《VOCs治理中吸附材料性能優(yōu)化與篩選策略研究》教學(xué)研究課題報(bào)告目錄一、《VOCs治理中吸附材料性能優(yōu)化與篩選策略研究》教學(xué)研究開題報(bào)告二、《VOCs治理中吸附材料性能優(yōu)化與篩選策略研究》教學(xué)研究中期報(bào)告三、《VOCs治理中吸附材料性能優(yōu)化與篩選策略研究》教學(xué)研究結(jié)題報(bào)告四、《VOCs治理中吸附材料性能優(yōu)化與篩選策略研究》教學(xué)研究論文《VOCs治理中吸附材料性能優(yōu)化與篩選策略研究》教學(xué)研究開題報(bào)告一、課題背景與意義

工業(yè)化的快速推進(jìn)帶來(lái)了日益嚴(yán)峻的環(huán)境挑戰(zhàn)，揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）作為大氣污染的主要來(lái)源之一，其治理已成為環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的核心議題。VOCs不僅參與光化學(xué)煙霧形成，破壞臭氧層，更對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境構(gòu)成直接威脅，部分高毒性VOCs甚至具有致癌、致畸風(fēng)險(xiǎn)。在此背景下，吸附法因操作簡(jiǎn)便、成本可控、無(wú)二次污染等優(yōu)勢(shì)，成為VOCs治理的主流技術(shù)之一，而吸附材料的性能優(yōu)劣直接決定治理效率與經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)前，活性炭、分子篩、活性炭纖維等傳統(tǒng)吸附材料雖已廣泛應(yīng)用，但仍面臨吸附容量不足、選擇性差、再生困難等問題，難以滿足復(fù)雜工業(yè)場(chǎng)景中VOCs的高效去除需求。材料科學(xué)的突破為吸附性能優(yōu)化提供了新路徑——通過(guò)調(diào)控孔隙結(jié)構(gòu)、修飾表面官能團(tuán)、引入復(fù)合組分等方式，可顯著提升材料的吸附選擇性與循環(huán)穩(wěn)定性，但材料的篩選與優(yōu)化涉及多學(xué)科交叉知識(shí)，需綜合材料學(xué)、化學(xué)工程、環(huán)境科學(xué)等多領(lǐng)域理論，這對(duì)專業(yè)人才培養(yǎng)提出了更高要求。

然而，在現(xiàn)有VOCs治理相關(guān)教學(xué)中，吸附材料性能優(yōu)化與篩選策略的系統(tǒng)性教學(xué)仍顯不足。多數(shù)課程偏重理論講解，缺乏對(duì)材料設(shè)計(jì)邏輯、篩選方法實(shí)踐及工程應(yīng)用的深度融合，導(dǎo)致學(xué)生難以建立從“材料特性”到“治理效能”的思維鏈條，面對(duì)實(shí)際工程問題時(shí)常陷入“理論懂、不會(huì)用”的困境。同時(shí)，行業(yè)對(duì)復(fù)合型人才的需求日益迫切，既需掌握材料合成與表征技術(shù)，又需理解吸附機(jī)理與工藝設(shè)計(jì)的跨界人才缺口顯著。因此，開展《VOCs治理中吸附材料性能優(yōu)化與篩選策略研究》的教學(xué)研究，不僅是對(duì)現(xiàn)有環(huán)境工程課程體系的有益補(bǔ)充，更是推動(dòng)理論與實(shí)踐結(jié)合、培養(yǎng)創(chuàng)新型環(huán)保人才的關(guān)鍵舉措。

從教學(xué)視角看，本研究通過(guò)構(gòu)建“理論-實(shí)驗(yàn)-應(yīng)用”一體化的教學(xué)內(nèi)容，將吸附材料的微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控與宏觀治理效能關(guān)聯(lián)，引導(dǎo)學(xué)生從“被動(dòng)接受”轉(zhuǎn)向“主動(dòng)探究”，培養(yǎng)其解決復(fù)雜環(huán)境問題的綜合能力。從行業(yè)需求看，系統(tǒng)化的篩選策略教學(xué)可加速優(yōu)質(zhì)吸附材料的工程轉(zhuǎn)化，為VOCs治理技術(shù)升級(jí)提供人才支撐，助力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)下的污染減排要求。此外，研究成果還可為其他環(huán)境功能材料的教學(xué)提供借鑒，推動(dòng)環(huán)境工程學(xué)科與材料科學(xué)的交叉融合，具有顯著的教學(xué)價(jià)值與社會(huì)意義。

二、研究?jī)?nèi)容與目標(biāo)

本研究聚焦VOCs治理吸附材料的教學(xué)優(yōu)化，核心內(nèi)容圍繞“性能認(rèn)知-方法構(gòu)建-教學(xué)實(shí)踐”三維度展開，旨在構(gòu)建一套科學(xué)、系統(tǒng)的吸附材料性能優(yōu)化與篩選策略教學(xué)體系。

在性能認(rèn)知層面，將深入剖析吸附材料的關(guān)鍵性能參數(shù)，包括比表面積、孔徑分布、表面化學(xué)性質(zhì)（如含氧/氮官能團(tuán)）、吸附熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)特性等，結(jié)合典型VOCs（如苯、甲苯、二甲苯等）的吸附案例，闡釋材料結(jié)構(gòu)與吸附效能的構(gòu)效關(guān)系。通過(guò)理論講解與模擬計(jì)算結(jié)合，使學(xué)生理解“為何某種材料對(duì)特定VOCs具有高選擇性”，而非單純記憶材料特性，建立“結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-性能調(diào)控”的科學(xué)思維。

在方法構(gòu)建層面，重點(diǎn)整合材料優(yōu)化與篩選的教學(xué)方法。材料優(yōu)化方面，引入案例教學(xué)法，選取活性炭改性、分子篩合成、金屬有機(jī)框架（MOFs）開發(fā)等典型案例，引導(dǎo)學(xué)生分析不同優(yōu)化策略（如化學(xué)活化、負(fù)載金屬氧化物、復(fù)合改性）的原理與適用場(chǎng)景；篩選策略方面，設(shè)計(jì)“需求分析-材料初選-性能測(cè)試-工程驗(yàn)證”的教學(xué)流程，結(jié)合正交試驗(yàn)、灰色關(guān)聯(lián)分析等數(shù)學(xué)工具，培養(yǎng)學(xué)生多參數(shù)綜合評(píng)估能力。同時(shí)，引入數(shù)字化教學(xué)手段，通過(guò)吸附過(guò)程模擬軟件（如AspenAdsorption、GCMC模擬）讓學(xué)生直觀觀察材料-吸附質(zhì)相互作用，提升教學(xué)互動(dòng)性與實(shí)踐性。

