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表面化學(xué)處理方法范文第1篇

礦產(chǎn)資源開發(fā)利用中,礦物分離與富集的依據(jù)是有用礦物與脈石礦物之間的物理化學(xué)性質(zhì)差異。這種物理化學(xué)性質(zhì)指的是礦物比重、磁性、電性、表面化學(xué)性質(zhì)等,與這些性質(zhì)對應(yīng)的礦物分離與富集方法分別是重力選礦、磁電選礦、浮選等。利用重力選礦和磁電選礦分離與富集礦物的方法受到礦物比重、磁性和電性難以改變的限制,應(yīng)用范圍相對較窄,而礦物表面性質(zhì)可以通過人為改變,對應(yīng)的浮選在礦物加工工程得到廣泛的應(yīng)用。可以說,所有的礦物都可以通過浮選方法進行分離與富集。正是由于浮選成為礦物分離與富集應(yīng)用最為廣泛的方法,而浮選的理論基礎(chǔ)又是化學(xué),所以化學(xué)是礦物加工工程學(xué)科的重要基礎(chǔ)成為公認(rèn)的事實,浮選作為礦物加工的主要方法,本身就是化學(xué)在礦物加工工程學(xué)科中的一種應(yīng)用,因此,化學(xué)教育在礦物加工工程學(xué)科的基礎(chǔ)理論教育中占有非常重要的地位。礦物和巖石是自然界中天然形成的,具有固定組成的固體化合物,由于成分不同、成礦條件不同,不同的礦物表面性質(zhì)是不同的,即使相同組成的礦物,由于成礦地點和成礦條件不同也會具有不同的表面性質(zhì)。對于浮選分離礦物而言,不同的礦物表面性質(zhì)又有相似之處,礦物與巖石之間、礦物與礦物之間、巖石與巖石之間的表面性質(zhì)異同,成為浮選分離與富集這些礦物的根本依據(jù)。浮選工程中,礦物與巖石的表面性質(zhì)可以根據(jù)需要人為調(diào)節(jié)和改變,從而擴大需要分離的礦物之間的表面性質(zhì)差異,實現(xiàn)礦物之間的有效分離。化學(xué)是學(xué)生需要學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)課程,從初中開始,就涉及到化學(xué)的學(xué)習(xí),直到博士研究生,化學(xué)仍然是礦物加工工程學(xué)科學(xué)生需要繼續(xù)學(xué)習(xí)的課程。甚至作為高層次的礦物加工工程學(xué)科的教授專家,仍在不間斷的學(xué)習(xí)化學(xué)。化學(xué)與浮選是不可分的,可以說,無論多么深厚的化學(xué)知識,都不能說對于浮選已經(jīng)足夠了。化學(xué)有多深奧,浮選就有多深奧。礦物加工工程學(xué)科人才培養(yǎng)過程中,化學(xué)教育是根本之一,不同層次的人才對應(yīng)不同程度的化學(xué)教育。只有重視化學(xué)教育,才能做好礦物加工學(xué)科的人才培養(yǎng)。

