1、大學(xué)化學(xué)課程教學(xué)案例案例一 鐵碳微電解法處理廢水案例二 煤的有效潔凈利用-潔凈煤技術(shù)案例三 藥理活性高分子藥物案例四 金屬的腐蝕與防護(hù)案例五 EDTA及其廣泛應(yīng)用鐵碳微電解法處理廢水電化學(xué)腐蝕在廢水處理中的應(yīng)用 案例一一、應(yīng)用背景1.目前全國(guó)乃至全世界的水污染非常嚴(yán)重。2.引起污染的工業(yè)廢水占總污水量的30%左右，而且大多是高難度廢水比如印染廢水、制革廢水、造紙廢水、電鍍廢水、半導(dǎo)體廢水、倉(cāng)儲(chǔ)化工廢水、硫酸鈉廢水、焦化廢水、冶金廢水、制藥廢水和醇類廢水等。3.工業(yè)廢水的可生化性較低（ BOD/COD小于0.3)，用常規(guī)的生物處理方法往往難以湊效，故要提前進(jìn)行物化處理，以提高廢水的可生化性。二、

2、鐵碳微電解技術(shù)原理1、電化學(xué)原理： 在酸性和曝氣的條件下，鐵屑-碳顆粒之間存在著電位差而形成了無(wú)數(shù)個(gè)細(xì)微原電池。當(dāng)污水通過(guò)含鐵和碳的填料時(shí)，鐵成為陽(yáng)極，碳成為陰極，并有微電流流動(dòng)，形成了千千萬(wàn)萬(wàn)個(gè)微小電池，產(chǎn)生“內(nèi)電解”，發(fā)生腐蝕，也就是氧化還原反應(yīng)： 陽(yáng)極反應(yīng)： Fe-2e-一Fe 2+E(Fe 2+/Fe)=-0.44V陰極反應(yīng)： 2H+2e-H2E (H+/H2)=0.00V當(dāng)有氧氣時(shí)：O2+4H+4e-2H2OE (O2)=1.23VO2+2H2O+4e-4OH-E (O2/OH-)=0.40V2、廢水處理原理（1）絮凝作用由于陽(yáng)極生成的鐵離子與廢水中的氫氧根離子結(jié)合生成氫氧化鐵，有極

3、強(qiáng)的吸附能力，使水得以澄清；鐵離子本身也有混凝作用,它與污染物中帶微弱負(fù)電荷的微粒異性相吸,形成比較穩(wěn)定的絮凝物(也叫鐵泥)而去除；（2）由于有機(jī)物參預(yù)陰極的還原反應(yīng)，使官能團(tuán)發(fā)生了變化改變了原有機(jī)物性質(zhì)，降低了色度，提高了廢水的可生化性；（3）一些無(wú)機(jī)物也參預(yù)反應(yīng)生成沉淀得以去除，如：Fe 2+ +S2-FeS；（4）廢水的膠體粒子和微小分散的污染物受電場(chǎng)作用，產(chǎn)生電泳現(xiàn)象，向相反電荷的電極移動(dòng)，并聚集在電極上使水澄清；（5）陰極生成的氫氣，具有氣浮效應(yīng)。四、處理工藝特點(diǎn)1、 反應(yīng)速率快，一般工業(yè)廢水只需要半小時(shí)至數(shù)小時(shí)；2、 作用有機(jī)污染物質(zhì)范圍廣，如：含有偶氟、碳雙鍵、硝基、鹵代基結(jié)構(gòu)的