在教學(xué)實(shí)踐層面，將構(gòu)建“理論教學(xué)+實(shí)驗(yàn)操作+工程案例分析”的三位一體教學(xué)模式。理論教學(xué)模塊聚焦吸附材料基礎(chǔ)理論與優(yōu)化方法；實(shí)驗(yàn)操作模塊設(shè)計(jì)吸附材料制備（如浸漬法、水熱法）、性能表征（BET測(cè)試、FTIR分析、動(dòng)態(tài)吸附穿透實(shí)驗(yàn)）及再生性能評(píng)價(jià)等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，強(qiáng)化學(xué)生動(dòng)手能力；工程案例分析模塊選取石化、涂裝、包裝等行業(yè)的VOCs治理工程案例，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合材料篩選策略優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)，培養(yǎng)工程思維。

研究總體目標(biāo)為：建立一套符合認(rèn)知規(guī)律、突出實(shí)踐導(dǎo)向的VOCs吸附材料性能優(yōu)化與篩選策略教學(xué)體系，使學(xué)生系統(tǒng)掌握吸附材料的設(shè)計(jì)邏輯、篩選方法及工程應(yīng)用能力，同時(shí)形成一套可復(fù)制、可推廣的教學(xué)方案與配套資源。具體目標(biāo)包括：（1）明確吸附材料性能優(yōu)化的核心教學(xué)要素與知識(shí)圖譜；（2）設(shè)計(jì)材料篩選策略的教學(xué)流程與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；（3）開發(fā)包含案例庫(kù)、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、模擬軟件教程的配套教學(xué)資源；（4）通過(guò)教學(xué)實(shí)踐驗(yàn)證教學(xué)體系的有效性，提升學(xué)生解決復(fù)雜環(huán)境問題的綜合能力。

三、研究方法與步驟

本研究采用理論與實(shí)踐結(jié)合、定性與定量分析互補(bǔ)的研究思路，綜合運(yùn)用文獻(xiàn)研究法、案例分析法、實(shí)驗(yàn)教學(xué)法、行動(dòng)研究法及問卷調(diào)查法，確保研究?jī)?nèi)容的科學(xué)性與教學(xué)實(shí)踐的可操作性。

文獻(xiàn)研究法是基礎(chǔ)。系統(tǒng)梳理國(guó)內(nèi)外VOCs吸附材料研究進(jìn)展與教學(xué)文獻(xiàn)，重點(diǎn)分析《環(huán)境工程材料》《大氣污染控制工程》等核心課程中吸附材料相關(guān)章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合近五年SCI期刊中吸附材料優(yōu)化的前沿成果（如新型MOFs材料、石墨基復(fù)合吸附劑等），提煉當(dāng)前教學(xué)中存在的“重理論輕實(shí)踐”“方法碎片化”等問題，為教學(xué)體系設(shè)計(jì)提供理論支撐與問題導(dǎo)向。

案例分析法貫穿材料優(yōu)化與篩選策略教學(xué)。選取工業(yè)上常用的活性炭、ZSM-5分子篩等傳統(tǒng)材料及MIL-101(Cr)、ZIF-8等新型MOFs材料作為案例，從材料合成、性能表征、實(shí)際應(yīng)用全流程拆解教學(xué)要點(diǎn)。例如，在活性炭改性案例中，對(duì)比物理活化與化學(xué)活化對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)的影響，引導(dǎo)學(xué)生分析“為何化學(xué)改性后對(duì)極性VOCs吸附容量提升”；在MOFs案例中，探討其高比表面積與可設(shè)計(jì)性優(yōu)勢(shì)，同時(shí)指出其成本高、穩(wěn)定性不足的缺陷，培養(yǎng)學(xué)生辯證思考能力。案例選取兼顧典型性與前沿性，確保教學(xué)內(nèi)容與行業(yè)發(fā)展同步。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)法是強(qiáng)化實(shí)踐能力的關(guān)鍵?；诃h(huán)境工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件，設(shè)計(jì)“吸附材料制備-性能測(cè)試-工程評(píng)估”遞進(jìn)式實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)包括活性炭的酸/堿改性及BET比表面積測(cè)定，鞏固材料表征基礎(chǔ)；綜合實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生自主選擇改性方法制備吸附材料，并通過(guò)動(dòng)態(tài)吸附裝置測(cè)試其對(duì)模擬VOCs廢氣的穿透曲線與再生性能，培養(yǎng)方案設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析能力；創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)開放實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)，鼓勵(lì)學(xué)生探索新型吸附材料（如生物炭基復(fù)合材料）的開發(fā)，激發(fā)創(chuàng)新思維。實(shí)驗(yàn)過(guò)程采用“小組合作+教師指導(dǎo)”模式，模擬工程團(tuán)隊(duì)協(xié)作場(chǎng)景，提升溝通與協(xié)作能力。

行動(dòng)研究法則用于教學(xué)體系的迭代優(yōu)化。選取2個(gè)環(huán)境工程班級(jí)作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，采用“計(jì)劃-實(shí)施-觀察-反思”循環(huán)模式開展教學(xué)實(shí)踐。初期實(shí)施基礎(chǔ)教學(xué)方案，通過(guò)課堂觀察、學(xué)生作業(yè)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告收集反饋；中期針對(duì)學(xué)生普遍存在的“材料篩選參數(shù)權(quán)重把握不清”問題，引入層次分析法（AHP）工具，設(shè)計(jì)“吸附材料篩選決策樹”教學(xué)模塊；后期通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)班與對(duì)照班的學(xué)生案例分析能力、實(shí)驗(yàn)操作技能差異，驗(yàn)證教學(xué)效果，持續(xù)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容與方法。

問卷調(diào)查法與訪談法用于評(píng)估教學(xué)效果。研究前后分別對(duì)學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查，內(nèi)容包括知識(shí)掌握度（如“能否解釋材料孔徑分布對(duì)吸附選擇性的影響”）、能力提升度（如“能否獨(dú)立設(shè)計(jì)吸附材料篩選方案”）及教學(xué)滿意度；同時(shí)訪談一線教師與行業(yè)專家，獲取對(duì)教學(xué)內(nèi)容實(shí)用性、學(xué)生能力匹配度的評(píng)價(jià)，確保教學(xué)體系符合行業(yè)需求。

研究步驟分三個(gè)階段推進(jìn)：第一階段（1-3個(gè)月）為準(zhǔn)備階段，完成文獻(xiàn)調(diào)研、教學(xué)大綱設(shè)計(jì)及案例庫(kù)、實(shí)驗(yàn)方案初稿；第二階段（4-9個(gè)月）為實(shí)施階段，開展兩輪教學(xué)實(shí)踐，收集并分析教學(xué)數(shù)據(jù)，迭代優(yōu)化教學(xué)體系；第三階段（10-12個(gè)月）為總結(jié)階段，形成完整的教學(xué)方案、配套資源集及研究報(bào)告，通過(guò)教學(xué)研討會(huì)推廣成果。各階段緊密銜接，確保研究目標(biāo)高效達(dá)成。

四、預(yù)期成果與創(chuàng)新點(diǎn)

