《二氧化碳轉(zhuǎn)化原理與技術(shù)》教學(xué)大綱SyllabusofCO2ConversionandUtilization課程基本信息CourseInformation課程名稱CourseName二氧化碳轉(zhuǎn)化原理與技術(shù)CO2ConversionTheoryandTechnology開課學(xué)院School專業(yè)負(fù)責(zé)人MajorLeader課程負(fù)責(zé)人TeamLeader課程團(tuán)隊(duì)CourseTeam 課程性質(zhì)CourseCharacter課程編碼CourseCode學(xué)分Credits4總學(xué)時TotalHours64理論學(xué)時LectureHours64實(shí)驗(yàn)學(xué)時ExperimentHours/自主學(xué)時OthersHours/實(shí)踐周數(shù)PracticeWeeks/適用專業(yè)Audience碳儲科學(xué)與工程、碳中和科學(xué)與工程授課語言LanguageofInstruction中文先修課程Prerequisite無機(jī)與分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、工業(yè)催化、化工原理課程簡介CourseDescription二氧化碳轉(zhuǎn)化與利用是碳儲科學(xué)與工程、碳中和科學(xué)與工程專業(yè)的一門專業(yè)必修課。課程結(jié)合二氧化碳化學(xué)轉(zhuǎn)化過程特點(diǎn)，對二氧化碳的化學(xué)轉(zhuǎn)化和利用進(jìn)行解析。通過課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握以二氧化碳為原料制備化學(xué)產(chǎn)品的獨(dú)特原理和工藝路徑，為學(xué)習(xí)二氧化碳制化學(xué)品和材料過程中的反應(yīng)、催化、分離等前沿知識奠定一定的基礎(chǔ)。本課程將培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立從事二氧化碳轉(zhuǎn)化利用相關(guān)科研工作的基本能力，為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)碳儲科學(xué)與工程、碳中和科學(xué)與工程專業(yè)課程以及從事相關(guān)研究工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。課程的主要內(nèi)容包括：二氧化碳熱催化轉(zhuǎn)化、光催化轉(zhuǎn)化、電催化轉(zhuǎn)化、高溫電解技術(shù)及光電催化轉(zhuǎn)化、生物化學(xué)轉(zhuǎn)化等，涉及基本催化轉(zhuǎn)化過程、轉(zhuǎn)化原理、反應(yīng)路徑、典型催化劑及技術(shù)工藝等專業(yè)內(nèi)容。CO2ConversionandUtilizationisacompulsorycourseforthemajorofcarbonstoragescienceandengineeringandcarbonneutralityscienceandengineering.Thecoursecombinesthecharacteristicsofcarbondioxidechemicalconversionprocesstoanalyzethechemicalconversionandutilizationofcarbondioxide.Throughthestudyofthecourse,studentswillmastertheuniqueprincipleandprocesspathofpreparingchemicalproductswithcarbondioxideasrawmaterial,andlayacertainfoundationforlearningthefrontierknowledgeofreaction,catalysisandseparationintheprocessofproducingchemicalsandmaterialswithcarbondioxide.Thiscoursewillcultivatestudents'basicabilitytoindependentlyengageinresearchrelatedtocarbondioxideconversionandutilization,andlayasolidfoundationforstudentstolearnsubsequentcoursesofcarbonstoragescienceandengineeringandengageandcarbonneutralityscienceandengineeringinrelatedresearch.Themaincontentofthecourseincludes:thermalcatalyticconversion,photocatalyticconversion,electrocatalyticconversion,high-temperatureelectrolysistechnology,photoelectriccatalyticconversionandbiochemicalconversion,etc.Thebasiccatalyticconversionprocess,conversionprinciple,reactionpath,typicalcatalystsandtechnicalprocessandotherprofessionalcontentareinvolved.