1浮選是化學(xué)在礦物加工工程中的應(yīng)用

無機化學(xué)研究元素、單質(zhì)和無機化合物的來源、制備、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、變化和應(yīng)用的一門化學(xué),是化學(xué)中最古老的化學(xué)分支學(xué)科。浮選的對象為礦物巖石,本身就是無機物,礦物的表面性質(zhì)決定于礦物本身的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),礦物表面性質(zhì)的研究離不開礦物內(nèi)部組成、結(jié)構(gòu)及性質(zhì)的研究。礦物與巖石的研究將涉及無機化學(xué)的所有領(lǐng)域與內(nèi)容,無機化學(xué)成為礦物加工工程學(xué)科學(xué)生的必修課程。有機化學(xué)又稱為碳化合物的化學(xué),是研究有機化合物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、制備的學(xué)科,是化學(xué)中極重要的一個分支。含碳化合物被稱為有機化合物是因為以往的化學(xué)家們認(rèn)為含碳物質(zhì)一定要由生物(有機體)才能制造;然而在1828年的時候,德國化學(xué)家弗里德里希•維勒,在實驗室中成功合成尿素(一種生物分子),自此以后有機化學(xué)便脫離傳統(tǒng)所定義的范圍,擴大為含碳物質(zhì)的化學(xué)。礦物浮選是通過改變礦物表面的疏水性來實現(xiàn)的,而增加礦物表面疏水性的方法是采用含烴基的異極性分子在礦物表面吸附,含烴基的異極性分子就是典型的有機物質(zhì)分子,研究捕收劑、起泡劑等浮選藥劑,將涉及廣泛的有機化學(xué)。有機化學(xué)也是礦物加工工程學(xué)科學(xué)生的必修課程。物理化學(xué)的內(nèi)容大致可以概括為三個方面:化學(xué)體系的宏觀平衡性質(zhì),以熱力學(xué)的三個基本定律為理論基礎(chǔ),研究宏觀化學(xué)體系在氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)、溶解態(tài)以及高分散狀態(tài)的平衡物理化學(xué)性質(zhì)及其規(guī)律性。屬于這方面的物理化學(xué)分支學(xué)科有化學(xué)熱力學(xué)。溶液、膠體和表面化學(xué)。化學(xué)體系的微觀結(jié)構(gòu)和性質(zhì)以量子理論為理論基礎(chǔ),研究原子和分子的結(jié)構(gòu),物體的體相中原子和分子的空間結(jié)構(gòu)、表面相的結(jié)構(gòu),以及結(jié)構(gòu)與物性的規(guī)律性。屬于這方面的物理化學(xué)分支學(xué)科有結(jié)構(gòu)化學(xué)和量子化學(xué)。化學(xué)體系的動態(tài)性質(zhì)研究由于化學(xué)或物理因素的擾動而引起體系中發(fā)生的化學(xué)變化過程的速率和變化機理。屬于這方面的物理化學(xué)分支學(xué)科有化學(xué)動力學(xué)、催化、光化學(xué)和電化學(xué)。物理化學(xué)是一門內(nèi)容豐富,外延廣闊的化學(xué),浮選涉及的礦物巖石、礦漿溶液、有機分子以及泡沫浮選氣體介質(zhì)與礦物之間的相互作用等等,都涉及到物理化學(xué)。物理化學(xué)在礦物加工工程本科課程設(shè)置,占有最多的學(xué)時數(shù),分兩學(xué)期學(xué)習(xí),是礦物加工工程學(xué)科至關(guān)重要的一門化學(xué)課程。物理化學(xué)學(xué)習(xí)好壞直接關(guān)系到浮選學(xué)習(xí)。物理化學(xué)也是礦物加工工程學(xué)科研究生入學(xué)考試的必考課程。分析化學(xué)的內(nèi)容主要是:物質(zhì)中元素、基團的定性分析;每種成分的數(shù)量或物質(zhì)純度的定量分析;物質(zhì)中原子彼此聯(lián)結(jié)而成分子和在空間排列的結(jié)構(gòu)和立體分析。研究對象從單質(zhì)到復(fù)雜的混合物和大分子化合物,從無機物到有機物,從低分子量到高分子量。樣品可以是氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)。稱樣重量可由100克以上以至毫克以下。1931年E.威森伯格提出的殘渣測定,只取10微克樣品,便屬于超微量分析。所用儀器從試管直到附自動化設(shè)備并用電子計算機程序控制、記錄和儲存等的高級儀器。分析化學(xué)以化學(xué)基本理論和實驗技術(shù)為基礎(chǔ),并吸收物理、生物、統(tǒng)計、電子計算機、自動化等方面的知識以充實本身的內(nèi)容,從而解決科學(xué)、技術(shù)所提出的各種分析問題。礦物加工工程學(xué)科涉及的礦物巖石、溶液、有機和無機藥劑、礦物加工原料及產(chǎn)品都需要通過分析檢測得以定性或定量的描述,理論研究過程中的儀器分析檢測,對礦物加工過程中的行為機理也才能進行研究和了解,所以礦物加工也與分析化學(xué)密切相關(guān)。礦物加工工程學(xué)科課程設(shè)置中,在本科階段或者在研究生階段需要對分析化學(xué)進行系統(tǒng)學(xué)習(xí)。結(jié)構(gòu)化學(xué)、高分子化學(xué)、絡(luò)合物化學(xué)、電化學(xué)、量子化學(xué)等是比以上四大化學(xué)更加細(xì)化的化學(xué)分支方向,在進行礦物浮選研究中,針對具體的研究內(nèi)容和目的,不同程度地將涉及到這些更加深入和細(xì)化的內(nèi)容。為了使化學(xué)與礦物加工工程學(xué)科結(jié)合的更加緊密,在研究生階段還開設(shè)了浮選表面化學(xué)、浮選藥劑化學(xué)、浮選電化學(xué)、浮選溶液化學(xué)等。盡管在礦物加工工程學(xué)科不同階段開設(shè)了大量的化學(xué)課程，涉及的化學(xué)內(nèi)容幾乎涵蓋了化學(xué)領(lǐng)域的所有內(nèi)容，但對浮選的深入研究和理解仍然不夠。礦物浮選發(fā)展至今，還有大量的浮選理論問題沒有解決，浮選工藝的水平還有待提升，進一步強化化學(xué)教育和礦物浮選化學(xué)研究對礦物浮選的發(fā)展具有重要的基礎(chǔ)作用。