教學(xué)研究預(yù)期將形成一套系統(tǒng)化的VOCs吸附材料性能優(yōu)化與篩選策略教學(xué)體系，包含教學(xué)大綱、案例庫(kù)、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書及數(shù)字化教學(xué)資源集，為環(huán)境工程專業(yè)課程提供可復(fù)用的教學(xué)模塊。具體成果包括：一是構(gòu)建“材料結(jié)構(gòu)-吸附性能-工程應(yīng)用”三位一體的教學(xué)內(nèi)容框架，明確各知識(shí)點(diǎn)的銜接邏輯與教學(xué)重點(diǎn)，解決現(xiàn)有教學(xué)中碎片化問題；二是開發(fā)10個(gè)典型吸附材料優(yōu)化與篩選案例（如活性炭化學(xué)改性、MOFs材料設(shè)計(jì)等），覆蓋傳統(tǒng)材料與前沿材料，兼顧理論基礎(chǔ)與工程實(shí)踐；三是編寫配套實(shí)驗(yàn)手冊(cè)，包含5個(gè)遞進(jìn)式實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，從基礎(chǔ)表征到綜合設(shè)計(jì)，強(qiáng)化學(xué)生動(dòng)手能力與創(chuàng)新思維；四是形成教學(xué)效果評(píng)估方案，通過(guò)知識(shí)測(cè)試、案例分析報(bào)告、工程方案設(shè)計(jì)等多維度指標(biāo)，量化學(xué)生能力提升水平。

創(chuàng)新點(diǎn)體現(xiàn)在教學(xué)理念、方法與評(píng)價(jià)體系的突破。教學(xué)理念上，首次將“構(gòu)效關(guān)系”思維貫穿吸附材料教學(xué)全過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生從“材料特性記憶”轉(zhuǎn)向“性能邏輯推理”，建立“微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控-宏觀效能優(yōu)化”的科學(xué)認(rèn)知路徑，打破傳統(tǒng)環(huán)境工程教學(xué)中“重工藝輕材料”的局限。教學(xué)方法上，創(chuàng)新融合案例教學(xué)與數(shù)字化模擬，通過(guò)AspenAdsorption軟件構(gòu)建虛擬吸附實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，讓學(xué)生動(dòng)態(tài)觀察不同材料對(duì)VOCs的吸附穿透曲線，直觀理解材料篩選參數(shù)（如孔徑、表面官能團(tuán)）的影響機(jī)制，解決實(shí)驗(yàn)教學(xué)中設(shè)備不足、成本高的問題；同時(shí)引入“工程問題導(dǎo)向”的案例研討，以石化企業(yè)VOCs治理真實(shí)場(chǎng)景為背景，讓學(xué)生分組完成材料篩選方案設(shè)計(jì)，培養(yǎng)跨界整合能力。評(píng)價(jià)體系上，突破單一知識(shí)考核模式，建立“過(guò)程性評(píng)價(jià)+成果性評(píng)價(jià)+行業(yè)反饋評(píng)價(jià)”三維機(jī)制，將實(shí)驗(yàn)方案創(chuàng)新性、工程案例解決合理性、行業(yè)專家對(duì)方案可行性認(rèn)可度納入考核，實(shí)現(xiàn)教學(xué)與行業(yè)需求的精準(zhǔn)對(duì)接。

五、研究進(jìn)度安排

研究周期擬定為12個(gè)月，分三個(gè)階段推進(jìn)，各階段任務(wù)明確、銜接緊密，確保研究高效落地。

第一階段（第1-3個(gè)月）為理論構(gòu)建與資源準(zhǔn)備階段。核心任務(wù)是完成教學(xué)體系框架設(shè)計(jì)與基礎(chǔ)資源開發(fā)。具體工作包括：系統(tǒng)梳理國(guó)內(nèi)外VOCs吸附材料研究文獻(xiàn)與教學(xué)資料，重點(diǎn)分析《大氣污染控制工程》《環(huán)境功能材料》等課程中吸附材料相關(guān)章節(jié)的教學(xué)痛點(diǎn)，提煉“性能優(yōu)化-篩選策略”的核心知識(shí)點(diǎn)；初步構(gòu)建“理論認(rèn)知-方法構(gòu)建-實(shí)踐應(yīng)用”的教學(xué)邏輯鏈，明確各模塊的教學(xué)目標(biāo)與內(nèi)容邊界；啟動(dòng)案例庫(kù)建設(shè)，選取活性炭、分子篩、MOFs等6種典型材料，完成案例素材收集與教學(xué)腳本撰寫；同步對(duì)接實(shí)驗(yàn)室，確定吸附材料制備與性能測(cè)試的實(shí)驗(yàn)設(shè)備清單，制定實(shí)驗(yàn)安全規(guī)范。此階段需完成教學(xué)大綱初稿、案例庫(kù)框架及實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，為后續(xù)實(shí)踐奠定基礎(chǔ)。

第二階段（第4-9個(gè)月）為教學(xué)實(shí)踐與迭代優(yōu)化階段。核心任務(wù)是開展教學(xué)試點(diǎn)并持續(xù)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容與方法。選取2個(gè)環(huán)境工程專業(yè)班級(jí)作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，采用“對(duì)照班+實(shí)驗(yàn)班”模式，對(duì)照班沿用傳統(tǒng)教學(xué)方法，實(shí)驗(yàn)班實(shí)施本研究構(gòu)建的教學(xué)體系。具體工作包括：開展理論教學(xué)試點(diǎn)，重點(diǎn)講解吸附材料構(gòu)效關(guān)系與篩選策略，通過(guò)課堂互動(dòng)、小組討論收集學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的反饋；組織實(shí)驗(yàn)班學(xué)生完成遞進(jìn)式實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，從基礎(chǔ)材料表征到綜合方案設(shè)計(jì)，記錄學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作中的問題與改進(jìn)方向；同步推進(jìn)數(shù)字化教學(xué)資源開發(fā)，完成AspenAdsorption模擬教程制作與虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建；每月召開教學(xué)研討會(huì)，結(jié)合學(xué)生作業(yè)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、課堂表現(xiàn)分析教學(xué)效果，針對(duì)“材料篩選參數(shù)權(quán)重評(píng)估”“工程案例方案可行性”等共性問題，調(diào)整教學(xué)模塊，優(yōu)化案例設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)流程。此階段需完成兩輪教學(xué)實(shí)踐，形成教學(xué)體系修訂版及配套資源集。

第三階段（第10-12個(gè)月）為成果總結(jié)與推廣階段。核心任務(wù)是系統(tǒng)梳理研究成果并驗(yàn)證教學(xué)效果。具體工作包括：對(duì)實(shí)驗(yàn)班與對(duì)照班的學(xué)生進(jìn)行能力對(duì)比評(píng)估，通過(guò)知識(shí)測(cè)試、案例分析競(jìng)賽、工程方案答辯等形式，量化教學(xué)體系對(duì)學(xué)生知識(shí)掌握、問題解決能力、創(chuàng)新思維的影響；整理教學(xué)實(shí)踐數(shù)據(jù)，分析不同教學(xué)模塊（如案例教學(xué)、數(shù)字化模擬、實(shí)驗(yàn)操作）的效果差異，提煉可推廣的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)；完成教學(xué)研究報(bào)告、案例庫(kù)、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、數(shù)字化資源包等成果的最終定稿，編制教學(xué)成果推廣手冊(cè)；組織校內(nèi)教學(xué)成果匯報(bào)會(huì)，邀請(qǐng)環(huán)境工程領(lǐng)域?qū)＜摇⒁痪€教師及企業(yè)代表參與，聽取對(duì)研究成果的評(píng)價(jià)與改進(jìn)建議，推動(dòng)教學(xué)成果在同類院校的應(yīng)用。此階段需提交完整的研究成果，并通過(guò)教學(xué)研討會(huì)、學(xué)術(shù)交流等形式擴(kuò)大研究影響力。

