工業催化在應用化學專業設置的重要性探討

張燕輝，戴荔秀，戴榮英

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工業催化在應用化學專業設置的重要性探討

張燕輝，戴荔秀，戴榮英

（閩南師范大學 化學與環境學院，福建 漳州 363000）

從工業催化課程的主要內容和應用化學專業學生的就業方向出發，探討工業催化課程如何將理論與實踐相結合，進而說明工業催化課程在應用化學專業設置的重要性．

工業催化；應用化學專業；課程設置

1　工業催化課程簡介

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

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

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

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

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

2　應用化學專業目前的就業形勢和方向

應用化學是介于化學與化工之間的一門學科，涉及材料、能源、信息以及環境等方面，這些方面與工業催化課程息息相關．各個學校注重對應用方法和開發性研究的基本訓練，培養出能把化學技術在原基礎上加以創新的應用型人才[3]．與化學專業相比，應用化學更多的是應用性及實踐性，就其專業特點，從4個方面簡單介紹應用化學的就業方向．

2.1材料

研究材料的制備、反應、結構和物性方面．工業催化課程從基本原理出發，研究反應能否進行以及能夠進行的程度．研究方向有2個，一是制造出新材料，二是對原有材料的性能進行開發研究．不同的制備方法和反應類型所制造的材料具有不同的功能，尤其是在高分子材料和精細化學品方面，塑料、纖維、膠黏劑、染料、涂料和農藥等在社會生活中發揮了重大作用．因此，應用化學專業學生可就業于高分子、日用化工及精細化工等行業．

2.2能源

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

2.3環境

當今國際化學科學研究的前沿和發展方向是綠色化學．然而，環境問題歷來就是化學行業不可避免的，如今著重發展綠色溶劑、綠色催化劑和生物質資源．在綠色催化劑方面，工業催化課程主要從環境保護和環境友好催化技術方面講述，可見“綠色”在工業上的重要性．在合成路線中，反應原料和條件等做到“綠色”，把對環境的影響降到最低．從節約資源和防止污染的觀點改革傳統化學，能夠從根本上實現“綠色化”，達到環境、經濟和社會的和諧發展．因此，應用化學專業的學生可勝任與環保相關的行業．

2.4安全

所有與衣食住行相關的產品都需要應用各種化學技術對其是否合格進行檢驗．可對工廠上大型反應器的安全進行分析，及時作出判斷，得以定期檢修，還可以對成品的安全性進行檢驗．因此，應用化學專業學生可以擔任檢驗員和工程師等，從事質檢行業或是對儀器維護方面的工作．

大學期間，應用化學專業學生安排的實驗課并不少，涉及無機化學實驗、有機化學實驗、分析實驗、物理化學實驗、大學物理實驗、電工學基礎實驗、化工實驗以及應用化學專業實驗等．然而，每種實驗過程要實現工業化，則需考慮其經濟性，催化是必不可少的．它滲透進反應的精髓，通過學習工業催化，可以清楚地看到催化劑應用于應用化學專業之間密不可分的關系．所以，學好催化知識也是學好專業的一個重要部分，對于從事多種有關職業奠定基礎．但實驗課僅是對動手能力的基本鍛煉，若要從事與應用化學相關的行業，還需要堅持不懈地鍛煉各方面的能力，真正學到本領．最重要的就是通過把一系列的理論知識體現在實驗中，得出結論用于實踐，并不斷地加以創新，改掉以往的弊端，超越先前的技術．應用化學專業的學生可以選擇從一名基層員工開始從事化學行業的工作，隨著工作經驗的積累，若擁有豐富的理論知識及實踐經驗，自主創業．

3　工業催化課程將理論與實踐相結合

從兩千多年前開始，人類就已經懂得用酵母作催化劑發酵來釀酒和制醋．隨著化學工業的發展，產品趨于多樣化、復雜化，生產的規模也越來越大．化學工業中90%以上的過程都離不開催化，并且60%以上的化工產品是通過催化的方法生產出來的，可以說“沒有催化劑，就不可能建立現代的化學工業”[4-5]．工業催化課程對于應用化學專業的學生來說非常重要．這首先要求該專業學生樹立工程意識，正確應用催化的有關知識，將理論與實踐相結合，在實踐中檢驗催化技術的可行性，綠色化學的原則和可持續發展的理念[6]．

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

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

最后，應用化學專業的學生要將其它課程的知識融會到工業催化課程中，便于更好地實踐．應用化學專業學習過化工原理和化學反應工程等課程，其相關內容大部分的工業合成過程都涉及催化，每一個反應即使過程不一樣，但原理是共通的．將多門課的共通點串成一個框架，如當看到化學反應工程中的反應器時，可以聯想這種反應器是用來做什么的，反應過程是什么，涉及的催化劑是什么等一系列問題．而化工原理則是著重用化學公式對過程進行解釋．工業催化課程貫穿應用化學的始終，每學習一種專業知識，便想到催化劑的經濟應用．所以，工業催化的實踐應用中，采用多種知識的結合能提高實際工業的準確性和可行性．學好工業催化課程，促進應用化學專業學習就業途徑更寬、更光明．

參考文獻：

[1] 唐曉東，王豪，汪芳．工業催化[M]．北京：化學工業出版社，2010

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

[3] 蘇立強．應用化學專業定位分析[J]．高師理科學刊，2007，27（1）：56-57

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

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

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

Discussion on the importance of industrial catalytic in applied chemistry specialty

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

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

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

industrial catalysis；applied chemistry specialty；curriculum provision

1007-9831（2016）10-0089-03

O69：G642.0

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2016.10.026

2016-07-16

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

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