大学化学课程教学案例

大学化学课程教学案例案例一

铁碳微电解法处理废水案例二煤的有效洁净利用-洁净煤技术案例三药理活性高分子药物案例四金属的腐蚀与防护案例五EDTA及其广泛应用铁碳微电解法处理废水电化学腐蚀在废水处理中的应用

案例一一、应用背景1.目前全国乃至全世界的水污染非常严重。2.引起污染的工业废水占总污水量的30%左右，而且大多是高难度废水比如印染废水、制革废水、造纸废水、电镀废水、半导体废水、仓储化工废水、硫酸钠废水、焦化废水、冶金废水、制药废水和醇类废水等。3.工业废水的可生化性较低（BOD/COD小于0.3)，用常规的生物处理方法往往难以凑效，故要提前进行物化处理，以提高废水的可生化性。二、铁碳微电解技术原理1、电化学原理：

在酸性和曝气的条件下，铁屑-碳颗粒之间存在着电位差而形成了无数个细微原电池。当污水通过含铁和碳的填料时，铁成为阳极，碳成为阴极，并有微电流流动，形成了千千万万个微小电池，产生“内电解”，发生腐蚀，也就是氧化还原反应：阳极反应：Fe-2e-一Fe2+Eθ(Fe2+/Fe)=-0.44V

阴极反应：2H++2e-→H2↑Eθ(H+/H2)=0.00V

当有氧气时：O2+4H++4e-→2H2OEθ(O2)=1.23V

O2+2H2O+4e-→4OH-Eθ(O2/OH-)=0.40V2、废水处理原理（1）絮凝作用——由于阳极生成的铁离子与废水中的氢氧根离子结合生成氢氧化铁，有极强的吸附能力，使水得以澄清；铁离子本身也有混凝作用,它与污染物中带微弱负电荷的微粒异性相吸,形成比较稳定的絮凝物(也叫铁泥)而去除；（2）由于有机物参预阴极的还原反应，使官能团发生了变化改变了原有机物性质，降低了色度，提高了废水的可生化性；（3）一些无机物也参预反应生成沉淀得以去除，如：Fe2++S2-→FeS↓；（4）废水的胶体粒子和微小分散的污染物受电场作用，产生电泳现象，向相反电荷的电极移动，并聚集在电极上使水澄清；（5）阴极生成的氢气，具有气浮效应。

三、污水处理厂铁碳微电解装置四、处理工艺特点1、反应速率快，一般工业废水只需要半小时至数小时；2、作用有机污染物质范围广，如：含有偶氟、碳双键、硝基、卤代基结构的难降解有机物质；3、运行成本极低，只消耗少量的单质铁（最理想并且价廉易得的是金属加工废料铁刨花）；4、使用寿命长，操作维护方便，微电解装置只要定期的添加铁屑便可，惰性电极不用更换，腐蚀电极每年补充投入两次；五、适用废水种类1、染料、印染废水；焦化废水；石油化工废水；------上述废水在脱色的同时，处理水中的BOD/COD值显著提高。

2、石油废水；皮革废水；造纸废水、木材加工废水；------上述废水处理水后的BOD/COD值大幅度提高。3、电镀废水；印刷废水；采矿废水；其他含有重金属的废水；------可以从上述废水中去除重金属。4、有机磷农业废水；有机氯农业废水；------大大提高上述废水的可生化性，且可除磷，除硫化物煤的有效洁净利用

——洁净煤技术CleanCoalTechnology案例二背景资料洁净煤(CleanCoal)一词是80年代初期美国和加拿大关于解决两国边境酸雨问题谈判的特使德鲁·刘易斯(DrewLewis，美国)和威廉姆·戴维斯(WilliamDavis，加拿大)提出的。洁净煤技术(CleanCoalTechnology，简称CCT)的含义是：旨在减少污染和提高效率的煤炭加工、燃烧、转化和污染控制等新技术的总称。当前已成为世界各国解决环境问题主导技术之一。中国洁净煤技术主要技术领域：按照国务院1997年批准的《中国洁净煤技术九五计划和2010年发展规划》，中国洁净煤技术包含四个领域、十四项技术：1)

煤炭加工领域：选煤、型煤、水煤浆；2)

煤炭高效燃烧与先进发电技术领域：CFBC、PFBC、IGCC；3)

煤炭转化领域：气化、液化和燃料电池；

4)