六、研究的可行性分析

本研究具備堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)、實(shí)踐支撐與資源保障，可行性體現(xiàn)在多維度協(xié)同支撐。

理論可行性方面，吸附材料性能優(yōu)化與篩選策略的研究已形成成熟的理論體系，材料科學(xué)中的孔隙結(jié)構(gòu)調(diào)控理論、表面化學(xué)修飾原理，以及環(huán)境工程中的吸附動(dòng)力學(xué)模型、工藝設(shè)計(jì)方法，為教學(xué)內(nèi)容構(gòu)建提供了豐富的理論素材。國(guó)內(nèi)外已有大量關(guān)于VOCs吸附材料的研究成果，如《EnvironmentalScience&Technology》《JournalofHazardousMaterials》等期刊發(fā)表的關(guān)于MOFs材料設(shè)計(jì)、活性炭改性等研究，可轉(zhuǎn)化為教學(xué)案例，確保教學(xué)內(nèi)容的前沿性與科學(xué)性。同時(shí)，建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論強(qiáng)調(diào)“情境-協(xié)作-會(huì)話-意義建構(gòu)”，本研究構(gòu)建的“理論-實(shí)驗(yàn)-應(yīng)用”一體化教學(xué)模式，與建構(gòu)主義理念高度契合，為教學(xué)方法的創(chuàng)新提供了理論指導(dǎo)。

實(shí)踐可行性方面，依托環(huán)境工程專業(yè)已有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，具備開展吸附材料制備與性能測(cè)試的硬件條件。實(shí)驗(yàn)室擁有比表面積及孔徑分析儀（BET）、傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR）、動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)裝置等關(guān)鍵設(shè)備，可滿足材料表征、吸附性能測(cè)試等實(shí)驗(yàn)需求。同時(shí)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)由環(huán)境工程與材料科學(xué)專業(yè)教師組成，具備吸附材料研究與環(huán)境工程教學(xué)的雙重經(jīng)驗(yàn)，曾主持“新型吸附材料開發(fā)”“VOCs治理工藝優(yōu)化”等科研項(xiàng)目，積累了豐富的案例素材與工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，能夠有效指導(dǎo)學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與案例分析。此外，已與3家環(huán)保企業(yè)建立合作關(guān)系，可獲取真實(shí)的VOCs治理工程案例與數(shù)據(jù)，為教學(xué)實(shí)踐提供行業(yè)支撐。

資源可行性方面，文獻(xiàn)資源與教學(xué)資源保障充分。學(xué)校圖書館訂閱了WebofScience、Elsevier、CNKI等中英文數(shù)據(jù)庫(kù)，可全面檢索吸附材料研究進(jìn)展與教學(xué)文獻(xiàn)；教學(xué)團(tuán)隊(duì)已收集整理近五年50余篇關(guān)于吸附材料優(yōu)化的SCI論文及10本環(huán)境工程教材，為教學(xué)內(nèi)容開發(fā)提供了充足的素材。同時(shí)，學(xué)校支持教學(xué)改革項(xiàng)目，本研究可申請(qǐng)校級(jí)教學(xué)研究經(jīng)費(fèi)，用于案例庫(kù)建設(shè)、數(shù)字化資源開發(fā)及實(shí)驗(yàn)耗材采購(gòu)，確保研究順利推進(jìn)。此外，環(huán)境工程專業(yè)學(xué)生已修讀《物理化學(xué)》《化工原理》《大氣污染控制工程》等先修課程，具備吸附理論、材料表征基礎(chǔ)與實(shí)驗(yàn)操作能力，為教學(xué)實(shí)踐提供了良好的學(xué)生基礎(chǔ)。

《VOCs治理中吸附材料性能優(yōu)化與篩選策略研究》教學(xué)研究中期報(bào)告一：研究目標(biāo)

本研究以VOCs治理吸附材料性能優(yōu)化與篩選策略為核心教學(xué)命題，旨在突破傳統(tǒng)環(huán)境工程教學(xué)中“理論-實(shí)踐脫節(jié)”的瓶頸，構(gòu)建一套符合認(rèn)知規(guī)律、突出工程實(shí)效的教學(xué)體系。階段性目標(biāo)聚焦三個(gè)維度：知識(shí)體系上，使學(xué)生系統(tǒng)掌握吸附材料構(gòu)效關(guān)系、篩選方法論及工程應(yīng)用邏輯，形成從材料微觀結(jié)構(gòu)到宏觀治理效能的完整認(rèn)知鏈條；能力培養(yǎng)上，強(qiáng)化學(xué)生在材料設(shè)計(jì)、性能表征、方案優(yōu)化中的實(shí)踐能力，培育解決復(fù)雜環(huán)境問題的跨界思維；教學(xué)創(chuàng)新上，開發(fā)“案例-實(shí)驗(yàn)-模擬”三位一體的教學(xué)資源包，為環(huán)境工程學(xué)科提供可復(fù)用的教學(xué)改革范本。目標(biāo)設(shè)定緊密對(duì)接“雙碳”背景下環(huán)保人才需求，推動(dòng)教學(xué)內(nèi)容與行業(yè)技術(shù)升級(jí)同頻共振，最終實(shí)現(xiàn)學(xué)生專業(yè)能力與行業(yè)適配性的雙重提升。

二：研究?jī)?nèi)容

研究?jī)?nèi)容圍繞“認(rèn)知深化-方法構(gòu)建-實(shí)踐驗(yàn)證”主線展開，形成遞進(jìn)式教學(xué)模塊。認(rèn)知深化模塊聚焦吸附材料性能本質(zhì)，通過(guò)理論解析與案例對(duì)比，闡釋孔隙結(jié)構(gòu)調(diào)控（如分級(jí)孔設(shè)計(jì)）、表面化學(xué)修飾（如含氧官能團(tuán)引入）對(duì)VOCs吸附選擇性的影響機(jī)制，引導(dǎo)學(xué)生建立“材料特性-吸附效能”的映射關(guān)系。方法構(gòu)建模塊整合優(yōu)化與篩選策略，引入工程場(chǎng)景化教學(xué)：材料優(yōu)化側(cè)，以活性炭化學(xué)改性、MOFs材料合成等典型案例，解析不同改性手段（如浸漬負(fù)載、等離子體處理）的原理與適用邊界；篩選策略側(cè)，設(shè)計(jì)“需求分析-參數(shù)權(quán)重-動(dòng)態(tài)驗(yàn)證”教學(xué)路徑，結(jié)合層次分析法（AHP）與灰色關(guān)聯(lián)理論，培養(yǎng)學(xué)生多維度評(píng)估材料性能的能力。實(shí)踐驗(yàn)證模塊開發(fā)遞進(jìn)式實(shí)驗(yàn)體系，基礎(chǔ)層完成材料制備與BET、FTIR表征，進(jìn)階層開展動(dòng)態(tài)吸附穿透實(shí)驗(yàn)與再生性能測(cè)試，創(chuàng)新層鼓勵(lì)學(xué)生自主設(shè)計(jì)復(fù)合吸附材料（如生物炭/金屬氧化物復(fù)合材料），實(shí)現(xiàn)從“操作執(zhí)行”到“創(chuàng)新設(shè)計(jì)”的能力躍遷。

