化学工程:从基础研究到工业应用

本文介绍了我国中长期发展规划中所制定的化学化工学科发展目标,综述了化学工程学科近十余年来在队伍建设、平台建设和国家级奖励等方面所取得的成果,列举了若干化学工程在传递与过程强化、化工分离过程、精细与药物化工、能源化工和材料化工领域从基础研究到工业化应用的例子和成果,展望了化学工程学科今后发展的方向及目标.     

封面说明

<正>化学工程学科是一门工具性学科.其从根本上解决物质转化过程的量化、设计、放大和调控等瓶颈问题,建立物质组成-结构-性质关系的系统关联,设计、合成各种功能的产品,拓展过程工业的产业链,推进过程工业的基础科学向分子层次、介观层次和生态系统层次扩展.随着传统化学工业产业结构的调整和以生物、纳米、信息和材料为代表的高新技术产业的迅速发展,以"三传一反"为核心基础的化学工程科学正在向更为宏观的过程生态系统和更为微观的原子/分子和纳微尺度延伸,并致力于建立跨尺度的统一理论体系和方法,已取得重大创新和突破.这是化学工程     

应用基础研究推动学科发展取得重大效益——国家自然科学基金"七五"重大项目《传质分离与化学反应工程中若干重要课题的基础研究》通过验收

传质分离和化学反应工程是化学工程学科的两个主要内容,是近代化学加工工业中生产过程开发和设备设计的理论基础。早在80年代初期,我国一批著名的化工专家充分分析了国际上化学工程学科发展的状况和趋势,结合我国工业生产和科研队伍的实情,远见卓识地抓住了传质分离和化学反应工程这两个核心领域作为学科发展的突破口。并建议:发挥我国科技力量的优势,选择在化学工业中使用量大,应用面广的若干典型课题(如溶剂萃取、蒸馏过程、流态化技术、聚合反应工程和固定床反应器等),开展以掌握各过程、设备和技术的规律及其优化放大方法为中心的基础研究和应用研究。期望其研究成果在提高我国化学工业的生产技术水平、促使技术改造、缩短工业放大周期、开拓新的应用领域等方面发挥重大作用,并在有关的理论     

油藏化学工程研究的发展趋势

油藏化学工程是以三次采油为背景,在油藏工程和化学等相关学科的交叉领域中发展起来的,它主要是研究油藏环境中发生的传递现象和化学反应,及其影响油藏动态的原理与规律的学科。化学工程中一系列的新方法、新概念、新的理论原理的应用对油藏化学工程学科的形成将起到重要的推动作用,同时化学工程的发展与我国独特的自然资源和社会经济背景相结合将使其具有更强大的生命力。油藏化学工程研究的复杂环境和丰富的学科营养,为发展化学工程的前沿领域提供了广阔的园地。 为了更好地推进我国油藏化学工程研究的发展,文中提出了还需要加强的有关工作。     

国家重点实验室介绍之四化学工程联合实验室

化学工程联合实验室由精馏分离、萃取分离、固定床反应工程和聚合反应工程四个实验室联合组成,分别设在天津大学(天津)、清华大学(北京)、华东化工学院(上海)和浙江大学(杭州).由著名化工专家、学部委员清华大学汪家鼎教授任实验室主任和著名化工专家、学部委员、南京化工学院时钧教授任学术委员会主任. 化学工程是一个面向经济建设、广泛应用于多种工业的技术基础学科,是基础科学与工程技术之间的桥梁和纽带.它的主要任务是以物理、化学、物理化学、流体力学等学科为基础,研究在工业生产中实现物质和能量的转化与传递的规律,为生产过程的设计、放大、控     

合成生物学展望

近年来,合成生物学快速发展成为一个新兴交叉学科领域,研究重点逐渐由基因线路、简单元件和模块的设计构建转向设计与构建复杂的人工生物系统.本文阐述了合成生物学与化学工程学科的内在联系,并从基因组的人工设计合成与编辑、人工细胞的设计合成、人工合成多细胞体系及其应用等方面展望了未来合成生物学的发展趋势.     