一、課程目標(biāo)（LearningOutcomes）課程目標(biāo)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)目標(biāo)1：（工程知識）掌握熱、光、電化學(xué)、生物二氧化碳轉(zhuǎn)化的基本原理，培養(yǎng)對二氧化碳轉(zhuǎn)化與利用領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)原理、工藝與工程實(shí)踐的理解，培養(yǎng)運(yùn)用基礎(chǔ)理論分析和解決各種工程實(shí)際問題的能力。1-2掌握物理學(xué)、化學(xué)方面的基礎(chǔ)理論和方法，用于解決或解釋碳儲科學(xué)與工程中遇到的問題。目標(biāo)2：（問題分析）培養(yǎng)通過文獻(xiàn)資料檢索了解二氧化碳轉(zhuǎn)化與利用相關(guān)的科學(xué)研究和工程應(yīng)用前沿的能力，具備選擇適宜的技術(shù)和優(yōu)化工藝的初步能力。建立二氧化碳化學(xué)轉(zhuǎn)化的知識體系，具備選擇適宜的技術(shù)和過程工藝解決一般工程實(shí)際問題的能力，能夠運(yùn)用基礎(chǔ)理論進(jìn)行分析，強(qiáng)化二氧化碳化學(xué)轉(zhuǎn)化與利用的過程工藝。2-2：掌握二氧化碳捕集、利用與封存的方法、工藝與應(yīng)用技術(shù)。2-7通過碳儲科學(xué)與工程基本原理和文獻(xiàn)資料分析尋求碳儲科學(xué)與工程問題的解決方案及其可替代方案。5-4能熟練運(yùn)用文獻(xiàn)檢索工具，獲取碳儲工程領(lǐng)域的最新進(jìn)展。目標(biāo)3：（問題分析）能理解并掌握二氧化碳轉(zhuǎn)化典型技術(shù)原理、反應(yīng)器和工藝方法，能結(jié)合基本原理，開展二氧化碳轉(zhuǎn)化反應(yīng)器與工藝等方面問題的計(jì)算。2-2：掌握二氧化碳捕集、利用與封存的方法、工藝與應(yīng)用技術(shù)。二、課程“立德樹人”內(nèi)涵（ConnotationofFosteringVirtuethroughEducation）二氧化碳轉(zhuǎn)化與利用是實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)的基礎(chǔ)。本課程的學(xué)習(xí)旨在加強(qiáng)學(xué)生對二氧化碳轉(zhuǎn)化利用的深入理解。具備較高的專業(yè)知識水平，能更好的為國家碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)提供服務(wù)?；诨瘜W(xué)和化工知識，二氧化碳化學(xué)轉(zhuǎn)化基礎(chǔ)教學(xué)與立德樹人思想教育有效融合，圍繞“立德樹人”這一教育根本任務(wù)，將國家能源基礎(chǔ)與社會發(fā)展相關(guān)認(rèn)識其融入本課程，可以使學(xué)生在專業(yè)領(lǐng)域更加開拓進(jìn)取，提升學(xué)生自身的思想道德修養(yǎng)，更好的實(shí)現(xiàn)人才培養(yǎng)目標(biāo)，為國家培養(yǎng)出更多的“德才兼?zhèn)洹钡母咚刭|(zhì)創(chuàng)新人才。三、教學(xué)內(nèi)容（Topics）教學(xué)內(nèi)容模塊（章節(jié)）重點(diǎn)難點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容課程目標(biāo)教學(xué)方式考核方式0.緒論重點(diǎn)：二氧化碳來源、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)。難點(diǎn)：二氧化碳碳碳鍵活化特性。第一節(jié)二氧化碳的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)第二節(jié)二氧化碳的活化方法目標(biāo)1目標(biāo)2講授/討論作業(yè)、課堂討論、大作業(yè)1.二氧化碳形成含氧官能團(tuán)原理重點(diǎn)：二氧化碳加氫醇羥基化、醚化、形成醛基及形成羧基的原理及反應(yīng)路徑，各相應(yīng)催化劑。