Приложение 3 - Учебно

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
ВВЕДЕНИЕ В МЕМБРАННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Автор программы:
Апель П.Ю., доктор химических наук, профессор
1. Цели освоения дисциплины
Задачи дисциплины:
ознакомление с физико-химическими основами мембранного разделения жидких и
газовых смесей, с основами мембранного материаловедения и методами получения
мембран;
сформировать
четкие
представления
о
видах
мембранных
процессов,
о
существующих способах получения мембран, их основных свойствах и практических
приложениях.
2.Место дисциплины в структуре ООП магистратуры
Знание основ мембранных технологий необходимо будущему специалисту-химику
для
понимания
им
значения
мембранных
методов
в
развитии
современной
промышленности и в научно-техническом прогрессе.
3.
Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения
дисциплины «Введение в мембранные технологии».
В результате освоения данной ООП магистратуры выпускник должен иметь
следующие компетенции:
а) общекультурные
ОК-1 - адаптироваться в новых условиях;
ОК-3 - владением иностранным (прежде всего английским) языком в области
профессиональной деятельности и межличностного общения;
ОК-6 - пониманием принципов работы и умением работать на современной научной
аппаратуре при проведении научных исследований.
б) профессиональные:
в научно-исследовательской деятельности:
ПК-1 наличием представления о наиболее актуальных направлениях исследований в
современной теоретической и экспериментальной химии (синтез и применение веществ в
наноструктурных технологиях, исследования в экстремальных условиях, химия
жизненных процессов, химия и экология и другие);
ПК-2 знанием основных этапов и закономерностей развития химической науки,
пониманием объективной необходимости возникновения новых направлений, наличием
представления о системе фундаментальных химических понятий и методологических
аспектов химии, форм и методов научного познания, их роли в общеобразовательной
профессиональной подготовке химиков;
ПК-5 - способностью анализировать полученные результаты, делать необходимые
выводы и формулировать предложения;
ПК-7 - умением представлять полученные в исследованиях результаты в виде
отчетов и научных публикаций (стендовые доклады, рефераты и статьи в периодической
научной печати);
знание:
Знать классификацию мембранных процессов
Знать методы и механизмы синтеза мембран
Иметь понятие об основных мембранных технологиях
Знать физико-химические закономерности основных процессов мембранного
разделения
Знать основы современной мембранной техники
умения:
Приобретать и создавать новые химические знания на базе полученных знаний о
мембранных технологиях
Использовать полученные знания при изучении последующих дисциплин и
специальных курсов
Пользоваться методами систематизации и классификации знаний и овладеть навыками
определения понятий и равновесия в растворах
4. Структура и содержание дисциплины «Введение в мембранные технологии»
4.1. Структура преподавания дисциплины
3.
4.
5.
6.
Полупроницаемые мембраны.
Получение и свойства.
Поляризационные явления на
мембранах
Мембранная техника
Прикладная мембранная
технология
ЛР-1
ЛР-2
ЛР-3
ЛР-2
ЛР-3
ЛР-6
ЛР-7
Неделя семестра
2
2
1
4-5
3
3
11
5-7
3
3
11
8-9
3
3
11
10-11
3
3
11
12
3
3
11
Семинары.
1-3
Лекции
Самостоятельная
раб студ.
2.
Введение. Понятие о мембранах
и мембранных процессах.
Виды и классификация
мембранных процессов.
Практические
занятия
1.
Виды учебной работы, включая
самостоятельную работу
студентов и трудоемкость (в
часах)
Содержание раздела
Форма текущего
контроля
№
п/
п
4.2. Содержание разделов дисциплины
Введение. Понятие о мембранах и мембранных процессах.
Виды мембран. Роль мембранных процессов в технике и живой природе. История
науки о мембранах.
Виды и классификация мембранных процессов.
Массоперенос через мембраны. Баромембранные процессы. Обратный осмос,
ультрафильтрация, микрофильтрация, нанофильтрация. Диффузионные мембранные
процессы. Разделение газовых смесей, диализ, мембранная экстракция. Термомембранные
процессы. Мембранная дистилляция. Первапорация. Электромембранные процессы
(электродиализ). Мембраны-сепараторы в источниках тока. Мембраны в топливных
элементах.
Полупроницаемые мембраны. Получение и свойства.
Классификация
мембран.
Требования
к
мембранам.
Полимерные
мембраны.
Надмолекулярные структуры полимеров. Растворы полимеров. Расплавы полимеров.
Методы получения полимерных мембран. Трековая мембрана как особый вид
полимерных мембран, характеризующийся высокооднородной структурой. Технология
трековых мембран, как пример получения мембраны путем физико-химической
модификации
монолитной
полимерной
пленки.
Полупроницаемые
мембраны
из
неорганических материалов. Мембраны из пористого стекла, металлические мембраны,
мембраны
из
керамики,
мембраны
из
графита.
Композиционные
мембраны.
Динамические мембраны. Нанесенные мембраны. Определение структуры и свойств
мембран. Общая пористость. Размер пор. Физико-химические характеристики мембран.
