连理工大学作为我国膜分离“南水北气”中，“北气” 的领头羊， 最早开展气体分离膜研究，培养了大量的人才。同时多项技术获奖，如DIPLOME获得国家科技进步二等奖；DNTENAIONASDES NYENTIONS获得国家技术发明二等奖、中国专利金奖、中国专利优秀奖、日内瓦国际发明展特别金奖、中国气利优秀奖、中国石化联合会一等奖。膜科学目前的主要发展方向有集成膜过程杂化过程，水的电渗理解细胞培养的免疫隔离膜反应器，催化膜，手征膜。处理物料中的微粒 ,胶体或溶质大分子与膜存在物理化学用或机械作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附。沉积造成膜孔径变小或堵塞(使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变化现象，是膜使用中最大的问题膜污染。表现为一是膜通量下降；二是通过膜的压力和膜两侧的压差逐渐增大;三是膜对生物分子的截留性能改变。通常采用化学清洗法:选择清洗剂要注意三点:要尽量判别是何种物质引起污染;清洗剂要不致于对膜或装置有损害；要符合产品要求。离子交换膜除用于离子膜烧碱等电化学工业外，电渗析脱盐技术已经被更具优势的反渗透和纳滤所代替;以大连化物所为依托的膜技术国家工程研究中心研发的气体分离膜几乎垄断了国内气体膜分离市场;以清华大学为技术支撑的蓝景膜在渗透汽化膜技术和市场占有无可争议绝对优势;以上三种膜分离技术市场对于受技术、资金限制的一般的膜分离技术工程公司存在的机会不多。但是，在应用环节上，依旧可以有许多创新。饮用水制备在比较高档的住宅工程中存在着很大的潜在市场;以荷兰norit公司的气浮(air-lift)管式膜为支撑的外置式膜生物反应器(MBR)在垃圾渗沥液处理和生活污水生化处理中在系统运行的稳定性和低能耗等方面具有绝对优势。膜技术还是一片“广阔天地”，相信从技术层面解决污染与深入研究多种滤膜机理，或是从多领域的应用方向前进，一定是可以“大有作为”的。本次导论课作为大一学期的最后一次，请到了吴雪梅教授，她1996年留校任教，2007-2009年贵州赤天化集团有限公司企业博士后，2010-2011年作为美国普林斯顿大学访问学者，2015-2019年化工学院教学副院长，2020年来到化工盘锦分院担任教学副院长。以新能源电池荷电膜和膜过程、电化学氢泵过程耦合与强化为主要研究方向。作为对这17次导论课的总结，授课学时达到32学时，授课内容主要有化学化工类相关学科及专业介绍、行业发展、典型化工过程及工艺介绍等，具有分散，讲座式的授课特色。授课教师内容明确，院士、杰青“讲创新、讲使命”；各专业负责人“讲专业”；企业专家“讲行情”；国内外高校“讲国际前沿”；优秀校友“讲成长”。同时对于学校的培养方案也有了更深的了解。以化学工程与工业生物工程的培养方式为例:第一、二年大类教育，三年级起分专业方向培养。注重大类培养和通识教育，注重实践和创新教育，“厚基础宽专业、理工融合”培养研究型创新人才。能源化工专业于2010年，在化工学院主校区开始招生，在2011年，获批国内首批“战略新兴产业专业”、“第七批国家高等学校特色专业建设点”，2018年，化工学院盘锦分院开始“能源化工类”招生，2019年， 获批辽宁省一流专业建设(盘锦校区首个)国内58所院校开设:包括双一流建设高校:大连理工大学、华南理工大学、哈尔滨工业大学、北京理工大学；其他高校:北京化工大学、中国石油大学（同我校一样以煤化工为主）、华北电力大学、中国矿业大学、东北电力大学（以矿物化学为基础）、河北科技大学、武汉工程大学、沈阳化工大学、合肥学院等应用化学(工学)专业于1987年，化工学院主校区开始招生，应用化学(理学)，在2013年， 化工学院盘锦分院开始专业招生，在2017年， 获批我校双一流建设专业(工程、化学)。