4、難降解有機(jī)物質(zhì)；3、 運(yùn)行成本極低，只消耗少量的單質(zhì)鐵（最理想并且價(jià)廉易得的是金屬加工廢料鐵刨花）；4、 使用壽命長(zhǎng)，操作維護(hù)方便，微電解裝置只要定期的添加鐵屑便可，惰性電極不用更換，腐蝕電極每年補(bǔ)充投入兩次；五、適用廢水種類1、 染料、印染廢水；焦化廢水；石油化工廢水；-上述廢水在脫色的同時(shí)，處理水中的BOD/COD值顯著提高。 2、 石油廢水；皮革廢水；造紙廢水、木材加工廢水；-上述廢水處理水后的BOD/COD值大幅度提高。3、 電鍍廢水；印刷廢水；采礦廢水；其他含有重金屬的廢水；-可以從上述廢水中去除重金屬。4、 有機(jī)磷農(nóng)業(yè)廢水；有機(jī)氯農(nóng)業(yè)廢水；-大大提高上述廢水的可生化性，且可除磷，除

5、硫化物背景資料 潔凈煤(CleanCoal)一詞是80年代初期美國(guó)和加拿大關(guān)于解決兩國(guó)邊境酸雨問(wèn)題談判的特使德魯劉易斯(Drew Lewis，美國(guó))和威廉姆戴維斯(WilliamDavis，加拿大)提出的。潔凈煤技術(shù)(Clean Coal Technology，簡(jiǎn)稱CCT)的含義是： 旨在減少污染和提高效率的煤炭加工、燃燒、轉(zhuǎn)化和污染控制等新技術(shù)的總稱。當(dāng)前已成為世界各國(guó)解決環(huán)境問(wèn)題主導(dǎo)技術(shù)之一。中國(guó)潔凈煤技術(shù)主要技術(shù)領(lǐng)域： 按照國(guó)務(wù)院1997年批準(zhǔn)的中國(guó)潔凈煤技術(shù)九五計(jì)劃和2010年發(fā)展規(guī)劃，中國(guó)潔凈煤技術(shù)包含四個(gè)領(lǐng)域、十四項(xiàng)技術(shù)：1)煤炭加工領(lǐng)域：選煤、型煤、水煤漿； 2)煤炭高效燃燒與先

6、進(jìn)發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域：CFBC、PFBC、IGCC； 3)煤炭轉(zhuǎn)化領(lǐng)域：氣化、液化和燃料電池； 4)污染排放控制與廢棄物處理領(lǐng)域：煙氣凈化、電廠粉煤灰綜合利用、煤層氣的開(kāi)發(fā)利用、煤矸石和煤泥水的綜合利用。 （1） 煤的氣化 煤的主要?dú)饣磻?yīng) （2）煤的液化直接液化法煤間接液化工廠藥理活性高分子藥物案例三1 藥用高分子的由來(lái)與發(fā)展 我國(guó)是醫(yī)藥文明古國(guó)，中草藥用于治療生物體疾病的歷史十分悠久，天然藥用高分子的使用要比西方國(guó)家早得多。東漢張仲景（公元142219）在傷寒論和金匱要略中記載的栓劑、洗劑、軟膏劑、糖漿劑及臟器制劑等十余種制劑中，首次記載了采用動(dòng)物膠汁、煉蜜和淀粉糊等天然高分子為多種制劑的賦形劑

7、，并且至今仍然沿用。 早在公元前1500年開(kāi)始，人們就開(kāi)始有意識(shí)地利用植物和動(dòng)物治病。高分子化合物在醫(yī)藥中的應(yīng)用雖然也有相當(dāng)長(zhǎng)的歷史，但早期使用的都是天然高分子化合物，如樹(shù)膠、動(dòng)物膠、淀粉、葡萄糖、甚至動(dòng)物的尸體等。如今，盡管天然高分子藥物在醫(yī)藥中仍占有一定的地位，但無(wú)論從原料的來(lái)源、品種的多樣化以及藥物本身的物理化學(xué)性質(zhì)和藥理作用等方面看，都有一定的局限性，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)發(fā)展的需要。 近一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，通過(guò)有機(jī)合成的方法獲得了大量的低分子藥物，為推動(dòng)全球醫(yī)療事業(yè)起了巨大的作用，在醫(yī)學(xué)史上有著不可磨滅的貢獻(xiàn)。但是，低分子藥物卻同時(shí)存在著很大的副作用。此外，低分子藥物在生物體內(nèi)新陳代謝