Технологические свойства мембран. Методы калибровки пористых мембран.
Поляризационные явления на мембранах
Концентрационная поляризация, температурная поляризация, отложения на
поверхности мембран. Способы борьбы с забиванием мембран и методы увеличения
производительности мембран.
Мембранная техника
Типы
мембранных
модулей.
Плоскорамные,
трубчатые,
половолоконные,
рулонные модули. Понятие о расчетах модулей. Сравнение конфигураций модулей.
Режимы работы модулей, понятие о проектировании систем. Режимы и
организация потоков в мембранных системах. Понятие о расчетах мембранных систем.
Прикладная мембранная технология
Мембранные технологии газоразделения, очистки вод, промышленных растворов,
сточных вод. Мембранные процессы в аналитической химии. Экономичность мембранных
процессов.
5. Образовательные технологии
В учебном процессе, помимо чтения лекций, которые составляют 30% аудиторных
занятий, широко используются активные и интерактивные формы (обсуждение отдельных
разделов дисциплины, защита курсовых работ).
Перечень обязательных видов работы студента:
посещение лекционных занятий;
ответы на теоретические вопросы на практическом занятии;
решение заданий на практическом занятии;
выполнение лабораторных работ;
защита лабораторных работ;
выполнение контрольных работ.
При изучении теоретического курса на лекциях предусматривается заложение
материала в виде презентации. Отдельные лекции излагаются по проблемной технологии.
Основная цель
практических лабораторных занятиий в студенческом
химическом практикуме)
закрепление теоретических знаний о мембранах и
мембранных поцессах. Организация лабораторных работ проводится таким образом,
чтобы
студенты
экспериментальных
научились
решать
исследований
и
поставленные
задачи
квалифицированной
путем
проведения
обработкой
полученных
результатов. Свойства мембран и приемы работы с ними будут рассмотрены на примере
трековых мембран.
При прохождении лабораторного практикума студентам предлагается работать в
малых группах: учебная группа разбивается на несколько небольших групп – по 2-3
человека.
Процесс выполнения лабораторных опытов осуществляется на основе обмена
мнений и выбора оптимального пути решения.
На основании полученных данных по всем опытам каждый студент заполняет свой
лабораторный журнал, где записывает результаты опытов, если нужно производит
соответствующие расчеты и результаты представляет в виде графической зависимости.
На собеседовании с преподавателем студент представляет оформленный отчет по
данной лабораторной работе и отвечает на вопросы преподавателя, связанные с
методикой работы, результатами и выводами. По ряду работ предусматривается
применение метода «защиты».
№
ЛР 1
ЛР 2
ЛР 3
ЛР 4
ЛР 5
ЛР 6
ЛР 7
Тема лабораторной работы
Первый семестр:
Определение прочности трековой мембраны.
Определение газопроницаемости трековых мембран
с различными диаметрами пор
Определение проницаемости трековых мембран для
воды
Электронная микроскопия трековых мембран
Работа на мембранном многоступенчатом
проточном фракционаторе
Ознакомление с конструкцией ячейки с
тангенциальным потоком раствора
Концентрирование водорастворимых полимеров с
использованием модуля с половолоконными
мембранами
Неделя
2
3
5
7
10
11
12
6. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной
аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение
самостоятельной работы студентов
Вид контроля
Форма учебной работы
Текущий
Лабораторный практикум
Обобщающий
Контрольные работы
Коллоквиум
Итоговый
Зачет
Задания и вопросы на зачете:
Вид аттестации – зачет.
Вопросы, выносимые на зачет:
1. Роль мембранных процессов в технике и живой природе.
2. Баромембранные процессы. Обратный осмос, ультрафильтрация,
микрофильтрация, нанофильтрация.
3. Диффузионные мембранные процессы. Разделение газовых смесей, диализ,
мембранная экстракция.
4. Термомембранные процессы. Мембранная дистилляция. Первапорация.
5. Электромембранные процессы (электродиализ). Мембраны-сепараторы
источниках тока. Мембраны в топливных элементах.
в
6. Классификация мембран. Требования к мембранам.
7. Полимерные мембраны. Методы получения полимерных мембран.
8. Получение полимерных мембран методом мокрого фазоинверсного формования.
9. Получение полимерных мембран методом сухого фазоинверсного формования.
10. Трековая мембрана как особый вид полимерных мембран, характеризующийся
высокооднородной структурой. Процесс получения трековой мембраны.
11. Неполимерные мембраны. Понятие об их методах получения и особенностях
структуры.
12. Методы определения структуры и характеристик мембран.
13. Основные технологические свойства мембран.
14. Методы калибровки пористых мембран.
15. Организация мембранных процессов (схемы)
16. Понятие о методах расчета мембранных процессов и аппаратов.
17. Примеры практического применения мембранных методов –
- для получения сверхчистой воды
- для обессоливания воды
- для фракционирования природных взвесей перед химическим анализом
- для выделения металлических ионов (мембранная экстракция)
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
Основная
1. А.А. Свитцов. Введение в мембранные технологии. Учебник. М., ДеЛи принт,
2007, 208с.
