生物化工的主要特點范文
時間:2023-12-14 17:50:09
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篇1
綠色化學又稱綠色技術、環境無害化學、環境友好化學、清潔化學。綠色化學即是用化學及其它技術和方法去減少或消除那些對人類健康、社區安全、生態環境有害的原料、催化劑、溶劑、試劑、產物、副產物等的使用和產生。
化學可以粗略地看作是研究從一種物質向另一種物質轉化的科學。傳統的化學雖然可以得到人類需要的新物質,但是在許多場合中卻既未有效地利用資源,又產生大量排放物,造成嚴重的環境污染。綠色化學則是更高層次的化學,它的主要特點是“原子經濟性”,即在獲得物質的轉化過程中充分利用每個原料原子,實現“零排放”,因此既可以充分利用資源,又不產生污染。傳統化學向綠色化學的轉變可以看作是化學從“粗放型”向“集約型”的轉變。綠色化學可以變廢為寶,可使經濟效益大幅度提高。綠色化學已在全世界興起,它對我國這樣新興的發展中國家更是一個難得的機遇。
一、采用無毒、無害并可循環使用的新物料
1.原料選擇
工業化的發展為人類提供了許多新物料,它們在不斷改善人類物質生活的同時,也帶來大量生活廢物,使人類的生活環境迅速惡化。為了既不降低人類的生活水平,又不破壞環境,我們必須研制并采用對環境無毒無害又可循環使用的新物料。
以塑料為例,據統計,到1989年美國在包裝上使用的塑料就超過55.43億kg(20世紀90年代數量進一步上升),打開包裝后即被拋棄,這些塑料廢物破壞環境是我們面臨的一大問題:掩埋它們將永久留在土地里中;焚燒它們會放出劇毒。
我國也大量使用塑料包裝,而且在農村還廣泛地使用塑料大棚和地膜,造成的“白色污染”也越來越嚴重。解決這個問題的根本出路在于研制可以自然分解或生物降解的新型塑料,目前國際上已有一些成功的方法,例如:光降解塑料和生物降解塑料。前者已經投入生產。光生物雙降解塑料研究是我國“八五”科技攻關的一個重大項目,已取得一些進展。
2.溶劑的選擇
大量的與化學制造相關的污染問題不僅來源于原料和產品,而且源自在其制造過程中使用的物質。最常見的是在反應介質,分離和配方中所用的溶劑。在傳統的有機反應中,有機溶劑是最常用的反應介質,這主要是因為它們能較好地溶解有機化合物。但有機溶劑的毒性和難以回收又使之成為對環境有害的因素。因此,在無溶劑存在下進行的有機反應,用水作反應介質,以及超臨界流體作反應介質或萃取溶劑將成為發展潔凈合成的重要途徑。
固相反應
固相化學反應實際上是在無溶劑化作用的新穎化學環境下進行的反應,有時可比溶液反應更為有效并達到更好的選擇性。它是避免使用揮發性溶劑的一個研究動向。
以水為溶劑的反應
由于大多數有機化合物在水中的溶解性差,而且許多試劑在水中會分解,因此一般避免用水作反應介質。但水作為反應溶劑有其獨特的優越性,因為水是地球上自然豐度最高的“溶劑”,價廉、無毒、不危害環境。此外水溶劑特有的疏水效用對一些重要有機轉化是十分有益的,有時可提高反應速率和選擇性,更何況生命體內的化學反應大多是在水中進行的。水相有機合成在有機金屬類反應,水相Lewis酸催化的反應現都已取得較大進展。因此在某些有機化學反應中,開發利用以水作溶劑是大有可為的。
超臨界流體作為有機溶劑
