炭素材料在环境工程专业综合实验改革中的探讨

炭素材料是一类以碳元素为主要成分的材料，包括活性炭、活性炭纤维、纳米碳管、富勒烯、炭分子筛、石墨烯等。由于炭素材料多具有耐热、抗腐蚀、无毒无害、不会造成二次污染、可再生循环利用等一系列的优点，使其在大气污染治理、水污染治理等环保领域发挥了重要的作用[1-7]。例如，在石化行业挥发性有机物(VOCs)治理、双氧水工业苯系物回收、2005年我国北方某石化企业爆炸引起的松花江污染治理等工程实践中，炭素材料的应用均发挥了重要的作用。炭素材料应用技术不仅成为环境保护领域的一项重要内容，而且也成为环境工程学科的一个重要分支。随着我国近年来各类环境污染问题的日益突出，炭素材料在未来环境保护领域的应用和在环境工程学科中的地位将进一步得到提升与加强。

目前我国很多高校的硕士、博士研究生培养体系中已涵盖了炭素材料的研发与应用这一方向。但比较而言，在本科生培养体系中，特别是在环境工程学科领域内，对炭素材料技术的学习内容较少，一般以相关理论课程某一章节的内容出现，例如“大气污染控制工程”课程中的“废气吸附设备”章节、“废水处理工程”课程中的“吸附”章节等，内容也只是一些简单的概念性介绍，而缺乏实验方面的教学内容。通过对环境工程专业理论和实验教学的深入思考，并结合多年来从事炭素材料技术科研工作的经验[8-9]，尝试将炭素材料技术引入到“环境工程专业综合实验”课程之中，既可以丰富环境工程专业实验课程的学习内容，又可以普及和推广炭素材料技术的基础知识，在促进环境工程专业学生全面发展方面发挥积极的促进作用。

1 综合性实验课程改革思路

环境工程专业不仅需要相关理论课程的学习，同时也非常注重学生动手实践能力的培养[10]。我校环境与安全工程系环境工程专业在常规理论教学的基础之上，设立了学生综合实验课程，即在大四上学期将学生分成若干小组，每组人数5～8人，然后由教师为每组学生指定一项综合性实验题目，小组成员分工协作，共同完成这一题目的实验性课程。

传统的综合实验课程题目主要侧重于大气、水中污染物质的监测，例如大气中 SO2、NOx、VOCs、颗粒物或废水中 COD、BOD、石油类、苯系物、氨氮、挥发酚等污染因子的监测，然后学生通过监测方法文献查阅、实验方案确定、监测样品采集及实验试剂配制、实验数据测定分析、完成实验报告等环节完成实验课程。从以往综合实验课程的实施和学生对该实验课程的意见反馈来看，尽管该课程有效提高了学生在环境工程监测方面的动手能力，但是学生也经常会提出对于超过环境质量标准或污染物排放标准的废气、废水如何进行处理的问题，也就是说传统的综合实验课程缺乏和忽视了废气和废水治理方面的课程内容。针对上述问题，对传统的综合实验课程内容进一步进行调整与改革，在学习环境监测技术的基础上，将一些环境治理实用技术引入到该课程中来，是未来发展的重要方向。

针对目前污染治理技术种类繁多、适用领域各异的特点，以及仅仅通过一门综合实验课程无法覆盖所有技术领域的实际情况，课程组讨论分析认为，应选择易操作、实验过程相对简单、实验室易完成的实用污染治理技术进行课程改革实践。炭素材料技术在环境工程领域的实践中已发挥了重要的作用，而且与其他实用技术，如废气治理中的脱硫脱硝、废水治理中的物化、生化处理等技术相比，具有操作相对简单、实验过程易控制、对实验条件和设备要求相对不高的特点，课程组尝试将炭素材料技术融入到环境工程专业综合实验课程中来，不仅使综合实验课程体系更加完整，更为重要的是，可以让环境工程专业的学生掌握和了解一些污染治理实用技术，提高学生的综合应用能力。同时课程实验内容能够与课程组长期从事的炭素材料研发与应用研究的科研工作相结合，克服目前高校普遍存在的科研与课程教学脱节的弊端，这也与科研、教学工作接轨互融、相互促进的高等教育发展理念相一致[11]。

2 引入炭素材料技术的思路设计

将炭素材料技术引入到综合实验课程体系后，保留原有部分大气监测、水监测实验内容，并在此基础上后续增加了利用炭材料技术对废水、废气中目标污染物进行脱除的实验内容。

综合实验课程首先将学生分成3个大组，即废气组、废水组和材料组，然后由课程组教师分别确定各组的实验内容。总的来说，废气组和废水组分别负责废气、废水样品的配制、监测及目标污染物去除的实验研究，而材料组主要负责炭素材料的选用、材料性质分析以及在废气、废水净化中的作用的分析。课程时间安排为4周。

文章来源：《汽车实用技术》 网址: http://www.qcsyjs.cn/qikandaodu/2020/0912/536.html