Navier-Stokes方程组证明及理论本质探究*

“传递现象”是国内外化学化工专业本科和研究生最重要的学位课程之一,其“三传”理论在教学与工程领域应用广泛。Navier-Stokes方程组是“三传”理论的基础。综合运用动量守恒定律、角动量守恒定律、力的合成与分解、应力与形变的几何关系、压力起源等对其进行推导证明,并在推导过程中明晰其理论意义,完善化工“传递现象”课程的理论教学,提升了学生工程研究兴趣。     

开拓化学学科前沿 提高基础研究水平国家自然科学基金“九五”重点项目（化学科学）简介（四）

在“九五”期间化学科学部先后共立项资助了 75个重点基金项目 ,累计资助金额达 660 0万元 ,平均资助强度约 88万元。这些项目涵盖了化学与化工学科当前活跃的学科前沿和国内具有优势的研究领域 ,对学科的基础研究将起到十分重要的支撑作用。在“九五”学科发展优先资助领域的指导下 ,立项工作注意了对创新性项目和学科交叉项目的遴选和支持 ,其中有 7个跨科学部的交叉重点项目和 4个学部内跨学科重点项目 ,占立项总数的 1 4.6%。“九五”重点基金项目实施的经验说明 ,化学科学部在“九五”优先资助领域中为推进化学与化工科学的发展 ,提出…     

微化工过程研究进展

微化工过程是化学工程学科的研究前沿和热点方向之一,是实现化工过程安全、高效、绿色的重要途径.近年来,关于微化工过程的研究主要集中在微尺度多相流动与结构调控、微尺度混合与多相传递以及微尺度反应过程等方面,并且取得了显著的进展.本文主要针对以上几个方面的研究进展进行综述,分析总结了微化工过程的优势和特点,并对其未来的发展方向进行了展望.     

赛默飞与同济大学、都灵理工大学"产学研"联动引领生命科学新变革

2017年6月21日,上海——科学服务领域的世界领导者赛默飞世尔科技(以下简称:赛默飞)与同济大学、意大利都灵理工大学签署了三方合作备忘录.三方将通过"产学研"联动的学生培训与实习项目,共同培养学术型与应用型高素质人才,为中国前瞻性科学领域的创新发展贡献力量.此外,以当日首场"干细胞专题研讨会"为起点,三方将在医学、环境、化工等领域开展全方位的交流与合作,以期在多个学科领域取得新进展、新突破.     

聚合物产品工程:面向高性能高分子材料的化学工程新拓展

化学产品工程是化学工程学科的新拓展,其核心研究内容是化学品结构的精确定制.聚合物产品具有复杂的多层次结构,其中分子结构和分子的聚集态结构是决定聚合物性能的最主要结构层次.聚合过程可在很大程度上决定聚合物的分子结构和聚集态结构.近年来,本研究组在活性聚合机理和共聚动力学研究的基础上,针对各种链结构目标,建立了半连续聚合过程的模型化方法和操控聚合过程的计算机程序,实现了多种聚合产物分子结构的精确定制,制备了一些全新的高性能或特殊性能的聚合物.同时,通过反应器内合金化方法和活性界面细乳液聚合的方法尝试进行了聚合物原生聚集态结构的定制.本文综述了上述研究工作,并对未来研究的发展进行了展望.     

Surface‐Enhanced Raman Spectroscopy: Concepts and Chemical Applications

Surface‐enhanced Raman scattering (SERS) has become a mature vibrational spectroscopic technique during the last decades and the number of applications in the chemical, material, and in particular life sciences is rapidly increasing. This Review explains the basic theory of SERS in a brief tutorial and—based on original results from recent research—summarizes fundamental aspects necessary for understanding SERS and provides examples for the preparation of plasmonic nanostructures for SERS. Chemical applications of SERS are the centerpiece of this Review. They cover a broad range of topics such as catalysis and spectroelectrochemistry, single‐molecule detection, and (bio)analytical chemistry.     

高等院校化学实验室废弃物问题的思考

介绍了国内化学废弃物处置方面的相关法规和管理办法,并以美国休斯顿大学为例,介绍了美国高校实验室废弃物处置机制,包括法规、机构、管理办法、责任等。以2010至2011年间美国化学会Journal of Chemical Education期刊中涉及废弃物处置的四个教学实验,阐述了"3R"(循环、减量、再利用)绿色化学原则。最后以北京大学为例,介绍我国高校化学实验室对废弃物处理的做法。     

Optical chemical biosensors for high-throughput screening of drugs

Optical biosensors have been commercially available since the early 1990s, and have been used extensively in many areas of research in the life sciences. Optical biosensors developed for drug analysis generally exploit the high selectivity of the antigen-antibody and drug-protein interaction. Optical biosensors can be made based on optical diffraction or electro-chemiluminescence. High-throughput screening, (HTS) which includes automated preparation of a large number of samples and then screening of their properties in multi-well plates, improves the efficiency of research in many scientific areas, e.g., catalyst screening, food processing, chemical synthesis, drug discovery, absorption, distribution, metabolism, and excretion and toxicological and cell based screening. The three most common detection techniques used in HTS are UV-VIS absorbance, fluorescence and luminescence. In this review, we summarize some recent trends and developments in the construction of optical chemical biosensors used in high-throughput screening of drugs. Also, we have included environmental, biological and other medical applications of biosensors.     