超臨界流體是指超臨界溫度及超臨界壓力下的流體,是一種介于氣態與液態之間的流體。在無毒無害溶劑的研究中,最活躍的研究項目是開發超臨界流體(SCF),特別是超臨界CO2作溶劑。超臨界CO2是指溫度和壓力在其臨界點(31.10℃,7 477.79KPa)以上的CO2流體。它通常具有流體的密度,因而有常規常態溶劑的溶解度;在相同條件下,它又具有氣體的粘度,因而又具有很高的傳質速度。而且,由于具有很大的可壓縮性,流體的密度,溶劑溶解度和粘度等性能可由壓力和溫度的變化來調節。其最大優點是無毒、不可燃、價廉等。
3.催化劑的選擇
許多傳統的有機反應用到酸、堿液體催化劑。如烴類的烷基化反應一般使用氫氟酸、硫酸、三氯化鋁等液體酸做催化劑,這些液體酸催化劑的共同缺點是:對設備腐蝕嚴重,對人身危害和產生廢渣污染環境。為了保護環境,多年來人們從分子篩、雜多酸、超強酸等新催化材料入手,大力開發固體酸做為烷基催化劑。其中采用新型分子篩催化劑的乙苯液相烴化技術較為成熟,這種催化劑選擇性高,乙苯收率超過99.6%,而且催化劑壽命長。
二、化學反應的綠色化
為了節約資源和減少污染,合成效率成了當今合成方法學研究中關注的焦點。合成效率包括兩方面,一是選擇性(化學、區域、非對映體和對映體選擇性),另一個就是原子經濟性,即原料分子中究竟有百分之幾的原子轉化為產物,理想的原子經濟反應是原料分子中的原子百分之百的轉變為產物,不產生副產物或廢棄物,實現廢物的“零排放”。為此,化學化工工作者在設計合成路線時,要減少“中轉”、增加“直快”、“特快”,更加經濟合理地利用原料分子中的每一個原子,減少中間產物的形成,少用或不用保護基或離去基,避免副產物或廢棄物的產生。實現原子經濟反應的有效手段很多,在些不作贅述。
三、生物技術的應用
生物科學是當代科學的前沿。生物技術是世界范圍內新技術革命的重要組成部分,生物化工是21世紀最具有發展潛力的產業之一,它將成為創造巨大社會財富的重要產業體系。采用生物技術已在能源、采油、采礦、肥料、農藥、蛋白質、聚合物、表面活性劑、催化劑、基本有機化工原料、精細化學品的制造等方面得到廣泛應用。從發展綠色化學的角度出發,它最大的特點和魅力就在節約能源和易于實現無污染生產而且可以實現用一般化工技術難以實現的化工過程,其產品常常又具有特殊性能。因此,生物技術的研究和應用倍受青睞。
篇2
【關鍵詞】生物工程;培養方案;分類人才培養模式
生物工程專業是教育部于1998年正式成立的專業,包括生物化學工程、微生物制藥、發酵工程、生物化工等專業,并且首次將生物工程列為本科專業目錄中工學門類中的一種,與化學工程、輕工等并列,對生物技術領域產業化發展以及人才培養都具有極其重要意義[1,2]。隨著時展生物工程已經逐漸發展成主導性產業,在國家產業結構調整和經濟增長中扮演不可或缺的角色,必將成為國家大力發展生產力,實現跨越式發展極大的推動力。生物工程專業發展迅速,但近年大規模擴招和許多學校現有辦學條件的限制,致使生物工程專業建設主要存在以下問題:(1)教學資源緊張且師資薄弱,教學質量方面出現較多問題,更為重要的是經費嚴重不足導致辦學力不從心;(2)由于目前生物工程沒有形成大規模的產業化,許多高校又增設了生物工程專業,導致畢業生就業出現困境;(3)生物工程本科專業為一級學科,但卻沒有生物工程碩士和博士點,從而導致本科和研究生教育出現脫勾現象,對于生物工程領域高素質、高水平人才培養非常不利,為此應加快生物工程碩士和博士點建設,切實制定相應的質量標準,加強專業建設和人才培養模式的研究,培養滿足社會需求的各種規格的生物工程專業人才是當務之急。