8、速度快，半衰期短，易排泄，因而在發(fā)病期間要頻繁進(jìn)藥。過(guò)高的藥劑濃度常常帶來(lái)過(guò)敏、急性中毒和其他副作用。另一方面，低分子藥物對(duì)進(jìn)入體內(nèi)指定的部位也缺乏選擇性，這也是使進(jìn)藥劑量增多、療效較低的原因之一。 在這種背景下，藥用高分子的研究受到了人們的重視。 高分子藥物具有低毒、高效、緩釋和長(zhǎng)效等特點(diǎn)。與生物體的相容性好，停留時(shí)間長(zhǎng)。還可通過(guò)單體的選擇和共聚組分的變化，調(diào)節(jié)藥物的釋放速率，達(dá)到提高藥物的活性、降低毒性和副作用的目的。進(jìn)入人體后，可有效地到達(dá)癥患部位。 合成高分子藥物的出現(xiàn)，不僅改進(jìn)了某些傳統(tǒng)藥物的不足之外，而且大大豐富了藥物的品種，為攻克那些嚴(yán)重威脅人類健康的疾病提供了新的手段。因此以合

9、成高分子藥物取代或補(bǔ)充傳統(tǒng)的低分子藥物，已成為藥物學(xué)發(fā)展的重要方向之一。 實(shí)際上，高分子藥物的應(yīng)用已有悠久的歷史，如激素、酶制劑、肝素、葡萄糖、驢皮膠等都是著名的天然藥理活性高分子。人工合成的藥理活性高分子的研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的歷史不長(zhǎng)，對(duì)許多高分子藥物的藥理作用也尚不十分清楚。但是，由于生物體本身就是由高分子化合物構(gòu)成的，因此人們相信，作為藥物的高分子化合物，應(yīng)該有可能比低分子藥物更易為生物體所接受。 目前，藥理活性高分子藥物的研究工作主要從下面三個(gè)方面展開(kāi)： (1) 對(duì)已經(jīng)用于臨床的高分子藥物，努力搞清其藥理作用。 (2) 根據(jù)已有低分子藥物的功能，設(shè)計(jì)既保留功能、又克服副作用的高分子藥物。

10、 (3) 開(kāi)發(fā)新功能的藥理活性高分子藥物。 近年來(lái)，合成藥理活性高分子藥物的研究工作進(jìn)展很快，已有相當(dāng)數(shù)量的品種進(jìn)人商品市場(chǎng)。 聚乙烯N氧吡啶能溶于水中。注射其水溶液或吸入其噴霧劑，對(duì)于治療因大量吸入含游離二氧化硅粉塵所引起的急性和慢性矽肺病有較好效果，并有較好的預(yù)防效果。研究表明，只有當(dāng)聚乙烯N氧吡啶的分子量大于3萬(wàn)時(shí)才有較好的藥理活性，其低聚物以及其低分子模型化合物異丙基N氧吡啶卻完全沒(méi)有藥理活性。 這可能是由于高分子量的聚乙烯N氧吡啶更容易吸附在進(jìn)入人體的二氧化硅粉塵上，避免了二氧化硅與細(xì)胞成分的直接接觸，從而起到治療和預(yù)防矽肺病的作用。 不少聚氨基酸具有良好的抗菌活性，但其相應(yīng)的低分子

11、氨基酸卻并無(wú)藥理活性。例如表91所示，2.5 g/ml 的聚 L賴氨酸可以抑制 E. Coli 菌（大腸桿菌），但L賴氨酸卻無(wú)此藥理活性，賴氨酸的二聚體的濃度要高至聚L賴氨酸的180倍才顯示出相同的效果。對(duì)S. Aureus菌（金黃色葡萄球菌）的抑制能力基本上也遵循此規(guī)律。表91 聚賴氨酸的抗菌活性名 稱有效投藥量 /(g/ml)E.Coli菌S.Aureus菌L賴氨酸二聚L賴氨酸450聚L賴氨酸2.51聚DL賴氨酸53DL鳥(niǎo)氨酸聚DL鳥(niǎo)氨酸105DL精氨酸聚DL精氨酸105 肝素是生物體中的種多糖類化合物，分子結(jié)構(gòu)中含有SO3-，COO-，及NHSO3-等功能基團(tuán)。它與血液有良好的相容性，具