污染排放控制与废弃物处理领域：烟气净化、电厂粉煤灰综合利用、煤层气的开发利用、煤矸石和煤泥水的综合利用。（1）煤的气化气化过程H2O(g),O2气化剂高温

H2COCH4C煤炭气化是指煤在特定的设备内，在一定温度及压力下使煤中有机质与气化剂（如蒸汽/空气或氧气等）发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有CO、H2、CH4等可燃气体和CO2、N2等非可燃气体的过程。

煤的主要气化反应（2）煤的液化直接液化法间接液化法煤间接液化工厂药理活性高分子药物案例三1药用高分子的由来与发展

我国是医药文明古国，中草药用于治疗生物体疾病的历史十分悠久，天然药用高分子的使用要比西方国家早得多。东汉张仲景（公元142～219）在《伤寒论》和《金匮要略》中记载的栓剂、洗剂、软膏剂、糖浆剂及脏器制剂等十余种制剂中，首次记载了采用动物胶汁、炼蜜和淀粉糊等天然高分子为多种制剂的赋形剂，并且至今仍然沿用。

早在公元前1500年开始，人们就开始有意识地利用植物和动物治病。高分子化合物在医药中的应用虽然也有相当长的历史，但早期使用的都是天然高分子化合物，如树胶、动物胶、淀粉、葡萄糖、甚至动物的尸体等。如今，尽管天然高分子药物在医药中仍占有一定的地位，但无论从原料的来源、品种的多样化以及药物本身的物理化学性质和药理作用等方面看，都有一定的局限性，远远满足不了医疗卫生事业发展的需要。近一个多世纪以来，通过有机合成的方法获得了大量的低分子药物，为推动全球医疗事业起了巨大的作用，在医学史上有着不可磨灭的贡献。但是，低分子药物却同时存在着很大的副作用。此外，低分子药物在生物体内新陈代谢速度快，半衰期短，易排泄，因而在发病期间要频繁进药。过高的药剂浓度常常带来过敏、急性中毒和其他副作用。另一方面，低分子药物对进入体内指定的部位也缺乏选择性，这也是使进药剂量增多、疗效较低的原因之一。在这种背景下，药用高分子的研究受到了人们的重视。高分子药物具有低毒、高效、缓释和长效等特点。与生物体的相容性好，停留时间长。还可通过单体的选择和共聚组分的变化，调节药物的释放速率，达到提高药物的活性、降低毒性和副作用的目的。进入人体后，可有效地到达症患部位。合成高分子药物的出现，不仅改进了某些传统药物的不足之外，而且大大丰富了药物的品种，为攻克那些严重威胁人类健康的疾病提供了新的手段。因此以合成高分子药物取代或补充传统的低分子药物，已成为药物学发展的重要方向之一。2药理活性高分子药物2.1药理活性高分子药物的特点

药理活性高分子药物是真正意义上的高分子药物。它们本身具有与人体生理组织作用的物理、化学性质，从而能克服肌体的功能障得，治愈人体组织的病变，促进人体的康复和预防人体的疾病等。实际上，高分子药物的应用已有悠久的历史，如激素、酶制剂、肝素、葡萄糖、驴皮胶等都是著名的天然药理活性高分子。人工合成的药理活性高分子的研究、开发和应用的历史不长，对许多高分子药物的药理作用也尚不十分清楚。但是，由于生物体本身就是由高分子化合物构成的，因此人们相信，作为药物的高分子化合物，应该有可能比低分子药物更易为生物体所接受。目前，药理活性高分子药物的研究工作主要从下面三个方面展开：

(1)对已经用于临床的高分子药物，努力搞清其药理作用。(2)根据已有低分子药物的功能，设计既保留功能、又克服副作用的高分子药物。(3)开发新功能的药理活性高分子药物。近年来，合成药理活性高分子药物的研究工作进展很快，已有相当数量的品种进人商品市场。2.2药理活性高分子药物的研究和应用低分子量的聚二甲基硅氧烷具有低的表面张力，物理、化学性质稳定，具有很好的消泡作用，故广泛用作工业消泡剂。由于它无毒，在人体内不会引起生理反应，故亦被用作医用消泡剂，用于急性肺水肿和肠胃胀气的治疗，国内外都有应用。