Дополнительная.
1. В.П.Дубяга, Л.П.Перепечкин, Е.Е.Каталевский. Полимерные мембраны. М., Химия,
1981, 232 с.
2. М.Мулдер. Введение в мембранную технологию. М., Мир, 1999, 518 с.
3. Информационный ресурс кафедры Мембранной Технологии Российского ХимикоТехнологического
Университета
им.
Д.И.
Менделеева:
http://www.membrane.msk.ru/
Журналы:
1. Журнал неорганической химии/ Учредитель:РАН, отд.физикохимии и
технологии неорганических материалов; гл.ред.Ю.А.Буслаев.-М.:МАИК НАУКА.Журнал, выходит 1 раз в месяц.-основан в январе 1956 года.
2. Вестник Московского университета. Серия 2: Химия
3. .Журнал аналитической химии
4. Геохимия
Базы периодических электронных изданий
1. Коллекция подписных российских научных журналов на НЭБ
2. Российские открытые научные журналы на платформе eLIBRARY.RU
3. Электронная база данных российских журналов компании East View.
4. Springer on eLibrary.Ru
5. World Scientific on eLibrary.Ru
6. Academic Press on eLibrary.Ru
7. Zentralblatt MATH on eLibrary.Ru
8. Журналы издательства Annual Reviews
9. Журналы издательства Nature Publishing Group
9.1. Nature
9.2. Nanotechnology
9.3. Nature Chemistry
9.4. Nature Materials
9.5 . Nature Physics
10. Журналы издательства Taylor &Francis
11. Журналы издательства Sage Publications
12. журнал «Science» издательства American Association for the Advancement of Science
(AAAS).
13. Журналы Американского химического общества (ACS). hptt://pubs.acs.org/
Электронно-библиотечные системы (ЭБС)
1. КнигаФонд – www.knigafund.ru
2. Университетская библиотека онлайн – www.biblioclub.ru
3. БиблиоТех – www.bibliotex.ru
4. Ibooks – http://ibooks.ru
5. ZNANIUM – www.znanium.com
6. IPRbooks – www.iprbookshop.ru
Электронные научные ресурсы
только БД на основе лицензионного доступа
1. Научная электронная библиотека eLIBRARY.RU (НЭБ) –портал, насчитывающий на
сегодняшний день более 14 млн. рефератов или полных текстов не только публикаций
из
журналов,
но
и
иных
источников
научной
информации..
2 База данных POLPRED.com.
3. Коллекция электронных книг издательства Springer Springer eBooks collection
Базы данных компании EBSCO Publishing:
4. INSPEC
1. Academic Search Premier
6. MasterFILE Premier
7. GreenFILE
Библиографические базы данных
1. Базы данных ИНИОН
2. ИНИОН РАН on Elibrary.ru
3. Всероссийский институт научной и технической информации (ВИНИТИ)
4. Базы данных агентства Интегрум-Техно
5. Библиографическая база данных Ingenta
6. Служба ИНФОМАГ
Ресурсы по химии открытого доступа с сайта библиотеки университета
1. Аналитическая химия в России
2. Ресурсы WWW для химиков
3. ХиМиК.ru
4. Химическая технология Электронная библиотека по химии на сайте НЕФТЬ-ГАЗ
5. Химический сервер
6. Химический ускоритель Справочно-информационная система
7. Nanoscale Research Letters
8. Oraganic Laboratory Химическая полнотекстовая библиотека
9. Organic Chemistry Portal
10. Beilstein Journal of Organic Chemistry (BJOC)
11. Биорганическая химия
12.
Вестник
Московского
университета.
Сер.2.
Химия
13. Вестник Московской государственной академии тонкой химической
технологии им.М.В.Ломоносова
14. Известия высших учебных заведений. Химия и химическая технология
15. Конденсированные среды и межфазные границы
16. Макрогетероциклы
17. Мембраны
18. Менделеевские сообщения
19. Российский химический журнал
20. Сорбционные и хроматографические процессы
21. Успехи химии
22. Физика и химия новых материалов
23. Физико-химическая кинетика в газовой динамике
24. Физико-химический анализ свойств многокомпонентных систем
25. Фторные заметки (Fluorine notes)
26. Химия в интересах утойчивого развития
27. Химия и жизнь - XXI век
28. Библиотека инновационного центра "Химические технологии и оборудование"
29. Электронная библиотека химического факультета МГУ
Российские библиотеки
1. Российская Государственная Библиотека (РГБ)
2. Российская национальная библиотека (РНБ), г. Санкт-Петербург
3. Библиотека по естественным наукам РАН (БЕН РАН)
4. Государственная публичная научно-техническая библиотека (ГПНТБ)
5. Научно-техническая библиотека ОИЯИ
6. Научная библиотека МГУ им. М. В. Ломоносова
7. Библиотека университета «Дубна»
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины.
При освоении дисциплины проводятся лабораторные работы в практикуме