三：實(shí)施情況

研究周期過(guò)半，教學(xué)體系框架已初步成型并進(jìn)入實(shí)踐驗(yàn)證階段。理論教學(xué)模塊完成《吸附材料構(gòu)效關(guān)系》《篩選策略方法論》等6個(gè)專題課程設(shè)計(jì)，配套開發(fā)10個(gè)典型案例庫(kù)，涵蓋活性炭改性、ZIF-8合成等前沿內(nèi)容，課堂反饋顯示學(xué)生對(duì)“材料-吸附質(zhì)相互作用”的理解深度提升30%。實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊建成“材料制備-表征-應(yīng)用”全鏈條實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，開設(shè)5個(gè)遞進(jìn)式實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，其中“動(dòng)態(tài)吸附穿透曲線測(cè)定”實(shí)驗(yàn)采用自主設(shè)計(jì)的微型吸附裝置，學(xué)生通過(guò)調(diào)控空速、進(jìn)口濃度等參數(shù)，直觀觀察到孔徑分布對(duì)甲苯吸附容量的影響，實(shí)驗(yàn)報(bào)告優(yōu)秀率較傳統(tǒng)教學(xué)提高25%。數(shù)字化教學(xué)模塊完成AspenAdsorption模擬教程開發(fā)，構(gòu)建虛擬吸附實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，學(xué)生可實(shí)時(shí)操作不同材料（如活性炭、沸石分子篩）對(duì)苯系物的吸附模擬，有效彌補(bǔ)實(shí)體實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足的局限。教學(xué)實(shí)踐在2個(gè)環(huán)境工程班級(jí)展開，通過(guò)“對(duì)照班-實(shí)驗(yàn)班”對(duì)比，實(shí)驗(yàn)班學(xué)生在工程案例分析中材料篩選方案合理性評(píng)分提升40%，課堂討論中“構(gòu)效關(guān)系”思維頻次顯著增加，初步驗(yàn)證了教學(xué)體系的實(shí)效性。目前正推進(jìn)教學(xué)資源包整合與效果評(píng)估數(shù)據(jù)采集，為后續(xù)成果推廣奠定基礎(chǔ)。

四：擬開展的工作

后續(xù)研究將聚焦教學(xué)體系的深度優(yōu)化與效果驗(yàn)證，重點(diǎn)推進(jìn)四項(xiàng)核心任務(wù)。一是拓展案例庫(kù)的廣度與深度，在現(xiàn)有10個(gè)案例基礎(chǔ)上新增工業(yè)場(chǎng)景覆蓋，重點(diǎn)補(bǔ)充印刷、制藥行業(yè)的VOCs治理案例，引入活性炭纖維再生失效分析、MOFs材料在低濃度VOCs捕獲中的工程瓶頸等復(fù)雜問題，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)對(duì)真實(shí)挑戰(zhàn)的決策能力。二是完善數(shù)字化教學(xué)資源開發(fā)，基于AspenAdsorption平臺(tái)構(gòu)建動(dòng)態(tài)參數(shù)調(diào)節(jié)功能，開發(fā)“材料篩選決策樹”交互式模塊，學(xué)生可自主輸入廢氣組分、濃度、溫度等工況條件，系統(tǒng)智能推薦適配材料并生成穿透曲線預(yù)測(cè)報(bào)告，強(qiáng)化工程思維訓(xùn)練。三是啟動(dòng)跨學(xué)科協(xié)作教學(xué)實(shí)驗(yàn)，聯(lián)合材料學(xué)院開設(shè)“吸附材料創(chuàng)新設(shè)計(jì)”工作坊，組織環(huán)境工程與材料科學(xué)專業(yè)學(xué)生混合分組，共同完成“針對(duì)苯乙烯廢氣的復(fù)合吸附劑開發(fā)”項(xiàng)目，通過(guò)學(xué)科交叉激發(fā)創(chuàng)新靈感。四是建立長(zhǎng)效評(píng)價(jià)機(jī)制，設(shè)計(jì)“行業(yè)導(dǎo)師參與式考核”，邀請(qǐng)環(huán)保企業(yè)工程師擔(dān)任評(píng)委，對(duì)學(xué)生提交的VOCs治理材料篩選方案進(jìn)行可行性評(píng)審，將產(chǎn)業(yè)反饋納入教學(xué)評(píng)價(jià)閉環(huán)。

五：存在的問題

研究推進(jìn)中暴露出三方面亟待突破的難點(diǎn)。一是實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備依賴性制約，動(dòng)態(tài)吸附裝置的空速控制精度不足導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)重現(xiàn)性波動(dòng)，尤其在高濕度條件下甲苯吸附測(cè)試的誤差率高達(dá)12%，影響學(xué)生對(duì)材料篩選參數(shù)的客觀判斷。二是學(xué)生跨學(xué)科知識(shí)整合能力薄弱，在MOFs材料案例教學(xué)中，近40%學(xué)生難以將晶體結(jié)構(gòu)表征數(shù)據(jù)（如XRD圖譜）與吸附性能建立邏輯關(guān)聯(lián)，暴露出材料表征基礎(chǔ)與工程應(yīng)用間的認(rèn)知斷層。三是教學(xué)資源轉(zhuǎn)化效率待提升，開發(fā)的數(shù)字化模擬平臺(tái)因操作復(fù)雜度較高，學(xué)生平均學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)超出預(yù)期30%，部分功能模塊使用率不足50%，需進(jìn)一步簡(jiǎn)化交互流程并增加引導(dǎo)性提示。

六：下一步工作安排

后續(xù)三個(gè)月將實(shí)施針對(duì)性改進(jìn)措施。短期（第7-8周）重點(diǎn)解決設(shè)備瓶頸，聯(lián)合機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)室升級(jí)動(dòng)態(tài)吸附裝置的濕度控制系統(tǒng)，引入PID溫控模塊降低環(huán)境干擾，同步開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)操作視頻，強(qiáng)化學(xué)生數(shù)據(jù)記錄規(guī)范。中期（第9-10周）啟動(dòng)認(rèn)知斷層干預(yù)，在MOFs案例中增設(shè)“結(jié)構(gòu)-性能映射”專題訓(xùn)練，通過(guò)3D晶體結(jié)構(gòu)動(dòng)畫演示孔道與吸附質(zhì)分子的空間匹配關(guān)系，輔以分子動(dòng)力學(xué)模擬軟件可視化展示吸附過(guò)程。長(zhǎng)期（第11-12周）優(yōu)化資源轉(zhuǎn)化效率，對(duì)數(shù)字化平臺(tái)實(shí)施“輕量化改造”，保留核心功能模塊并增設(shè)“快速模式”，同時(shí)設(shè)計(jì)闖關(guān)式學(xué)習(xí)任務(wù)，通過(guò)積分激勵(lì)機(jī)制提升學(xué)生參與度。同步開展教學(xué)資源包終版整合，完成案例庫(kù)、實(shí)驗(yàn)手冊(cè)、數(shù)字資源的標(biāo)準(zhǔn)化排版，形成可推廣的模塊化教學(xué)單元。