目前部分高校也實行創新型、復合型或應用型人才培養模式,但是同一個專業只實行一種培養模式,一種培養方案,學生入校后,只能按照事先設計好的培養方案和課程體系去學習,學生卻沒有選擇余地,結果導致同一專業培養出來的學生規格全國差不多[3-5]。而社會同一行業用人單位對同一專業的學生要求卻不同,即雖然來自同一專業畢業生,其工作崗位性質要求是不同的,然而學生在學校培養規格基本一樣,這樣的畢業生就不能滿足社會同一行業不同性質崗位的需要。比如現行生物工程專業按照教育部教學指導委員會制定的規范要求,生物工程專業按照應用型人才培養模式進行培養,而學生畢業后有的出國、有的考研、有的到研究性質的單位、有的到技術崗位、有的到本專業管理崗位工作等等。如果按照應用型人才培養模式和與之配套的培養方案和課程體系進行培養,這樣的畢業生是無法滿足上述這些不同崗位工作的要求。所以說現實社會中,需要各種培養規格的生物工程專業人才,如研發型人才、技術型人員、專業管理人才、教學型人才等不同規格的各類人才。因此,必須對人才培養模式加大研究力度,培養不同規格的人才,以滿足社會和學生本人的需求,從而培養出高質量的人才,進而適應日益激烈的人才市場競爭。為此,我們確定了以就業為導向、以工科為背景、以化工學科為優勢、以生物學科為基礎,制定滿足社會需求的生物工程專業培養方案,并根據社會需求、生源質量和未來就業方向提出一種新型的人才培養模式——分類人才培養模式(研究型、應用型、復合型),在學生個性化下功夫,培養滿足社會同一行業不同單位對不同規格的生物工程專業人才需求。我院圍繞學校的辦學定位和特色專業建設目標,認真總結專業辦學經驗,深入開展本專業人才需求調查和分析,進一步明確新形勢下本專業在人才培養中對于創新能力和自身素質要求,對人才培養方案不斷進行優化,突出專業特色。以增強人才創新性、實踐性、前瞻性和適應性作為根本原則,構建合理的課程體系和教學計劃,并做到持續改進,以保證課程體系和教學計劃適應企業、行業、社會對人才需求的變化。著重建設實踐教學環節,重點培養學生的實踐能力,強化學生獨立獲取知識、終身學習的能力和綜合素質的培養,真正為企業提供高素質的對口人才。
1拓寬專業口徑,制定生物工程專業創新型人才培養方案
1.1準確定位生物工程專業創新型人才培養目標
緊密追隨社會經濟發展需要,按照企業和市場需要不斷調整和重組現有專業,使生物工程專業更好的適應國家產業結構調整和經濟發展。另外要不斷拓寬就業基礎,著重增強創新能力和高素質的人才培養,改變過去專業意識強和“填鴨式”的知識傳授,按照社會發展需要使人才的知識能力和素質結構更加合理。從而提高學生的綜合知識結構體系。遵循“橫向拓寬,縱向理順,加強基礎,調整結構,更新內容,精簡學時,突出實踐”的原則,并根據吉林化工學院本科專業培養方案修訂的原則和意見,重新構建培養方案,使其更加符合人才培養需要,其主要特點是:(1)注重知識能力和素質的協調發展,培養目標更加明確;特別是增加了本科生在讀期間,必須修滿4個創新教育學分,否則不能畢業;(2)明確主干課程的同時重點建設實踐教學環節;(3)拓寬專業口徑,把注意力放在創新能力的培養;(4)采用3+1模式,即大一到大三學年主要學習理論知識,大四學年重點進行實踐環節教學。新培養方案更加符合人才培養目標,有利于提高人文素養和科學素質,符合新時代對于學生德智體美全面發展要求,對于學生實踐和創新能力的培養打下堅實基礎。由此,我們確定了生物工程專業創新型人才的培養目標:培養具有正確世界觀、人生觀和價值觀德智體美全面發展的高素質創新型人才;具有扎實的理化知識、社科知識和人文素養;具有較高的外語水平和計算機應用能力,具有學會學習和較強的實踐能力;能夠掌握生物工程與技術領域的基本理論和技能,從而成為在該領域從事技術研究和產品開發以及生產管理等方面的應用型人才。