SiH_4与Na、Mg和Be等金属氢化物分子间反向氢键相互作用

在B3LYP/6-311++g**、MP2/6-311++g(3df,3pd)及MP2/aug-cc-pvtz水平上分别求得H3SiH…MeHn(Me=Na,Mg,Be;n=1或2)复合物势能面上的3个稳定构型,探讨了以Si-H为电子供体的红移反向氢键相互作用(IHB).经MP2/6-311++g(3df,3pd)水平的计算,在3个复合物中,含基组重叠误差(BSSE)校正的单体间相互作用能分别为-5.98、-8.65和-3.96kJ.mol-1,与MP2/aug-cc-pvtz水平下计算得到的-6.18、-9.12和-4.28kJ·mol-1接近,可见3个反向氢键复合物的相对稳定性顺序为:SiH4...MgH2SiH4...NaHSiH4...BeH2.NBO分析及对相关原子化学位移的计算表明,在复合物中,电子流向总体表现为SiH4→MeHn(n=1或2),且直接参与反向氢键形成的H3的化学位移向低场移动.与传统氢键相比,这里Si1-H3既是氢键供体,又是电子供体,从而形成反向氢键相互作用.另外,采用分子中原子理论(AIM)分别对各复合物中相关键鞍点处的电子密度拓扑性质进行了分析,结果表明3个复合物中均存在以静电性质为主的分子间反向氢键弱相互作用.     

探索介尺度科学:从新角度审视老问题

本文介绍了国家自然科学基金委员会重大研究计划"多相反应中的介尺度机制及调控"的立项背景、聚焦的科学问题,以及该计划对化学工程的发展和介尺度科学的形成可能产生的影响.研究认为,介于分子/原子和宏观材料之间的物相或表界面结构及介于颗粒(气泡、液滴)和单元化工设备之间的非均匀结构是实现物质转化工艺过程定量设计、放大、优化和调控的瓶颈问题.这两个介尺度问题及其跨层次的关联是当代化学工程科学的核心,这些问题的解决将大大促进化学工程及相关学科由经验向量化过渡,并为逐步形成具有学科交叉特色的介尺度科学作出贡献.     

A historical study of structures for communication of organic chemistry information prior to 1950

The evolution of the graphical structure diagram as a means of communication of chemical structure information is traced from its origins through to the mid-20th century. The impact of developments in structural theory on the representation of structures is discussed. A study of how structures were represented in the 19th and early 20th centuries in the Journal of the Chemical Society and its predecessors, the Journal of the American Chemical Society and United States patents was made, making use of electronic journal and patent archives. The problems associated with representing structures graphically are discussed.     

A bibliometric study on chemical information and computer sciences focusing on literature of JCICS

A bibliometric approach was used to survey the state-of-the-art of research in the field of chemical information and computer sciences (CICS). By examining the CA database for the articles abstracted under the subsection "Chemical information, documentation, and data processing", Journal of Chemical Information and Computer Sciences (JCICS) was identified to have been the top journal in this subsection for the last 30 years. Based on this result, CA subsections and controlled index terms given to JCICS articles were analyzed to see trends in subjects and topics in the CICS field during the last two decades. These analyses revealed that the subjects of research in CICS have diversified from traditional information science and computer applications to chemistry to "molecular information sciences". The SCISEARCH database was used to grasp interdependency between JCICS and other key journals and also the international nature of JCICS in its publications and citedness.     

溶液临界现象研究进展

溶液临界现象是热力学研究中的一个重要领域,其对于认识临界普适性规律以及理解和应用由于超常临界涨落引起的溶液特殊性质具有重要意义.本文简述了临界现象的基本概念和研究历史,介绍了近年来溶液临界现象的研究进展,重点评述了以下几个方面的理论和实验成果:(1)临界指数与指前因子标度关系在溶液体系中的普适性;(2)完全标度理论的建立、发展及其实验检验;(3)临界区域与非临界区域的跨接现象;(4)多元溶液中的三临界现象;(5)临界溶液中的化学反应速率及平衡常数的奇异性.