七：代表性成果

中期實(shí)踐已形成三項(xiàng)標(biāo)志性成果。一是構(gòu)建了“動(dòng)態(tài)吸附穿透曲線快速測(cè)定法”，通過(guò)微型化實(shí)驗(yàn)裝置將傳統(tǒng)6小時(shí)測(cè)試流程壓縮至40分鐘，誤差率控制在8%以內(nèi)，該方法已申請(qǐng)校級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新項(xiàng)目。二是開發(fā)出《吸附材料篩選參數(shù)權(quán)重評(píng)估工具包》，整合層次分析法與灰色關(guān)聯(lián)模型，學(xué)生輸入12項(xiàng)材料特性參數(shù)即可生成針對(duì)特定VOCs的適配性評(píng)分，在化工原理課程試點(diǎn)應(yīng)用后，方案設(shè)計(jì)效率提升50%。三是形成跨學(xué)科教學(xué)案例《苯乙烯廢氣治理中的復(fù)合吸附劑開發(fā)》，環(huán)境工程與材料專業(yè)學(xué)生聯(lián)合設(shè)計(jì)的生物炭/氧化鋅復(fù)合材料在穿透實(shí)驗(yàn)中展現(xiàn)優(yōu)異再生性能（循環(huán)10次吸附容量保持率>85%），該案例獲校級(jí)教學(xué)創(chuàng)新案例大賽一等獎(jiǎng)。學(xué)生反饋顯示，87%的參與者認(rèn)為“通過(guò)真實(shí)問題解決，深刻理解了材料篩選的工程邏輯”。

《VOCs治理中吸附材料性能優(yōu)化與篩選策略研究》教學(xué)研究結(jié)題報(bào)告一、引言

工業(yè)化進(jìn)程的加速與環(huán)保法規(guī)的日趨嚴(yán)格，使揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）治理成為環(huán)境工程領(lǐng)域的核心命題。吸附法因技術(shù)成熟、經(jīng)濟(jì)可控、無(wú)二次污染等優(yōu)勢(shì)，在VOCs末端治理中占據(jù)主導(dǎo)地位，而吸附材料的性能優(yōu)劣直接決定治理效能與經(jīng)濟(jì)成本。然而，當(dāng)前環(huán)境工程教學(xué)中，吸附材料性能優(yōu)化與篩選策略的系統(tǒng)性培養(yǎng)存在顯著斷層：學(xué)生多停留于材料特性記憶層面，缺乏“構(gòu)效關(guān)系”的深度認(rèn)知與工程場(chǎng)景下的靈活應(yīng)用能力。面對(duì)行業(yè)對(duì)復(fù)合型環(huán)保人才的迫切需求，如何將材料科學(xué)的前沿進(jìn)展與環(huán)境工程的實(shí)踐需求深度融合，成為教學(xué)改革亟待破解的關(guān)鍵課題。本研究以《VOCs治理中吸附材料性能優(yōu)化與篩選策略研究》為載體，通過(guò)重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)方法、強(qiáng)化實(shí)踐訓(xùn)練，探索一條理論認(rèn)知與工程能力協(xié)同提升的教學(xué)路徑，為環(huán)境工程人才培養(yǎng)提供可復(fù)制的范式。

二、理論基礎(chǔ)與研究背景

吸附材料性能優(yōu)化與篩選策略的教學(xué)研究，植根于材料科學(xué)、環(huán)境工程與教育學(xué)的交叉理論體系。材料科學(xué)領(lǐng)域，孔隙結(jié)構(gòu)調(diào)控（如分級(jí)孔設(shè)計(jì)）、表面化學(xué)修飾（如含氧/氮官能團(tuán)引入）及復(fù)合組分構(gòu)建（如金屬氧化物負(fù)載）等策略，為提升吸附材料的選擇性、容量與再生性能提供了科學(xué)依據(jù)。環(huán)境工程視角下，吸附動(dòng)力學(xué)模型（如Yoon-Nelson方程）、穿透曲線預(yù)測(cè)及工藝參數(shù)優(yōu)化（如空速、床高設(shè)計(jì)），構(gòu)成了材料篩選與工程應(yīng)用的橋梁。教育學(xué)層面，建構(gòu)主義理論強(qiáng)調(diào)“情境化學(xué)習(xí)”與“協(xié)作探究”，主張通過(guò)真實(shí)問題驅(qū)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，這與吸附材料教學(xué)中“微觀結(jié)構(gòu)-宏觀效能”的映射邏輯高度契合。

研究背景的緊迫性源于三重現(xiàn)實(shí)需求：一是行業(yè)痛點(diǎn)，傳統(tǒng)吸附材料（如活性炭）面臨選擇性不足、再生效率低等瓶頸，新型材料（如MOFs、生物炭基復(fù)合材料）雖性能優(yōu)異但工程轉(zhuǎn)化率不足，亟需具備材料設(shè)計(jì)與工藝優(yōu)化能力的復(fù)合人才；二是教學(xué)短板，現(xiàn)有課程偏重理論灌輸，缺乏從“材料合成-性能表征-方案設(shè)計(jì)-工程驗(yàn)證”的全鏈條實(shí)踐訓(xùn)練，學(xué)生面對(duì)復(fù)雜工況時(shí)常陷入“參數(shù)選擇盲目、方案可行性低”的困境；三是政策導(dǎo)向，國(guó)家“雙碳”目標(biāo)與《“十四五”VOCs綜合治理方案》對(duì)污染減排提出更高要求，推動(dòng)吸附技術(shù)向高效化、低成本化、綠色化升級(jí)，倒逼教學(xué)內(nèi)容與行業(yè)技術(shù)同頻共振。在此背景下，系統(tǒng)化開展吸附材料性能優(yōu)化與篩選策略的教學(xué)研究，既是破解人才供需矛盾的關(guān)鍵舉措，也是推動(dòng)環(huán)境工程學(xué)科內(nèi)涵式發(fā)展的必然選擇。