聚乙烯N—氧吡啶能溶于水中。注射其水溶液或吸入其喷雾剂，对于治疗因大量吸入含游离二氧化硅粉尘所引起的急性和慢性矽肺病有较好效果，并有较好的预防效果。研究表明，只有当聚乙烯N—氧吡啶的分子量大于3万时才有较好的药理活性，其低聚物以及其低分子模型化合物异丙基N—氧吡啶却完全没有药理活性。这可能是由于高分子量的聚乙烯N—氧吡啶更容易吸附在进入人体的二氧化硅粉尘上，避免了二氧化硅与细胞成分的直接接触，从而起到治疗和预防矽肺病的作用。不少聚氨基酸具有良好的抗菌活性，但其相应的低分子氨基酸却并无药理活性。例如表9—1所示，2.5μg/ml的聚L—赖氨酸可以抑制E.Coli菌（大肠杆菌），但L—赖氨酸却无此药理活性，赖氨酸的二聚体的浓度要高至聚L—赖氨酸的180倍才显示出相同的效果。对S.Aureus菌（金黄色葡萄球菌）的抑制能力基本上也遵循此规律。表9—1聚赖氨酸的抗菌活性名称有效投药量/(μg/ml)E.Coli菌S.Aureus菌L—赖氨酸——二聚L—赖氨酸450—聚L—赖氨酸2.51聚DL—赖氨酸53DL—鸟氨酸——聚DL—鸟氨酸105DL—精氨酸——聚DL—精氨酸105

肝素是生物体中的—种多糖类化合物，分子结构中含有—SO3-，—COO-，及—NHSO3-等功能基团。它与血液有良好的相容性，具有优异的抗凝血性能。模拟它的化学结构，人工合成的含有这三种功能基团的共聚物，同样具有很好的抗凝血性能。但对主链结构、三种功能基团的比例等因素的影响作用，还有待于进一步探讨。在生物体内，存在一种承担防御作用的蛋白质——干扰素。诱发生物体的干扰素，要比单纯使用外来药物更能抵抗疾病的产生和发展。天然的多糖类化合物对激发干扰素有良好作用。合成的阴离子聚合物就是一类能诱发产生干扰素、激发产生广普免疫活性的重要物质，具有免疫、抗病毒、抗肿瘤的作用。在阴离子聚合物中，最引人注目的是由二乙烯基醚与顺丁烯二酸酐共聚所得的吡喃共聚物。

吡喃共聚物是一种干扰素诱发剂，相对分子质量17000～450000，具有广泛的生物活性。它能直接抑制多种病毒的繁殖，有持续的抗肿瘤活性，可用于治疗白血病、肉瘤，泡状口腔炎症、脑炎等。它还有良好的抗血凝性，有促进肝中钚的排除的功能。它的抗肿瘤活性与它能活化巨噬细胞有关。吡喃共聚物的毒性比其他许多阴离子聚合物低得多，但用于临床试验仍然偏高，因此，作为抗癌药物，仍有许多研究工作要做。

顺丁烯二酸酐与其它单体合成的各种共聚物的药理活性差别很大，如顺丁烯二酸酐与苯乙烯的共聚物完全无吡喃共聚物的功能。分子量的影响也很大，如上述吡喃共聚物当相对分子质量低于5万时，药理活性消失。吡喃共聚物诱发干扰素的活性不如天然的多糖类化合物，但长效性和持续性则好得多。

金属的腐蚀与防护案例四钢铁生锈（铁锈的主要成分是Fe2O3·xH2O）铜器表面生成一层薄薄的铜绿[Cu2(OH)2CO3]

金属的腐蚀与防护金属或合金跟周围接触到的气体或液体进行化学反应而腐蚀损耗的过程，即为金属的腐蚀。其本质是金属原子失去电子被氧化的过程。化学腐蚀电化腐蚀条件金属跟非金属单质直接接触不纯金属或合金跟电解质溶液接触现象无电流产生有微弱电流产生本质金属被氧化较活泼金属被氧化联系两者往往同时发生，电化腐蚀更普遍金属的腐蚀

电化学腐蚀的定义

钢铁的电化学腐蚀示意图

不纯的金属（或合金）跟电解质溶液接触时，会发生原电池反应，比较活泼的金属失去电子而被氧化，这种腐蚀叫做电化学腐蚀。钢铁在潮湿的空气中所发生的腐蚀是电化学腐蚀最突出的例子。金属的电化学腐蚀的本质氧化反应和还原反应分两极进行，较活泼的金属被腐蚀

a.构成原电池条件①有电解质溶液

②有活性不同的两极

③有闭合回路

b、原电池电极的判断：负极--失电子发生氧化反应的电极正极—得电子发生还原反应的电极d.)电极反应的书写；找出两极放电的物质分析放电后的产物是否与溶液中的溶质反应知识回顾：

电子如何流动形成电通路；电子流出的一极为负极,电子流入的一极为正极钢铁的两种腐蚀相