2各層次人才培養(yǎng)中的化學(xué)教育

以技術(shù)工人為培養(yǎng)目標(biāo)的中專和職業(yè)教育,由于生源大多是初中和高中畢業(yè)生,化學(xué)知識非常有限,僅對一些化學(xué)基礎(chǔ)知識有所了解,特別是初中文化水平的學(xué)生,只能了解一些初步的化學(xué)現(xiàn)象,因此,在進行礦物加工專業(yè)知識教學(xué)的過程中,必須補充一些學(xué)習(xí)浮選技術(shù)必要的化學(xué)知識。這種化學(xué)知識的補充,可以貫穿在專業(yè)知識的學(xué)習(xí)過程中,也可以單獨開設(shè)簡單的化學(xué)課程。只有在學(xué)生初步了解和掌握了浮選技術(shù)必備的基本化學(xué)知識以后,浮選技術(shù)專業(yè)課程的教學(xué)才能有效開展,學(xué)生也才能真正理解礦物浮選的技術(shù)知識。對于以生產(chǎn)技術(shù)管理和技術(shù)應(yīng)為目標(biāo)的專科和本科教育,系統(tǒng)的課程設(shè)置已經(jīng)考慮了化學(xué)對礦物加工工程的重要性,無機化學(xué)、有機化學(xué)、物理化學(xué)都是必修課程,學(xué)時數(shù)占到專業(yè)基礎(chǔ)課程學(xué)時數(shù)很大的比例,經(jīng)過系統(tǒng)的化學(xué)知識的學(xué)習(xí),學(xué)生在學(xué)習(xí)浮選專業(yè)課程時,已經(jīng)能夠較深入理解礦物浮選中的化學(xué)問題,也能較好掌握浮選理論和浮選工藝專業(yè)知識。在生產(chǎn)技術(shù)管理和技術(shù)應(yīng)用過程中,也基本能根據(jù)礦石性質(zhì)的變化,應(yīng)用所學(xué)到的化學(xué)知識和浮選理論,分析解決生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的一般性的技術(shù)問題。以科學(xué)研究為目標(biāo)的研究生教育,為了使學(xué)生能夠從生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)和解決生產(chǎn)技術(shù)問題,具備獨立從事礦物加工工程領(lǐng)域科學(xué)研究的能力,在大學(xué)期間學(xué)習(xí)無機化學(xué)、有機化學(xué)、物理化學(xué)的基礎(chǔ)上,還需要進一步學(xué)習(xí)分析化學(xué)。通過分析化學(xué)的學(xué)習(xí),可以讓研究生掌握常規(guī)的分析檢測技術(shù),了解和掌握科學(xué)研究過程中所要使用的現(xiàn)代檢測手段,發(fā)現(xiàn)、分析和研究試驗過程中獲得的數(shù)據(jù)、結(jié)果,從而解決科學(xué)技術(shù)問題。對于博士研究生,是要讓他們更深層次理解礦物浮選的機理,培養(yǎng)其創(chuàng)新精神和意識,為此,從電子、原子、分子層面上理解礦物浮選理論是必要的,所以,在已經(jīng)較好掌握了無機化學(xué)、有機化學(xué)、物理化學(xué)、分析化學(xué)的基礎(chǔ)上,量子化學(xué)的學(xué)習(xí)和了解對于博士研究生來說是需要的。從以上的分析可知,浮選跟化學(xué)是不可分的,浮選實際上就是應(yīng)用化學(xué)的一部分。無論是技術(shù)操作工人,還是從而浮選理論研究的博士研究生,不同程度都必須將化學(xué)作為基礎(chǔ),沒有相應(yīng)的化學(xué)基礎(chǔ),從事浮選技術(shù)應(yīng)用、技術(shù)開發(fā)及浮選理論研究都是難以想象的。化學(xué)是浮選的基礎(chǔ),浮選是礦物加工工程最重要的方法,因而礦物加工工程學(xué)科的化學(xué)教育是極端重要的。