12、有優(yōu)異的抗凝血性能。模擬它的化學(xué)結(jié)構(gòu)，人工合成的含有這三種功能基團(tuán)的共聚物，同樣具有很好的抗凝血性能。但對(duì)主鏈結(jié)構(gòu)、三種功能基團(tuán)的比例等因素的影響作用，還有待于進(jìn)一步探討。 在生物體內(nèi)，存在一種承擔(dān)防御作用的蛋白質(zhì)干擾素。誘發(fā)生物體的干擾素，要比單純使用外來(lái)藥物更能抵抗疾病的產(chǎn)生和發(fā)展。天然的多糖類化合物對(duì)激發(fā)干擾素有良好作用。合成的陰離子聚合物就是一類能誘發(fā)產(chǎn)生干擾素、激發(fā)產(chǎn)生廣普免疫活性的重要物質(zhì)，具有免疫、抗病毒、抗腫瘤的作用。 在陰離子聚合物中，最引人注目的是由二乙烯基醚與順丁烯二酸酐共聚所得的吡喃共聚物。 吡喃共聚物是一種干擾素誘發(fā)劑，相對(duì)分子質(zhì)具有廣泛的生

13、物活性。它能直接抑制多種病毒的繁殖，有持續(xù)的抗腫瘤活性，可用于治療白血病、肉瘤，泡狀口腔炎癥、腦炎等。它還有良好的抗血凝性，有促進(jìn)肝中钚的排除的功能。 它的抗腫瘤活性與它能活化巨噬細(xì)胞有關(guān)。吡喃共聚物的毒性比其他許多陰離子聚合物低得多，但用于臨床試驗(yàn)仍然偏高，因此，作為抗癌藥物，仍有許多研究工作要做。 順丁烯二酸酐與其它單體合成的各種共聚物的藥理活性差別很大，如順丁烯二酸酐與苯乙烯的共聚物完全無(wú)吡喃共聚物的功能。分子量的影響也很大，如上述吡喃共聚物當(dāng)相對(duì)分子質(zhì)量低于5萬(wàn)時(shí)，藥理活性消失。吡喃共聚物誘發(fā)干擾素的活性不如天然的多糖類化合物，但長(zhǎng)效性和持續(xù)性則好得多。 金屬的腐蝕與防護(hù)案例四 鋼鐵生

14、銹（鐵銹的主要 成分是Fe2O3xH2O） 銅器表面生成一層薄薄的銅綠 Cu2(OH)2CO3金屬的腐蝕與防護(hù)金屬或合金跟周圍接觸到的氣體或液體進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而腐蝕損耗的過(guò)程，即為金屬的腐蝕。其本質(zhì)是金屬原子失去電子被氧化的過(guò)程。化學(xué)腐蝕電化腐蝕條件金屬跟非金屬單質(zhì)直接接觸不純金屬或合金跟電解質(zhì)溶液接觸現(xiàn)象無(wú)電流產(chǎn)生有微弱電流產(chǎn)生本質(zhì)金屬被氧化較活潑金屬被氧化聯(lián)系兩者往往同時(shí)發(fā)生，電化腐蝕更普遍金屬的腐蝕 電化學(xué)腐蝕的定義 鋼鐵的電化學(xué)腐蝕示意圖 不純的金屬（或合金）跟電解質(zhì)溶液接觸時(shí)，會(huì)發(fā)生原電池反應(yīng)，比較活潑的金屬失去電子而被氧化，這種腐蝕叫做電化學(xué)腐蝕。鋼鐵在潮濕的空氣中所發(fā)生的腐蝕是電化

