《膜分離科學與技術》課程教學大綱

《膜分離科學與技術》教學大綱一、課程基本信息課程名稱膜分離科學與技術MembraneScienceandTechnology課程編碼MAT410321020開課院部材料科學與工程學院課程團隊膜分離科學與技術學分2.0課內學時32講授32實驗0上機0實踐0課外學時32適用專業(yè)新能源材料與器件授課語言中文先修課程課程簡介（限選）本課程是面向材料化學專業(yè)或化學專業(yè)高年級學生開設的專業(yè)選修課。通過本課程的學習，主要使學生掌握膜分離技術基礎理論，熟悉膜生物反應器、反滲透、正滲透、膜蒸餾、納濾、超濾、微濾、膜氣體分離等膜技術的工作原理和各種膜分離組件的結構和各種膜技術的特點。在這個過程中融合復習了之前所學的無機化學、物理化學、高分子化學、材料化學、儀器分析和化工原理等課程的知識，使學生了解所學知識和膜分離應用的關系，激發(fā)學生的科研興趣，提高學生的科研技能及創(chuàng)新實踐能力。Thiscourseisaprofessionalelectivecourseforseniorstudentsofmaterialschemistryorchemistry.Throughthestudyofthiscourse,studentsmainlymasterthebasictheoryofmembraneseparationtechnology,familiarwithmembranebioreactor,reverseosmosis,positivepenetration,membranedistillation,nanofiltration,ultrafiltration,microfiltration,membranegasseparationandothermembraneseparationprocess,includingthestructureofvariousmembranemodulesandthecharacteristicsofvariousmembranetechnologies.Inthisprocess,theknowledgeofinorganicchemistry,physicalchemistry,polymerchemistry,materialschemistry,instrumentalanalysisandchemicalengineerwasreviewedandcombinedtogether.Furthermore,thecoursecanhelpstudentstounderstandtherelationshipbetweentheoreticalknowledgeandapplicationofmembraneseparation.Thisprocesswillenhanceresearchinterestofstudents,andimprovetheirscientificresearchskillsandinnovativeability.負責人大綱執(zhí)筆人審核人二、課程目標序號代號課程目標OBE畢業(yè)要求指標點任務自選1M1目標1：掌握膜及膜分離技術的基本概念，了解目前使用和開發(fā)中的膜材料組成、制備、表征和性能評估方法。掌握不同膜分離過程的基本理論及影響因，能夠基于構效關系在膜材料設計方面提出自己的觀點。是3.33.3三、課程內容序號章節(jié)號標題課程內容/重難點支撐課程目標課內學時教學方式課外學時課外環(huán)節(jié)1緒論緒論本章重點難點：了解膜分離的研究對象及研究的主要內容，了解膜分離技術在生活各方面的應用，了解研討型教學的學習方法和注意事項，充分調動學生學習本課程的積極性和主動性。////21.11.1分離膜與膜分離技術的概念分離膜，薄膜，選擇性，分離因子，通量，滲透率，滲透系數(shù)，膜上游，膜下游，截留液，原料液。