1.2明確生物工程專業分類人才(研究型、應用型、復合型)培養要求
以“注重素質、強化基礎、拓寬口徑、增強能力、開拓創新”為教學指導思想,融業務培養與素質教育為一體,融知識傳授與能力培養為一體,融教學與科研為一體,培養素質高、基礎厚、知識寬、能力強和具有創新精神的生物工程技術人才,并對素質結構、能力結構和知識結構均做了明確的要求。對于素質結構要求具備較高的思想道德素質、較高的文化素質、良好的專業素質和良好的身心素質,只有具備健全人格、人文素養、創新意識和創新精神以及良好的心理素質才能發展成為高素質的人才。對于能力結構要求具備獲取知識的能力、應用知識能力和創新能力。只有具備這些能力才能在相關領域進行獨立研發和生產設計,才能運用創造性思維進行科研開發。對于知識結構要求具備自然科學知識、人文社會科學知識、工具性知識、專業基礎知識、生物工程專業知識、工程技術知識和管理知識。只有掌握這些基本的理論和知識才能熟練解決生產實踐中遇到的問題,才能成長為社會發展需要的研究型、應用型、復合型人才。
2注重課程建設,建立科學、可行的創新人才培養的課程體系和教學內容體系,修訂與之適應的教學大綱
按照拓寬就業基礎和增強創新能力和高素質人才培養的思路重新設計教學計劃,綜合考慮學生知識能力和素質結構的協調發展,改變過去專業意識強和各門課程相互獨立現象,增強不同學科間的交叉融合,積極推進教學內容和手段的改革。新的課程體系既體現了學科交叉融合和文理工滲透也體現了上下游技術結合。設置的課程選擇性更強,專業任意選修課由原來的14門增加至20門,并且強化實踐教學環節,突出各專業主干課程綜合大實驗的重要性,設置了《基因工程綜合實驗》、《細胞工程綜合實驗》、《生物分離工程綜合實驗》等綜合大實驗課程,并增加了《發酵工程課程設計》。增設文獻檢索與科技論文寫作、英語聽力課。同時修訂生物工程專業課程教學大綱。并確定重點建設《基因工程》、《生物化學》、《微生物學》、《生物分離工程》等課程,每門課程均設課程負責人,由課程負責人制定本門課程的教學大綱及組織課堂教學。另外,加強教材建設,制訂“生物工程專業教材選用原則”,優先選用教育部獲獎教材、優秀教材、規劃教材、面向21世紀課程教材、引進國外優秀教材的中文譯本、高等教育出版社和科學出版社近3年出版的教材。同時學院編寫了生物類優秀教材推薦目錄,供任課教師在征訂教材時參考。
3更新實踐教學內容,構建培養創新精神和實踐能力的實踐教學體系
生物學是一門實驗科學,而生物工程專業是生命科學從實驗室研究通向工業生產的橋梁。所以,我們高度重視實踐教學環節的建設,充分發揮科研的支撐作用,合理安排實驗課程、課程設計、專業實習和畢業論文等教學環節,建立一定的研發訓練體系;而全程導師制的實施,進一步提高了大學生課外創新實踐活動的質量,貫徹了“全人教育”的思想,保證了本專業培養目標的實現。
3.1結合生物學科特點,統籌安排實驗教學