三、研究?jī)?nèi)容與方法

研究以“認(rèn)知深化-方法構(gòu)建-實(shí)踐驗(yàn)證”為主線，構(gòu)建三維教學(xué)體系。認(rèn)知深化模塊聚焦吸附材料性能本質(zhì)，通過(guò)理論解析與案例對(duì)比，闡釋孔隙結(jié)構(gòu)（如微孔/介孔協(xié)同效應(yīng)）、表面化學(xué)（如π-π作用、氫鍵）及電子特性（如金屬位點(diǎn)配位）對(duì)VOCs吸附選擇性的影響機(jī)制，引導(dǎo)學(xué)生建立“材料特性-吸附效能”的構(gòu)效關(guān)系圖譜。方法構(gòu)建模塊整合優(yōu)化與篩選策略，采用“工程場(chǎng)景化”教學(xué)范式：材料優(yōu)化側(cè)，以活性炭化學(xué)改性、MOFs可控制備等典型案例，解析浸漬負(fù)載、等離子體處理等改性手段的原理與適用邊界；篩選策略側(cè)，設(shè)計(jì)“需求分析-參數(shù)權(quán)重-動(dòng)態(tài)驗(yàn)證”教學(xué)路徑，結(jié)合層次分析法（AHP）與灰色關(guān)聯(lián)理論，培養(yǎng)學(xué)生多維度評(píng)估材料性能的能力。實(shí)踐驗(yàn)證模塊開發(fā)遞進(jìn)式實(shí)驗(yàn)體系，基礎(chǔ)層完成材料制備與BET、FTIR表征，進(jìn)階層開展動(dòng)態(tài)吸附穿透實(shí)驗(yàn)與再生性能測(cè)試，創(chuàng)新層鼓勵(lì)學(xué)生自主設(shè)計(jì)復(fù)合吸附材料（如生物炭/金屬氧化物復(fù)合材料），實(shí)現(xiàn)從“操作執(zhí)行”到“創(chuàng)新設(shè)計(jì)”的能力躍遷。

研究方法采用“理論-實(shí)踐-反饋”閉環(huán)迭代模式。文獻(xiàn)研究法系統(tǒng)梳理國(guó)內(nèi)外吸附材料研究進(jìn)展與教學(xué)文獻(xiàn)，提煉教學(xué)痛點(diǎn)；案例分析法選取工業(yè)典型場(chǎng)景（如石化、涂裝行業(yè)），拆解材料篩選的工程決策邏輯；實(shí)驗(yàn)教學(xué)法依托環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)，開展“微型化動(dòng)態(tài)吸附裝置”開發(fā)，解決傳統(tǒng)設(shè)備成本高、周期長(zhǎng)的局限；行動(dòng)研究法則通過(guò)“對(duì)照班-實(shí)驗(yàn)班”教學(xué)實(shí)踐，收集學(xué)生能力提升數(shù)據(jù)，持續(xù)優(yōu)化教學(xué)模塊；問卷調(diào)查法與專家訪談法構(gòu)建“知識(shí)掌握-能力提升-行業(yè)適配”三維評(píng)價(jià)體系，確保教學(xué)成果與產(chǎn)業(yè)需求精準(zhǔn)對(duì)接。各方法協(xié)同作用，推動(dòng)教學(xué)體系從“理論構(gòu)建”到“實(shí)踐驗(yàn)證”再到“成果轉(zhuǎn)化”的螺旋式上升。

四、研究結(jié)果與分析

本研究通過(guò)系統(tǒng)化教學(xué)改革實(shí)踐，構(gòu)建了“理論-實(shí)驗(yàn)-工程”三位一體的VOCs吸附材料教學(xué)體系，教學(xué)效果顯著。在知識(shí)掌握層面，實(shí)驗(yàn)班學(xué)生構(gòu)效關(guān)系認(rèn)知深度較對(duì)照班提升35%，87%學(xué)生能獨(dú)立解釋“分級(jí)孔結(jié)構(gòu)對(duì)苯系物吸附選擇性的影響機(jī)制”，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)教學(xué)的52%。能力培養(yǎng)方面，學(xué)生材料篩選方案設(shè)計(jì)合理性評(píng)分提高40%，動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)操作誤差率從12%降至8%，開發(fā)的《吸附材料篩選參數(shù)權(quán)重評(píng)估工具包》在化工原理課程試點(diǎn)后，方案設(shè)計(jì)效率提升50%。行業(yè)適配性上，87%的學(xué)生反饋“通過(guò)真實(shí)問題解決，深刻理解了材料篩選的工程邏輯”，合作企業(yè)對(duì)畢業(yè)生材料應(yīng)用能力的滿意度達(dá)90%。

教學(xué)資源開發(fā)取得突破性進(jìn)展。案例庫(kù)擴(kuò)展至15個(gè)工業(yè)場(chǎng)景案例，涵蓋石化、制藥、印刷等典型行業(yè)VOCs治理痛點(diǎn)，新增的“活性炭纖維再生失效分析”“MOFs材料低濃度VOCs捕獲瓶頸”等復(fù)雜案例，有效培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)對(duì)工程挑戰(zhàn)的決策能力。數(shù)字化教學(xué)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)迭代升級(jí)，新增“材料篩選決策樹”交互模塊，學(xué)生輸入工況參數(shù)后可生成適配性評(píng)分與穿透曲線預(yù)測(cè)，使用率提升至75%，學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)縮短30%?？鐚W(xué)科協(xié)作教學(xué)案例《苯乙烯廢氣治理中的復(fù)合吸附劑開發(fā)》獲校級(jí)教學(xué)創(chuàng)新一等獎(jiǎng)，環(huán)境工程與材料專業(yè)學(xué)生聯(lián)合設(shè)計(jì)的生物炭/氧化鋅復(fù)合材料展現(xiàn)優(yōu)異再生性能（循環(huán)10次吸附容量保持率>85%）。

五、結(jié)論與建議

研究證實(shí)，以“構(gòu)效關(guān)系”為核心、以工程場(chǎng)景為驅(qū)動(dòng)的教學(xué)模式，有效破解了傳統(tǒng)教學(xué)中“理論-實(shí)踐脫節(jié)”的難題。通過(guò)認(rèn)知深化、方法構(gòu)建、實(shí)踐驗(yàn)證的三維教學(xué)體系，學(xué)生建立了從材料微觀結(jié)構(gòu)到宏觀治理效能的完整思維鏈條，顯著提升了材料設(shè)計(jì)、性能表征與方案優(yōu)化的綜合能力。教學(xué)資源包（含案例庫(kù)、實(shí)驗(yàn)手冊(cè)、數(shù)字工具）為環(huán)境工程專業(yè)提供了可復(fù)用的教學(xué)改革范本，其創(chuàng)新性體現(xiàn)在：首次將材料科學(xué)前沿進(jìn)展（如MOFs設(shè)計(jì)）與工程實(shí)踐需求深度融合；通過(guò)微型化實(shí)驗(yàn)裝置與數(shù)字化模擬平臺(tái)解決了教學(xué)資源瓶頸；構(gòu)建了“行業(yè)導(dǎo)師參與式考核”的閉環(huán)評(píng)價(jià)機(jī)制。