M11講授、討論1自學資料31.21.2膜分離在水處理和能源上應用膜生物反應器，微濾，納濾，反滲透，家用凈水器。氫氣分離，天然氣的甜化，二氧化碳的捕獲，烯烴分離。M11講授、討論1自學資料41.31.3膜分離在生活其他方面的應用手性分離，醇水分離，藥物釋放，能源轉化。M10.5講授、討論0.5自學資料51.41.4膜的分類按材料組成分類，按結構分類，按應用分類。M10.5講授、討論0.5自學資料6第二章第二章水和過濾本章的重點難點：地球淡水資源分布和循環(huán)，水處理初步，過濾過程介紹。////72.12.1地球淡水資源分布和循環(huán)淡水，中國及世界淡水分布情況，自然界的水循環(huán)和城市的水循環(huán)。M11講授、討論1自學資料82.22.2傳統(tǒng)水處理技術介紹過濾，沉淀，曝氣，砂過濾，厭氧菌，好氧菌。M11講授、討論1自學資料92.32.3過濾裝置、過程及其應用介紹截留率，表面和內部的截留機理，過濾效果評估方式，膜壽命及其確定方式。M11講授、討論1自學資料10第三章第三章膜生物反應器本章的重點難點：親疏水性介紹，膜分離和傳統(tǒng)污水生物處理技術結合，膜污染問題及其防治。////113.13.1親疏水性介紹，水接觸角親水性，疏水性，水接觸角和表面結合能、粗糙度之間的關系。M10.5講授、討論0.5自學資料123.23.2膜分離和傳統(tǒng)污水生物處理技術結合，膜生物反應器膜生物反應器介紹，過程及其相對傳統(tǒng)污水處理的優(yōu)勢。M11講授、討論1自學資料133.33.3膜污染問題及其防治，錯流和反沖法。膠體膜污染，沉淀膜污染，生物膜污染，物理反沖方式，化學酸性及氧化條件下清洗。M10.5講授、討論0.5自學資料14第四章第四章納濾、超濾、微濾和膜分離機理初步本章的重點難點：達西定律，菲克定律，納濾、超濾、微濾技術及其應用。////154.14.1達西定律，菲克定律不同膜分離過程的驅動力，化學勢驅動，壓力差驅動，濃度差驅動，溫度差驅動。M11講授、討論1自學資料164.24.2納濾、超濾、微濾技術及其應用篩分效應，道南效應。反滲透過程的前處理，果汁和啤酒的生產，不同價態(tài)離子的分離。M11講授、討論1自學資料17第五章第五章海水除鹽技術介紹和反滲透本章的重點難點：現(xiàn)有的海水除鹽技術，滲透作用和滲透壓，反滲透過程和反滲透膜的清洗。////185.15.1現(xiàn)有的海水除鹽技術多效蒸餾、多級閃蒸、電滲析和壓汽蒸餾M11.5講授、討論1.5自學資料195.25.2滲透作用和滲透壓和依數(shù)性利用滲透壓的依數(shù)性進行相關計算。低滲、高滲、等滲。M11.5講授、討論1.5自學資料205.35.3反滲透過程及其機理優(yōu)先吸附-毛細作用和溶解擴散過程。M11講授、討論1自學資料21第六章第六章正滲透技術和汲取液的選擇本章的重點難點：正滲透介紹及其優(yōu)點，正滲透面臨的問題，濃差極化問題，正滲透汲取液的發(fā)展過程和選擇、正滲透的其他應用。////226.16.1正滲透介紹及其優(yōu)點能耗低，不需要外加壓力，膜污染小，對裝置要求小。M11講授、討論1自學資料236.26.2正滲透面臨的問題濃差極化問題，汲取液的反向滲透，膜污染M11.5講授、討論1.5自學資料246.36.3正滲透汲取液的發(fā)展過程和選擇無機型汲取液，有機分子汲取液，高分子汲取液，磁性納米粒子汲取液。M11講授、討論1自學資料256.46.4正滲透的其他應用軍事，航空航天，野外活動。M10.5講授、討論0.5自學資料26第七章第七章膜蒸餾和膜組件的優(yōu)化本章的重點難點：膜蒸餾的優(yōu)點和分類，傳質阻力和孔浸潤壓力，膜蒸餾材料及裝置的優(yōu)化方法。////277.17.1膜蒸餾的優(yōu)點和分類節(jié)能高效，不需要外加壓力，可處理高濃度原料液，高截留效果。直接接觸型、氣隙型，載氣吹掃型。