生物工程專業原來專業基礎實驗課大多為驗證性實驗,這樣不利于交叉學科、前沿學科內容的引入,更不利于學生分析和解決問題能力的提高。為此,重新構建了實驗課程教學內容,優化了實驗教學體系內容,增加了綜合和設計性實驗。將所有實驗課分為專業基礎實驗和生物工程綜合大實驗兩大類,按照由易到難、由簡單到復雜的特點組織教學,突出實驗教學的綜合性和創新性。按照新思路,我們將生物學基礎實驗課程內容按基本技術、宏觀水平、細胞水平和分子水平四個層次重新組合,優化課程體系,打破課程界限,內容合理銜接,由易到難,避免重復;將實驗課程分為學科基礎實驗、專業基礎實驗和專業綜合實驗三大類,使本專業的實驗教學具有基礎性、系統性、綜合性和先進性。另外重視學生的求知欲和探究精神,鼓勵學生進行獨立研究并營造一個寬松的環境,著重培養學生的創新能力。引領學生積極參與到導師的科研課題以及各種學術講座和Semi-nar形式的學術活動,這樣學生才能充分了解本領域的發展前沿,從而使其明了自己的研究方向,增強了他們的創新意識和實踐能力,最終成為具有創新能力的應用型人才。
3.2建立“四個三”實踐教學體系,符合學生認知規律
實行“四個三”實踐教學體系,即三個實驗層次:宏觀水平、細胞水平、分子水平;三種實驗類型:基本驗證實驗、專業綜合實驗、研究設計實驗;三種教學途徑:必修實驗、開放實驗、創新實驗;三種考核方式:實驗習慣養成和基本儀器使用、實驗報告、實驗操作考核。通過“四個三”實踐教學實施使學生充分認識了各門課程的內在聯系,極大地培養了學生的創新思維,推動了學生進行獨立研究從而培養了他們的創新意識和實踐能力,實現了知識能力和素質的協調發展。
3.3尊重教師科研背景,理論實驗同步建設
我們充分尊重教師的科研背景,使課程或部分教學內容與教師科研方向一致,使之能將科研成果及時融入理論與實驗教學。由主講理論課程的教師總體負責對應實驗課程的建設,使之合理銜接,內容融匯貫通,從而促進了課程的整合和理論、實驗教學內容的更新。
3.4技術方法合理綜合,內容與科研、生產有機結合
根據實驗內容的內在聯系,科學綜合實驗技術和實驗方法,基本技術不計學時學分,實行實驗室開放性訓練,合格者方可進入實驗環節。結合“本科生創新教育基金項目”引入科研成果和社會應用項目,為學生開出設計創新性實驗。另外導師將個人的科研成果進行重新設計轉化為學生能夠操作的綜合性大實驗,通過學生再現科研成果可使學生明白科研成果必須能夠復現并且經得起推敲,從而大大增強了學生的科研興趣。逐步實現了與教師科研課題相結合的基礎實驗技能化、實驗平臺多元化、實驗思維科研化、培養過程個性化的實驗教學體系。
4結束語
教育是社會進步和經濟發展的奠基工程。教育的產品——人才已經成為未來社會的焦點,為此,如何培養出一專多能、幾專多能的高質量的人才來滿足形勢發展的需要,已是擺在高等教育面前十分突出的重要課題。目前部分高校也實行創新型、復合型或應用型人才培養模式,但是同一個專業只實行一種培養模式,一種培養方案,學生入校后,只能按照事先設計好的培養方案和課程體系去學習,學生卻沒有選擇余地,結果導致同一專業培養出來的學生規格全國差不多。而社會同一行業用人單位對同一專業的學生要求卻不同,即雖然來自同一專業畢業生,其工作崗位性質要求是不同的,然而學生在學校培養規格基本一樣,這樣的畢業生就不能滿足社會同一行業不同性質崗位的需要。現實社會中,需要各種培養規格的生物工程專業人才,如研發型人才、技術型人員、專業管理人才、教學型人才等不同規格的各類人才。因此,必須對人才培養模式加大研究力度,培養不同規格的人才,以滿足社會和學生本人的需求,從而培養出高質量的人才,進而適應日益激烈的人才市場競爭。因此生物工程專業建設應抓住機遇創新發展,不斷地探索改革培養方案,最終實現培養生物工程領域研究型、應用型、復合型人才的目的。
參考文獻
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