作为国家、社会普遍需要的专业，国内451所院校(工:天津大学、华东理工、重庆大学等) 也有开设。近40%的毕业生保送或考取研究生；保送清华、北大、大连理工大学、中科院等高校和科研院所攻读硕士学位(或硕博连读)的比例超过15%。资源循环科学与工程专业，2013年起招生 (国内2010年设立，目前国内共32所高校开设)，国内双一流建设高校:大连理工大学、南开大学，其他高校:华东理工大学、北京工业大学、东北大学等。不同学校的侧重同样不同，华理:结晶，工艺矿物；南开:产业生态学，环境管理，无热力学，化工传递；浙大:化工安全、气态污染物处理、水污染物处理。化学工程与工业生物工程专业自 2015年起招生， 秉承我校“理工融合”教育理念，形成了“依托化工，融合生工”专业培养特色，这也是顺应世界高发展水平的趋势。国外，普遍化学工程与分子生物工程系结合；国内双一流建设高校:清华大学(化学工程系化生大类含化生、高分子专业)、大连理工大学；其他高校:东北电力大学(生物与轻化工程学院),吉林工程技术师范学院(食品工程学院)，闽南师范大学(化学化工与环境学院)，塔里木大学 (生命科学学院)。总体就业率（包括就业、升学、留学）连年升高。2018届过程装备与控制工程(石油化工)86.02%；2018届化学工程与工艺(天然气化工) 90.32%；2018届应用化学91.26%；2018届资源循环科学与工程88.89%。总体有51%深造。2019届过程装备与控制工程(石油化工过程与装备) 87.65%；2019届化学工程与工艺(石油化工)94.64%；2019届化学工程与工艺(天然气化工)93.33%；2019届应用化学89.41%；2019届资源循环科学与工程92.31%。总体有44%的学生选择深造。最后，吴院长也对培养方案做了形象翔实的解读。培养方案需满足工程认证要求，那什么是工程教育专业认证?它是国际通行的工程教育质量保证制度，也是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础。也针对高等教育本科工程类专业开展的一种合格评价。而国内工程认证标准如下：1.学分要求：数学与自然科学类>15%；工程、专业基础与专业类>30%；工程实践与毕业设计(论文)>20%；人文社会科学类通识>15%2、毕业要求具备工程知识、问题分析、设计/开发解决方案、研究、使用现代工具、结合工程与社会、环境和可持续发展、保持职业规范、善于处理个人和团队关系、沟通、项目管理、终身学习这12项能力。3.课程设置要求包括：数学与自然科学类；工程基础类(计算机与信息技术类、工程制图类、电工电子类等，以及设计概论、过程安全、环境与资源保护及可持续发展)；专业基础类(化工原理、化工热力学、化学反应工程、化工过程控制、化工设计等)；专业类课程(分离工程、化工系统工程、石油化工、天然气化工、煤化工、精细化工等)学生是严格精确的专业认证的最大受益者。学校依次提供了国际化从业“通行证”注册工程师的四个阶段:专业教育认证、职业实践、资格考试、注册登记管理。专业认证的三个基本理念:学生为中心、成果导向、持续改进。国家社会及教育发展需要、成果导向教学设计流程、行业 产业发展及职场需求这些因素决定培养目标，进而决定毕业要求决定指标点。详细的培养目标，以资源循环科学与工程专业为例:培养面向国家建设需要，适应未来科技发展，扎实掌握资源循环科学与工程领域的基础理论和专业知识，了解资源循环科学与工程技术的发展动态和学科前沿，具备解决资源综合利用方面科学与工程实际问题的能力，能在资源循环科学与工程领域从事科学研究、工程技术开发、工艺流程设计、操作与管理等方面的工作，厚基础、宽口径、强能力的高素质精英人才。2020版为研究型创新人才。如此一来，我不仅对导论课本身的意义有了更加深刻的认识，同时对于我校化学相关专业实力也有了更全面的了解，在加强了自信的同时也督促我努力达到标准而不辜负学校的期待。