这一次,我的探究项目叫做“走进化学工程国家重点实验室”。
今天的课程主要分为两大部分:老师讲解实验室的总体情况,以及我们进入各个实验室实地参观、学习。
我参观的这个实验室名为化学工程联合国家重点实验室,由于是联合,就是发挥各单位各部门的优势,联合起来做事。这个实验室的主要工作是化工分离工程和化学反应工程方面的应用基础研究。这个联合实验室,有四个分室,我校的分室则是起源于之前化工系的萃取分离实验室。因此,今天的参观也和萃取分离有一定关系。
在参观环节,主讲老师带我们去了四个实验室,主题依次是CO2(二氧化碳,一种温室气体)吸收捕集的装置和工艺、微通道相关、磁悬浮天平,以及超临界流体相关的超临界相平衡仪和流体观测。
CO2吸收捕集的装置和工艺。这个实验室,包括之后的实验室,门外都写着“您已进入化工实验区,请注意安全”,这说明,我们看的这些实验室,都是真正在工作的化工实验室。在这个实验室,有两套设备,都是用来进行CO2吸收捕集的,一套需要加热,另外一套则不需要。可惜的是,具体工艺我没有听得太明白。
微通道相关内容。微通道属于微化工的一种,微化工则由于其“微”的特点,比普通化工更为绿色、安全。这一部分主要看了两个实验室,第一个是用微通道进行实验的实验室。在这个实验室中,同学们使用做好的微通道进行相关实验。负责讲解的博士生为我们播放了几个视频,展示的是显微镜下(微通道很小,必须在显微镜下看)微通道管子中流动的液体。微通道大致是T形状的结构,根据我的理解,它的工作原理是水平方向快速流动的液体利用伯努利原理把竖直方向的液体“吸”出来。另外一个是生产微通道的实验室。生产过程,就是用计算机控制的机床在有机玻璃上刻槽,然后把两片处理好的有机玻璃黏上。黏的方法是在两片之间加入乙醇,然后加热以及加平行法向的挤压力。讲解的博士生还演示了如何用玻璃细管制作一个微通道的“导管头”(要求口很细),就是先把玻璃细管的两边夹住,然后加向外的力,同时加热中间部分的玻璃,使得玻璃熔化,然后玻璃就会被拉断。断了之后,断处会变得很尖,效果就达到了。有的时候,断处会不通,或者尺寸不符合要求,这个时候就需要在显微镜下对这个地方进行打磨,直到打磨成需要的尺寸。
磁悬浮天平。这套仪器很贵,大约一百多万元。磁悬浮和普通天平的差别是,由于使用磁悬浮,所以天平和样品没有直接接触,因此可以测量的物质范围更广泛。这个天平可以使用计算机程序控制,测试一个样品对于某种物质的吸收能力。首先,将装置充满氦气,然后抽真空,再把样品放入,加热,使得其中原来吸收的物质排出,测得此时质量m1。下一步就开始吸收,等稳定之后(说明没法再吸收了),测得质量m2,m2-m1即为吸收了多少。测量的精度则可以达到0.000001g。
超临界相平衡仪和流体观测。超临界流体是三种物态之外的一种,在适宜的温度和压强下,物质就可以处于这种物态。这种状态的物质,同时有气体和液体的某些性质。一个典型的例子是CO2,它的临界温度和压强是31°C,72.8atm(标准大气压,1atm=101.325kPa)。负责讲解这部分的博士生给我们播放了短片,就是CO2从液态和气态变成超临界流体的过程,期间,我们看到分界面逐渐消失。其实,超临界态的CO2是一种很好的溶剂,可以溶解别的物质,可以用来进行萃取、干洗等。
之后,主讲老师做了简要总结,下课。
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