3重視礦物加工工程學(xué)科的化學(xué)教育

礦產(chǎn)資源是不可再生的,隨著礦產(chǎn)資源的不斷開發(fā)利用,資源枯竭已經(jīng)成為制約社會和經(jīng)濟發(fā)展的重要問題之一,資源高效利用成為礦產(chǎn)資源開發(fā)與利用必須堅持的原則。如何實現(xiàn)資源的高效利用,顯然礦物加工先進技術(shù)的開發(fā)與利用是實現(xiàn)資源高效的重要支撐。礦物加工工程中,浮選是最為主要的方法,而化學(xué)優(yōu)勢浮選的基礎(chǔ),通過浮選回收和利用礦產(chǎn)資源,實際上就是利用化學(xué)或者表面化學(xué)方法回收和利用礦產(chǎn)資源。重視礦物加工工程學(xué)科的化學(xué)教育問題,才可能從根本上提高人才質(zhì)量,才能從源頭上解決礦產(chǎn)資源高效利用的根本問題。礦產(chǎn)資源開采出來以后,多種資源共伴生,性質(zhì)復(fù)雜,給資源中各種礦物的分離與富集帶來了很多困難,為了實現(xiàn)資源的綜合利用,只要有價值的礦物,都要進行回收,此時,這種礦物的物理化學(xué)性質(zhì)研究,通過化學(xué)的方式改變各種礦物的性質(zhì),擴大彼此間性質(zhì)的差異就成為礦物加工工程學(xué)科的重要課題,而所使用的方法基本上都是化學(xué)的方法,所以,礦物加工工程學(xué)科中的化學(xué),決定著礦產(chǎn)資源的綜合利用,也只有重視礦物加工工程學(xué)科的化學(xué)教育問題,才可能從根本上提高人才質(zhì)量,才能從源頭上解決礦產(chǎn)資源綜合利用的根本問題。礦產(chǎn)資源天然形成的,其中的組分有的是對人類社會有益的,但同樣存在對人類社會有害的組分,在礦產(chǎn)資源回收利用過程中,高效、綜合回收有益組分的同時,處理好有害成分也是礦物加工工程學(xué)科的任務(wù)。只有解決了有害組分的處理,使得礦物加工過程中和礦物加工以后剩下來無用組分無害于人類和社會,礦產(chǎn)資源才能實現(xiàn)清潔利用。礦產(chǎn)資源中有害組分的處理,首先也必須掌握這些組分的性質(zhì),然后通過化學(xué)的、物理的方法對其進行分離、無害化處理等,而這些過程也與化學(xué)密切相關(guān),所以,礦產(chǎn)資源的清潔利用也離不開化學(xué)。礦物加工工程學(xué)科的化學(xué)教育也是礦產(chǎn)資源清潔利用所要求的。礦物加工過程大都需要將礦石磨細(xì),使礦石中的有用礦物與脈石礦物解離,而有用礦物與脈石礦物的分離大多是在水中進行的,礦物加工工程廢水排放成為影響環(huán)境的重要問題。當(dāng)今的礦物加工工程領(lǐng)域,要求選礦廢水零排放,確保廢水對環(huán)境不造成影響。廢水零排放意味著廢水必須回用,而廢水回用將帶來對選礦技術(shù)指標(biāo)產(chǎn)生影響的問題,為了盡可能不是回水影響選礦技術(shù)指標(biāo),必須對回水進行性質(zhì)研究,有的還要進行適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)處理,無論是回水性質(zhì)的研究和回水的化學(xué)處理,都需要涉及化學(xué)知識,所以,礦物加工過程中廢水對環(huán)境的影響、廢水回用的處理等都直接與化學(xué)相關(guān)。礦物加工的環(huán)境問題也要求礦物加工工程學(xué)科重視化學(xué)教育。礦物加工過程中,做好了資源高效、綜合、清潔利用,做好了廢水的循環(huán)利用和實現(xiàn)了廢水的零排放,就能實現(xiàn)礦產(chǎn)資源開發(fā)利用的可持續(xù)發(fā)展,而礦產(chǎn)資源高效、綜合、清潔利用與廢水處理均與化學(xué)密切相關(guān),由此看出化學(xué)在礦物加工工程領(lǐng)域的重要性,重視化學(xué)教育是礦物加工工程學(xué)科的必然要求。