難點(diǎn)：二氧化碳直接加氫還原路徑。第一節(jié)二氧化碳直接加氫還原路徑第二節(jié)二氧化碳加氫醇羥基化第三節(jié)二氧化碳加氫醚化第四節(jié)二氧化碳加氫形成醛基第五節(jié)二氧化碳還原形成羧基目標(biāo)1目標(biāo)2講授/討論作業(yè)、課堂討論、大作業(yè)2.二氧化碳與甲烷重整反應(yīng)重點(diǎn)：主要途徑及重整催化劑。難點(diǎn)：重整原理、重整路徑及熱力學(xué)。第一節(jié)甲烷催化重整制備合成氣主要途徑第二節(jié)二氧化碳與甲烷干重整制備合成氣第三節(jié)二氧化碳-甲烷-水聯(lián)合重整制備合成氣目標(biāo)1目標(biāo)2講授/討論作業(yè)、課堂討論、大作業(yè)3.二氧化碳合成烴類化合物重點(diǎn)：催化反應(yīng)路徑及催化劑。難點(diǎn)：合成原理。第一節(jié)二氧化碳合成碳?xì)浠衔锓磻?yīng)路徑第二節(jié)低碳烷烴第三節(jié)低碳烯烴第四節(jié)長鏈烯烴第五節(jié)芳構(gòu)化目標(biāo)1目標(biāo)2講授/討論作業(yè)、課堂討論、大作業(yè)4.二氧化碳酯化反應(yīng)重點(diǎn)：催化反應(yīng)路徑、催化劑及典型酯類化合物。難點(diǎn)：合成原理。第一節(jié)二氧化碳酯化反應(yīng)路徑第二節(jié)環(huán)氧化物與二氧化碳反應(yīng)第三節(jié)環(huán)氧化物與二氧化碳共聚反應(yīng)第四節(jié)二氧化碳合成典型酯類化合物目標(biāo)1目標(biāo)2講授/討論作業(yè)、課堂討論、大作業(yè)5.二氧化碳羧基化反應(yīng)重點(diǎn)：催化反應(yīng)路徑及催化劑。難點(diǎn)：反應(yīng)原理。第一節(jié)二氧化碳與烯烴反應(yīng)第二節(jié)二氧化碳與炔烴的反應(yīng)第三節(jié)二氧化碳與縮醛/酮/醇反應(yīng)目標(biāo)1目標(biāo)2講授/討論作業(yè)、課堂討論、大作業(yè)6.二氧化碳合成含氮化合物重點(diǎn)：二氧化碳在胺化反應(yīng)中的作用，胺化反應(yīng)路徑及所合成的典型含氮雜環(huán)化合物。難點(diǎn)：反應(yīng)原理。第一節(jié)二氧化碳在胺化反應(yīng)中的作用第二節(jié)二氧化碳參與胺化反應(yīng)第三節(jié)二氧化碳參與合成含氮雜環(huán)化合物目標(biāo)1目標(biāo)2講授/討論作業(yè)、課堂討論、大作業(yè)7.典型二氧化碳熱催化轉(zhuǎn)化技術(shù)重點(diǎn)：工業(yè)路線及反應(yīng)工藝。難點(diǎn)：全流程物料及能量衡算、全流程碳平衡核算。第一節(jié)二氧化碳合成碳酸二甲酯第二節(jié)二氧化碳生產(chǎn)尿素目標(biāo)2講授/討論作業(yè)、課堂討論、大作業(yè)8.二氧化碳光催化轉(zhuǎn)化重點(diǎn)：光催化基本理論、典型光催化劑、反應(yīng)器及光催化二氧化碳轉(zhuǎn)化性能評價指標(biāo)。難點(diǎn)：轉(zhuǎn)化原理及重要反應(yīng)路徑。第一節(jié)光催化概述第二節(jié)典型光催化劑第三節(jié)合成能源化學(xué)品第四節(jié)合成有機(jī)化學(xué)品目標(biāo)1目標(biāo)2講授/討論作業(yè)、課堂討論、大作業(yè)9.二氧化碳電催化轉(zhuǎn)化重點(diǎn)：電催化基本理論、典型電催化劑、反應(yīng)器及電催化二氧化碳轉(zhuǎn)化性能評價指標(biāo)。難點(diǎn)：轉(zhuǎn)化原理及重要反應(yīng)路徑。第一節(jié)電催化概述第二節(jié)電解液第三節(jié)典型電催化劑第四節(jié)合成能源化學(xué)品第五節(jié)合成有機(jī)化學(xué)品目標(biāo)1目標(biāo)2講授/討論作業(yè)、課堂討論、大作業(yè)10.二氧化碳高溫電解技術(shù)重點(diǎn)：高溫操作原理與電化學(xué)原理。難點(diǎn)：電解與共電解路徑。第一節(jié)高溫操作原理第二節(jié)電化學(xué)原理第三節(jié)二氧化碳電解第四節(jié)二氧化碳與蒸汽共電解目標(biāo)1目標(biāo)2講授/討論作業(yè)、課堂討論、大作業(yè)11.二氧化碳光電催化轉(zhuǎn)化重點(diǎn)：光電催化基本理論、光電極配置及方法優(yōu)勢。難點(diǎn)：轉(zhuǎn)化原理及轉(zhuǎn)化過程。第一節(jié)光電催化概述第二節(jié)典型二氧化碳光電催化轉(zhuǎn)化過程第三節(jié)二氧化碳光電催化轉(zhuǎn)化的方法優(yōu)勢目標(biāo)1目標(biāo)2講授/討論作業(yè)、課堂討論、大作業(yè)12.