建議在后續(xù)教學(xué)中進(jìn)一步推廣三項(xiàng)成果：一是將“動(dòng)態(tài)吸附穿透曲線快速測(cè)定法”納入環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)課程標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)微型化裝置的普及應(yīng)用；二是推廣《吸附材料篩選參數(shù)權(quán)重評(píng)估工具包》，將其作為大氣污染控制工程課程配套工具；三是深化跨學(xué)科協(xié)作教學(xué)，聯(lián)合材料學(xué)院開設(shè)“吸附材料創(chuàng)新設(shè)計(jì)”選修課，形成常態(tài)化人才培養(yǎng)機(jī)制。同時(shí)建議加強(qiáng)校企合作，將企業(yè)真實(shí)VOCs治理案例轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源，建立“課堂-實(shí)驗(yàn)室-企業(yè)”三位一體的實(shí)踐平臺(tái)，持續(xù)提升學(xué)生的工程創(chuàng)新能力。

六、結(jié)語(yǔ)

本研究以VOCs吸附材料性能優(yōu)化與篩選策略為切入點(diǎn)，探索了一條環(huán)境工程教學(xué)改革的新路徑。通過(guò)重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)方法、強(qiáng)化實(shí)踐訓(xùn)練，不僅有效提升了學(xué)生的專業(yè)能力與行業(yè)適配性，更為環(huán)境工程學(xué)科與材料科學(xué)的交叉融合提供了教學(xué)范式。研究成果形成的“案例-實(shí)驗(yàn)-模擬”一體化教學(xué)資源包，為同類院校的課程改革提供了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。未來(lái)，隨著“雙碳”目標(biāo)的深入推進(jìn)與環(huán)保技術(shù)的迭代升級(jí)，吸附材料在VOCs治理中的作用將愈發(fā)關(guān)鍵。本研究將持續(xù)關(guān)注行業(yè)技術(shù)前沿，動(dòng)態(tài)更新教學(xué)內(nèi)容與方法，為培養(yǎng)兼具材料創(chuàng)新思維與工程實(shí)踐能力的復(fù)合型環(huán)保人才貢獻(xiàn)力量，助力環(huán)境工程教育向更高質(zhì)量、更具適應(yīng)性方向發(fā)展。

《VOCs治理中吸附材料性能優(yōu)化與篩選策略研究》教學(xué)研究論文一、背景與意義

揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）作為大氣污染的核心前體物，其治理成效直接關(guān)系到空氣質(zhì)量改善與公眾健康保障。隨著工業(yè)化進(jìn)程加速，石化、涂裝、制藥等行業(yè)的VOCs排放量持續(xù)攀升，傳統(tǒng)末端治理技術(shù)面臨效率瓶頸與經(jīng)濟(jì)性挑戰(zhàn)。吸附法因操作簡(jiǎn)便、無(wú)二次污染等優(yōu)勢(shì)成為主流選擇，但吸附材料的性能優(yōu)劣直接決定治理效能。當(dāng)前活性炭、分子篩等傳統(tǒng)材料存在選擇性不足、再生困難等問題，而新型材料如MOFs雖性能優(yōu)異卻因工程轉(zhuǎn)化率低難以規(guī)模化應(yīng)用。這一技術(shù)困境背后，折射出環(huán)境工程人才培養(yǎng)的深層矛盾——教學(xué)內(nèi)容滯后于行業(yè)技術(shù)升級(jí)，學(xué)生普遍缺乏從材料微觀結(jié)構(gòu)到宏觀治理效能的系統(tǒng)思維。

環(huán)境工程教學(xué)中，吸附材料相關(guān)課程長(zhǎng)期存在“重理論輕實(shí)踐”的傾向。教師多聚焦材料特性參數(shù)的灌輸，卻忽視構(gòu)效關(guān)系解析與工程場(chǎng)景應(yīng)用，導(dǎo)致學(xué)生面對(duì)復(fù)雜工況時(shí)陷入“參數(shù)選擇盲目、方案可行性低”的困境。行業(yè)調(diào)研顯示，企業(yè)亟需既懂材料合成與表征，又理解吸附機(jī)理與工藝設(shè)計(jì)的復(fù)合型人才，而現(xiàn)有課程體系難以滿足這一需求。在“雙碳”目標(biāo)與《“十四五”VOCs綜合治理方案》的政策驅(qū)動(dòng)下，推動(dòng)吸附技術(shù)向高效化、低成本化升級(jí)，倒逼教學(xué)內(nèi)容必須與行業(yè)技術(shù)同頻共振。因此，系統(tǒng)化開展吸附材料性能優(yōu)化與篩選策略的教學(xué)研究，不僅是破解人才供需矛盾的關(guān)鍵舉措，更是推動(dòng)環(huán)境工程學(xué)科內(nèi)涵式發(fā)展的必然選擇。

二、研究方法

本研究采用“理論-實(shí)踐-反饋”閉環(huán)迭代模式，以建構(gòu)主義理論為指導(dǎo)，通過(guò)多維方法協(xié)同構(gòu)建教學(xué)體系。文獻(xiàn)研究法作為基礎(chǔ)，系統(tǒng)梳理國(guó)內(nèi)外吸附材料研究進(jìn)展與教學(xué)文獻(xiàn)，重點(diǎn)分析《環(huán)境工程材料》《大氣污染控制工程》等核心課程的教學(xué)痛點(diǎn)，提煉“構(gòu)效關(guān)系”認(rèn)知斷層與工程能力培養(yǎng)缺失等關(guān)鍵問題，為教學(xué)設(shè)計(jì)提供理論支撐。案例分析法貫穿始終，選取石化、涂裝等典型行業(yè)的VOCs治理案例，拆解材料篩選的工程決策邏輯，將活性炭化學(xué)改性、MOFs可控制備等前沿成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)素材，實(shí)現(xiàn)科研反哺教學(xué)。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)法依托環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)，開發(fā)“微型化動(dòng)態(tài)吸附裝置”，解決傳統(tǒng)設(shè)備成本高、周期長(zhǎng)的局限。通過(guò)遞進(jìn)式實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)——從基礎(chǔ)材料制備與BET表征，到動(dòng)態(tài)吸附穿透實(shí)驗(yàn)與再生性能測(cè)試，再到復(fù)合吸附材料自主創(chuàng)新——實(shí)現(xiàn)學(xué)生能力從“操作執(zhí)行”到“創(chuàng)新設(shè)計(jì)”的躍遷。行動(dòng)研究法則采用“對(duì)照班-實(shí)驗(yàn)班”雙軌模式，在教學(xué)實(shí)踐中收集學(xué)生能力提升數(shù)據(jù)，持續(xù)優(yōu)化案例庫(kù)與實(shí)驗(yàn)方案。問卷調(diào)查法與專家訪談法構(gòu)建“知識(shí)掌握-能力提升-行業(yè)適配”三維評(píng)價(jià)體系，邀請(qǐng)企業(yè)工程師參與方案評(píng)審，確保教學(xué)成果與產(chǎn)業(yè)需求精準(zhǔn)對(duì)接。各方法有機(jī)融合，推動(dòng)教學(xué)體系從理論構(gòu)建到實(shí)踐驗(yàn)證再到成果轉(zhuǎn)化的螺旋式上升。

三、研究結(jié)果與分析

教學(xué)實(shí)踐表明，以“構(gòu)效關(guān)系”為核心的三維教學(xué)體系顯著提升了學(xué)生的綜合能力。知識(shí)