3. 过滤材料
| 教学内容 | 过滤材料 |
| 学时数 | 2 |
| 教学对象 | 材料科学与工程专业大三/大四学生 |
| 课程背景 | 过滤是在推动力或者其他外力作用下悬浮液（或含固体颗粒发热气体）中的液体（或气体）透过介质，固体颗粒及其他物质被过滤介质截留，从而使固体及其他物质与液体（或气体）分离的操作。过滤材料因其功能性的作用机理,以及滤料的特性,在生活和工业生产中扮演了重要的角色，它可以用于清洁水质、净化空气、过滤工业废水、生物领域等多个领域。 过滤材料课程是环境科学与工程、化学工程与技术、材料科学与工程等相关学科的重要课程之一，为学生从事水处理、环保、能源等领域的工作和研究打下坚实的基础。 |
| 教学目标 | 知识： （1）过滤材料概述 （2）过滤材料的分类（按滤料的结构维度） ①零维过滤材料 ②一维过滤材料 ③二维过滤材料 ④三维过滤材料 能力：通过学习，学生将掌握过滤材料的基本知识、过滤机理及过滤材料的分类。 价值：掌握学习中的科学思维、创新思维等方法要求，培养实验技能和实际操作能力，提高分析和解决问题的能力。 课程思政目标：过滤材料是一门涉及多学科领域的综合性学科，学习不同维度的过滤材料可以帮助学生掌握多学科知识，提高学生的科学素养。同时，可以让学生了解到过滤材料在解决环境、能源等问题方面的重要作用，从而增强学生的社会责任感，促使学生为社会发展做出贡献。 |
| 教学重点难点 | 掌握过滤材料的基本分类方法，了解不同类型过滤材料的性能特点和应用范围，并能够根据不同的处理对象选择合适的过滤材料和工艺。不同类型过滤材料的性能测试方法和应用领域各不相同，需要学生深入理解和掌握。 |
| 教学资源 | 教材、参考书，课件ppt、文献资料等，参考文献： [1] Chen, L., Shi, G., Shen, J. et al. Ion sieving in graphene oxide membranes via cationic control of interlayer spacing. Nature 550, 380–383 (2017). [2] Li, P., Li, J., Feng, X. et al. Metal-organic frameworks with photocatalytic bactericidal activity for integrated air cleaning. Nat Commun 10, 2177 (2019). |
| 教 学 内 容 设 计 及 实 施 | （1）过滤材料的基本概述（用时10分钟） ①过滤材料：过滤是将气体或液体提纯净化的种操作， 使固体及其他物质与液体 (或气体)分离，主要是通过过滤介质和过滤设备来完成该过程。过滤介质又称为过滤材料。 ②过滤机理：悬浮粒子可通过扩散作用、惯性作用、拦截作用、重力作用和静电作用五种过滤机理输送到滤料表面。 ③过滤材料的性能：机械强度；化学稳定性；孔隙率和比表面积；纳污能力；滤料的粒径与级配。 此部分内容根据教材及参考书，以老师讲解为主，其中可以穿插提问、讨论等互动方式，以便获取学生对过滤材料的了解程度方面的信息，进行更好的授课。 （2）过滤材料的分类及概述（用时15分钟） ①按材质分类 ②按来源分类 ③按形状分类 ④按结构维度分类 此部分内容除却教材及参考书以外，需再查阅资料进行辅助了解，拓宽对过滤材料类别的认识。其中，过滤材料按结构维度分类是讲解的重点，教材后续对此进行了详细介绍。在讲解过程中，可以穿插提问、讨论等互动方式。 （3）各维过滤材料的典型代表（用时30分钟） ①零维过滤材料：石英砂滤料 ②一维过滤材料：纤维束滤料 ③二维过滤材料：机织物滤料 ④三维过滤材料：多孔陶瓷滤料 通过对典型过滤材料的特点、过滤机理、影响因素、研究现状和应用等方面的分析介绍，说明其在过滤过程中的应用。 最后辅助文献内容，用案例进一步学习各个过滤材料的实际应用，加深对过滤材料的认识。此处用时较长，旨在让学生对过滤材料有深入的掌握。 （4）学生课程内容汇报（用时30分钟） 在教学接近尾声，同学之间相互讨论，针对本次课程的内容，并结合自己所学的知识，以PPT形式向老师展示自己的所学和见解。 （5）总结及布置课后任务（用时5分钟） |
| 教学方法 | 老师讲授为主，学生汇报为辅；所选的参考文献、图片、视频等作为授课资料；穿插提问、讨论、实践等互动方式，最终以学生汇报情况来检验教学成果。 |
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课程思政元素、案例、话题 | 思政元素： 爱国主义教育：介绍中国在过滤材料领域研究现状，以及为国家工程和民生改善做出的贡献。这可以激发学生的民族自豪感和自信心。 案例、话题： 过滤材料行业属于国家重点支持的行业之一，近年来相关宏观政策均对行业发展予以推动支持。根据《重点领域技术路线图》及《新材料产业发展指南》，新材料产业总体分为先进基础材料、关键战略材料和前沿新材料三个重点方向。其中高性能分离膜材料被列入关键性战略材料。2016年工信部颁布了《纺织工业发展规划（2016-2020年）》指出发展高性能高温滤料、高效常温滤材、水处理滤材、土壤环境修复材料等。2017年科技部颁布了《“十三五”材料领域科技创新专项规划》指出水处理膜、特种分离膜、中高温气体分离净化膜、离子交换膜等材料及其规模化生产、工程化应用技术与成套装备、制膜原材料的国产化和膜组件技术入选“十三五”材料领域科技创新发展重点。2020年国家发改委、国家卫生健康委及国家中医药局联合制定并发布《公共卫生防控救治能力建设方案》提出要要确保医疗机构储备数量充足的医用口罩等防护产品，并将移动式空气消毒机等空气净化设备列入《重大疫情救治基地应急救治物资参考储备清单》。 目前，国际厂商占据过滤材料的中高端市场，产品附加值高。在国家政策支持的大背景下，未来国内具备核心技术和研发优势的过滤材料企业，将依托产品技术优势和本土化优势逐步占据更大的市场份额。如国内中低端的e-PTFE膜厚度均匀性、泡点均匀性等较差且标称孔径较难达到0.1 μm及以下，而国外同类高端e-PTFE膜价格较高、供货不稳定，国内企业通过推出高端的e-PTFE膜，可获得更大的市场份额。除此之外，高性能过滤材料还包括PES、陶瓷膜、金属膜等，这些过滤材料是未来重点发展方向。 国家政策的导向对行业发展有巨大的指导作用，给过滤材料及其制品行业的发展带来了更大的机遇，对有自主创新能力和知识产权的企业未来高速发展提供了有力的保障。 |
| 作业布置 | 1、复习课程内容。 2、阅读相关文献和资料：让学生阅读有关过滤材料领域的文献和资料，加深对过滤材料的分类、性能、制备和应用等知识的理解，检验课堂内容是否完全掌握。 3、撰写课程论文或报告：让学生根据所学知识和阅读资料，撰写一篇关于过滤材料的课程论文或报告，总结课程学习的内容，阐述自己的理解和认识。 |