微生物代謝基本原理重點(diǎn)：微生物分類與細(xì)胞結(jié)構(gòu)；自由能與ATP在代謝中的作用；電子載體與還原力；酶在代謝途徑中的作用；微生物生長的影響因素。難點(diǎn)：典型微生物代謝類型及其能量獲取途徑第一節(jié)微生物學(xué)基礎(chǔ)第二節(jié)微生物代謝概述第三節(jié)化能異養(yǎng)型微生物第四節(jié)化能自養(yǎng)型微生物第五節(jié)光能營養(yǎng)型微生物第六節(jié)微生物生長的主要影響因素目標(biāo)1目標(biāo)2講授/討論作業(yè)、課堂討論13.微生物固碳基本原理重點(diǎn)：固碳微生物的種類及其分布；主要的微生物固碳途徑及其酶促機(jī)制；典型固碳產(chǎn)品。難點(diǎn)：各固碳途徑的關(guān)鍵酶及其功能。第一節(jié)固碳微生物第二節(jié)固碳途徑第三節(jié)固碳過程主要代謝物和產(chǎn)品目標(biāo)1目標(biāo)2講授/討論作業(yè)、課堂討論14.CO2生物甲烷化技術(shù)重點(diǎn)：CO2生物甲烷化技術(shù)的基本原理；CO2生物甲烷化反應(yīng)器；影響CO2生物甲烷化性能的因素。難點(diǎn)：氣液傳質(zhì)。第一節(jié)概述第二節(jié)甲烷化微生物基礎(chǔ)理論第三節(jié)氣液傳質(zhì)基礎(chǔ)理論第四節(jié)CO2生物甲烷化反應(yīng)器第五節(jié)影響CO2生物甲烷化性能的主要因素目標(biāo)3講授/討論作業(yè)、課堂討論、大作業(yè)15.微藻固碳技術(shù)重點(diǎn)：微藻的分類及其在固碳中的角；，微藻固碳的光能自養(yǎng)、異養(yǎng)和混養(yǎng)模式；光生物反應(yīng)器的類型及其應(yīng)用。難點(diǎn)：微藻的碳濃縮機(jī)制（CCM）。第一節(jié)概述第二節(jié)微藻固碳基礎(chǔ)理論第三節(jié)光生物反應(yīng)器第四節(jié)影響微藻固碳性能的主要因素目標(biāo)3講授/討論作業(yè)、課堂討論、大作業(yè)四、教學(xué)進(jìn)度（ClassSchedule）教學(xué)內(nèi)容模塊（章節(jié)）學(xué)時分配理論學(xué)時實(shí)驗(yàn)學(xué)時自主學(xué)習(xí)小計(jì)第0章緒論11第1章二氧化碳形成含氧官能團(tuán)原理44第2章二氧化碳與甲烷重整33第3章二氧化碳合成烴類22第4章二氧化碳酯化合成44第5章二氧化碳羧基化反應(yīng)22第6章二氧化碳合成含氮化合物33第7章典型二氧化碳熱催化轉(zhuǎn)化技術(shù)33第8章二氧化碳光催化轉(zhuǎn)化1010第9章二氧化碳電催化轉(zhuǎn)化88第10章二氧化碳高溫電解技術(shù)55第11章二氧化碳光電催化轉(zhuǎn)化33第12章微生物代謝基本原理66第13章微生物固碳基本原理33第14章CO2生物甲烷化技術(shù)44第15章微藻固碳技術(shù)33合計(jì)6464五、考核內(nèi)容、方式及評分標(biāo)準(zhǔn)（ContentsandMethodofAssessment,GradingStandards）考核環(huán)節(jié)總成績占比支撐課程目標(biāo)平時作業(yè)1、每章布置作業(yè)2-3道題，涵蓋本章所有知識點(diǎn)。10%目標(biāo)1,22、成績采用百分制，根據(jù)作業(yè)完成準(zhǔn)確性、是否按時上交、是否獨(dú)立完成評分。3、考核學(xué)生對基本知識的掌握情況，綜合運(yùn)用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力。題型主要有知識調(diào)研，簡答等。課堂討論成績采用百分制，根據(jù)課堂分組討論和課堂提問時的表現(xiàn)進(jìn)行評分。10%目標(biāo)1,2大作業(yè)成績采用百分制，根據(jù)報(bào)告內(nèi)容合理程度和講解清晰程度評分。10%目標(biāo)3期末考試1、成績采用百分制，成績總分100分。70%目標(biāo)1,2,32、布置文獻(xiàn)調(diào)研任務(wù)，完成二氧化碳轉(zhuǎn)化與利用相關(guān)的科學(xué)研究及工程應(yīng)用（技術(shù)）前沿的分析報(bào)告。主要考核學(xué)生對二氧化碳化學(xué)轉(zhuǎn)化基本知識的掌握能力，學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力。評分標(biāo)準(zhǔn)考核環(huán)節(jié)<6060-7475-8990-100平時作業(yè)不按時交作業(yè)或有抄襲現(xiàn)象；基礎(chǔ)理論方程使用錯誤；計(jì)算過程不清晰；計(jì)算結(jié)果有誤。按時交作業(yè)；基礎(chǔ)理論方程使用基本正確；計(jì)算過程不清晰；計(jì)算結(jié)果有誤。按時交作業(yè)；基礎(chǔ)理論方程使用基本正確；