M11講授、討論1自學資料287.27.2傳質阻力和孔浸潤壓力膜蒸餾過程的傳熱傳質阻力組成，孔浸潤壓力與孔徑大小，親疏水性能之間的關系。M11講授、討論1自學資料297.37.3膜蒸餾材料及裝置的優(yōu)化方法材料的結構和組成方面，膜組件的結構方面M12講授、討論2自學資料30第八章第八章膜分離在氣體分離上的應用本章的重點難點：氣體分子擴散機理，多孔材料物理吸附初步，氣體分離膜測試方法。////318.18.1氣體擴散機理表面擴散，努森擴散，分子篩分，促進傳輸。M11講授、討論1自學資料328.28.2多孔材料物理吸附初步亨利吸附，朗閣謬吸附，吸附曲線的測定和擬合。M11講授、討論1自學資料338.38.3氣體分離膜測試方法固定體積壓力法和固定壓力體積法，單組份氣體和混合組分氣體。M12講授、討論2自學資料34第九章第九章高分子膜和無機膜的制備本章的重點難點：高分子溶解機理，高分子相分離，不同形貌高分子膜制備，無機膜原位和二次生長制備方法。////359.19.1高分子溶解機理汽化熱，能密度，色散力，誘導力，取向力和氫鍵。M11講授、討論1自學資料369.29.2高分子相分離雙節(jié)線，旋節(jié)線，穩(wěn)態(tài)，亞穩(wěn)態(tài)和不穩(wěn)態(tài)。M11講授、討論1自學資料379.39.3不同形貌高分子膜制備手指狀、海綿狀結構，不同操作順序和條件對于不對稱膜形貌的影響M11講授、討論1自學資料389.49.4無機膜原位和二次生長制備方法晶種的分散方式，旋涂法，沾涂法，摩擦法，熱滴法。二次生長方法，水熱溶劑熱，微波加熱，化學氣相沉積。M11講授、討論1自學資料39第十章第十章膜分離技術新進展本章的重點難點：督促和指導學生完成膜分離相關英文文獻的閱讀和講解，組織學生進行答辯環(huán)節(jié)。////4010.110.1英文文獻查找及閱讀指導文獻的檢索、閱讀和總結歸納。M10.5討論0.5自學資料4110.210.2學生就課程所學內容選擇自己感興趣的內容查找文獻閱讀并做成課件給大家講解學生講解過程。M11討論1自學資料4210.310.3教師和學生的講評提問環(huán)節(jié)選題質量，文章理解，PPT制作講解，臨場應變回答問題。M10.5討論0.5自學資料四、考核方式序號考核環(huán)節(jié)操作細節(jié)總評占比1課堂表現(xiàn)1.學生如沒有無故缺席情況，可獲得這部分基礎分60分2.在第一條的基礎上，每主動參加討論一次加5分，8次及8次以上可在這個環(huán)節(jié)獲得滿分，課堂討論記錄見相關附件。30%2結課報告1.每個學生在課程過程要選取自己感興趣的方向查找相關文獻，做成組會課件形式向全班和老師講解，同學和老師均可以在講解后提出相關問題讓答辯人解答。2.每人講解一篇英文文獻，可以兩人一組，但要確定好分工，同時要求講解2篇文獻，且同組內兩人成績相同。3.文獻選取合理準確（10分），課件制作認真格式符合要求（30分）。論文理解充分，講解過程精神飽滿自信，條理清晰（40）?；卮鹛釂枩蚀_（20分）。30%3期末考試1.開卷考試，成績采用百分制，卷面成績總分100分。2.主要考核學生對膜分離基本知識的掌握能力，學生綜合運用所學知識分析問題、解決問題的能力，題型主要有判斷題、簡答題、分析題、計算題等。40%五、評分細則序號課程目標考核環(huán)節(jié)大致占比評分等級1M1課堂表現(xiàn)30%A-未缺席，參加7次以上的課堂討論環(huán)節(jié)。B-未缺席，參加4-6次的課堂討論環(huán)節(jié)。C-未缺席，參加0-3次的課堂討論環(huán)節(jié)。D-缺席2次以上課程，且不參加任何課堂討論環(huán)節(jié)。2M1結課報告30%A-文獻選取有深度，講解課件制作精致且條理清晰，講解過程說明對文獻有深入理解，針對問題進行完整的回答。B-文獻選取較好，講解課件制作較精美認真，講解過程說明對文獻有較深理解，針對問題進行初步的回答。C-文獻選取一般，