15、學(xué)腐蝕最突出的例子。金屬的電化學(xué)腐蝕的本質(zhì)氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分兩極進(jìn)行，較活潑的金屬被腐蝕 a.構(gòu)成原電池條件有電解質(zhì)溶液有活性不同的兩極有閉合回路 b、原電池電極的判斷：負(fù)極-失電子發(fā)生氧化反應(yīng)的電極正極得電子發(fā)生還原反應(yīng)的電極d.)電極反應(yīng)的書(shū)寫(xiě)；找出兩極放電的物質(zhì)分析放電后的產(chǎn)物是否與溶液中的溶質(zhì)反應(yīng)知識(shí)回顧：電子如何流動(dòng)形成電通路；電子流出的一極為負(fù)極,電子流入的一極為正極鋼鐵的兩種腐蝕相同點(diǎn)和不同點(diǎn)析氫腐蝕吸氧腐蝕形成條件水膜酸性較強(qiáng)水膜酸性很弱或呈中性電解質(zhì)溶液溶有CO2的水溶液溶有O2的水溶液負(fù)極Fe負(fù)極反應(yīng)Fe2eFe2正極C正極反應(yīng)2H2eH22H2O+O2+4e=4OH-電

16、子如何流動(dòng)形成電通路Fe失e成為Fe2進(jìn)入溶液Fe失去的e流入C極，H趨向于C極與C極上的e結(jié)合成H2析出溶液Fe失e成為Fe2進(jìn)入溶液Fe失去的e流入C極，在C極O2獲得e成為OH-進(jìn)入溶液最終腐蝕產(chǎn)物鐵銹（Fe2O3的復(fù)雜水合物）普通性吸氧腐蝕比析氫腐蝕更普通金屬腐蝕的防護(hù)讓我們來(lái)看一看自行車的防護(hù)措施自行車的防腐措施在鏈條和齒輪上涂機(jī)油； 在車架和擋泥板上烤一層漆； 將車座彈簧用一層“烤藍(lán)”(四氧化三鐵保護(hù)層)保護(hù)； 將車把、鋼圈和車輻條進(jìn)行電鍍；用不銹鋼制作車輻條； 用鋁合金代替鋼鐵制作一些構(gòu)件等。 海邊的鐵制品比較容易生銹，為什么？ 水線腐蝕（氧濃差腐蝕）常用的金屬防護(hù)方法健身器材刷

17、油漆以防銹某些工具的“機(jī)械傳動(dòng)部位”選用油脂來(lái)防銹，為什么不能用油漆油漆層容易脫落衣架和電線的外面包上一層塑料層自行車的鋼圈和車鈴是在鋼上鍍上一層既耐腐蝕又耐磨的Cr 用犧牲鎂塊的方法來(lái)防止地下鋼鐵管道的腐蝕，鎂塊要定期更換金屬的防護(hù)方法三種防銹方法都有優(yōu)缺點(diǎn)： 方法a(涂油漆)：優(yōu)點(diǎn)是成本較低缺點(diǎn)是油漆層容易脫落，保護(hù)作用一般，不太適合大橋要使用多年的要求，而且也不適合在風(fēng)景區(qū)使用。方法b(使用鍍鉻的鋼)：優(yōu)點(diǎn)是保護(hù)作用優(yōu)良，外表美觀，適宜在風(fēng)景區(qū)使用。方法c(使用不銹鋼)：優(yōu)點(diǎn)是保護(hù)作用優(yōu)良，外表美觀，但成本較高，應(yīng)酌情考慮。 金屬的腐蝕對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來(lái)的損失是驚人的，據(jù)70年代美國(guó)的一份統(tǒng)

18、計(jì)報(bào)告，全世界每年由于腐蝕而報(bào)廢的金屬設(shè)備和材料，約相當(dāng)于金屬年產(chǎn)量的1/3，至于因設(shè)備腐蝕損壞而引起的停工減產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量下降、污染環(huán)境、危害人體健康甚至造成嚴(yán)重事故的損失，就更無(wú)法估計(jì)了。 有志者可選擇這方面的課題研究，一定會(huì)大有作為；一旦有新的突破，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)影響，必將是巨大的。 金屬腐蝕的危害和金屬防護(hù)的重要意義EDTA及其廣泛應(yīng)用EDTA的分子結(jié)構(gòu) EDTA是乙二胺四乙酸(Ethylene Diamine Tetraacetic Acid) 的簡(jiǎn)稱。 在常溫常壓下， EDTA是白色無(wú)臭無(wú)味、無(wú)色結(jié)晶性粉末，熔點(diǎn)240(分解)。不溶于冷水、醇及一般有機(jī)溶劑，微溶于熱水，溶于氫氧

19、化鈉，碳酸鈉及氨的溶液中，能溶于160份100沸水。其堿金屬鹽能溶于水。 EDTA是螯合劑的代表性物質(zhì)。能和堿金屬、稀土元素和過(guò)渡金屬等許多金屬離子形成水溶性螯合物。由于這些螯合物含有多個(gè)五元環(huán)，所以具有很高的穩(wěn)定性。EDTA在水溶液中存在著多種形式，而且各種形式的濃度大小與溶液的pH值有關(guān)。 由于可以與元素周期表里的 、 、鑭系、錒系等金屬元素的離子形成配位化合物，所以，在化學(xué)分析領(lǐng)域， EDTA被廣泛用作定量測(cè)定金屬離子的滴定劑，也是分析過(guò)程中分離和掩蔽金屬離子的常用配位劑。例如天然水中的Ca2+就可以采用EDTA滴定法分析進(jìn)行 測(cè)定。 滴定前： Ca2+ + HIn2- = Ca-In-

20、 (紅色) + H+ 終點(diǎn)時(shí)：Ca-In- (紅色) + H2Y2- =CaY2- (無(wú)色) + HIn2-（藍(lán)色） 主反應(yīng)： Ca2+ + H2Y2- = CaY2- (無(wú)色) + 2H+ 滴定至溶液由紅色變?yōu)樗{(lán)色時(shí)，即為終點(diǎn)。 測(cè)定過(guò)程中， Fe3+、Al3+等離子的干擾可用三乙醇胺進(jìn)行掩蔽；Cu2+、Pb2+、Zn2+等重屬離子，可用KCN、Na2S或巰基乙酸予以掩蔽。 此外， EDTA還有許多的用途，如可用作彩色感光材料沖洗加工的漂白定影液、染色助劑、纖維處理助劑、化妝品添加劑、血液抗凝劑、洗滌劑、穩(wěn)定劑、合成橡膠聚合引發(fā)劑；也是水的處理劑；同時(shí), EDTA也可用來(lái)使有害放射性金屬?gòu)娜?/p>

21、體中迅速排泄，而起到解毒作用；在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上， EDTA可用作噴霧劑。 EDTA由乙二胺與一氯乙酸在堿性溶液中縮和或由乙二胺、氰化鈉和甲醛水溶液作用而得。 EDTA與金屬離子結(jié)合形成的配合物 EDTA能與許多金屬離子形成具有特殊用途的配合物,如還有許多的用途，如EDTA二鈉鈣、 EDTA二鈉鹽 、EDTA鐵鈉等。 EDTA二鈉鹽是一種重要絡(luò)合劑，用于絡(luò)合金屬離子和分離金屬，本品用作彩色感光材料沖洗加工的漂白定影液，及染色助劑、纖維處理劑、化妝品添加劑、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)化學(xué)微肥生產(chǎn)、血液抗凝劑、絡(luò)合劑、洗滌劑、穩(wěn)定劑、合成橡膠、聚合引發(fā)劑和重金屬定量分析劑等。在丁苯橡膠聚合用氯化還原引發(fā)系統(tǒng)中，EDTA二鈉作為活性劑的組成部分,主要用于 絡(luò)合鐵離子，控制聚合反應(yīng)速度。EDTA二鈉鈣分子式