表面化學(xué)處理方法范文第2篇

關(guān)鍵詞：藝工結(jié)合 金屬著色 化學(xué)實驗 理性思維 表現(xiàn)力 創(chuàng)造力

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一、課程簡述

在北京服裝學(xué)院珠寶首飾專業(yè)首飾設(shè)計與制作的教學(xué)實踐中，筆者作為藝術(shù)類的任課教師，邀請本校材料科學(xué)與工程學(xué)院的工科類的教師一起承當(dāng)首飾設(shè)計與制作的實驗教學(xué)工作，應(yīng)該說，這種藝工結(jié)合的教學(xué)實踐在國內(nèi)還是不多見的，原因在于，其一：目前我國藝術(shù)類高校中，所設(shè)置的專業(yè)基本為純藝術(shù)類或藝術(shù)設(shè)計類；其二：長期以來所形成的“封閉式”的教學(xué)模式降低了“交叉教學(xué)”的可能性；其三：不同專業(yè)背景的學(xué)生面對同一課程，可能會產(chǎn)生截然不同的反應(yīng)和作用力，從而造成教學(xué)結(jié)果的不可控性。

不過，近年來，隨著跨界、交叉與互動等等教學(xué)理念的甚囂塵上，不少高校在實際的教學(xué)實踐中，逐步摒棄門戶之見，倒也或多或少地實現(xiàn)了多部門、多學(xué)科、多專業(yè)之間的互通有無以及交叉教學(xué)。正是在這種大勢之下，筆者組織了一次為期四周的、藝工結(jié)合的教學(xué)實踐，在此次教學(xué)實踐中，分別由藝術(shù)類和工科類教師承當(dāng)教學(xué)講解和指導(dǎo)，學(xué)生共60名，其組成如下：40名首飾設(shè)計專業(yè)的學(xué)生以及20名其他專業(yè)的學(xué)生。這20名其他專業(yè)的學(xué)生包括應(yīng)用化學(xué)專業(yè)、輕化專業(yè)、服裝工程專業(yè)、高分子專業(yè)，以及皮革專業(yè)的學(xué)生，其構(gòu)成較為復(fù)雜，但均為工科類學(xué)生。課程中，60名學(xué)生分為10個組，每組6人，分別由4位藝術(shù)類學(xué)生和2位工科類學(xué)生組成。本次課程以首飾常用金屬表面的化學(xué)處理工藝的試驗為實踐內(nèi)容，探索對純金、白金、K金、純銀、標(biāo)準(zhǔn)銀、鈦金屬、銅材、新型高分子、水玻璃等首飾常用金屬材料進行表面化學(xué)處理。目的在于教學(xué)實踐中，用化學(xué)實驗來開創(chuàng)金屬表面處理的新工藝，并用這些新工藝來設(shè)計和制作具有創(chuàng)造性的現(xiàn)代首飾作品。

二、金屬著色化學(xué)實驗階段

本次實驗教學(xué)主要分為兩個階段進行，第一階段以金屬著色化學(xué)實驗為主、教師的講授為輔；第二階段為具體的首飾作品的設(shè)計制作階段。在第一階段中，兩名來自于不同專業(yè)的教師分別給學(xué)生上課，講授金屬表面著色化學(xué)實驗方法、金屬著色處理的相關(guān)工藝流程，以及如何運用相關(guān)工藝來設(shè)計制作首飾作品。課堂分成10個小組，每組6人，每個小組都有藝工專業(yè)的學(xué)生。各小組可根據(jù)自身的興趣點來選擇不同的試驗對象和手段，充分發(fā)揮團隊合作精神，共同實驗，獲取實驗數(shù)據(jù)和圖片資料。教師亦參與到小組的實驗中去，進行具體輔導(dǎo)。這個階段主要解決的問題在于實驗數(shù)據(jù)和金屬表面處理效果的對應(yīng)，使試驗結(jié)果經(jīng)得起反復(fù)操作的檢驗，從而形成操作規(guī)范。

不可否認(rèn)的是，在這個階段中，起主導(dǎo)作用的是工科類的學(xué)生，由于具有一定的化學(xué)實驗知識，他們懂得如何正確使用相關(guān)的化學(xué)實驗儀器、器具，并且完全可以按照正確的操作規(guī)范來進行一系列的化學(xué)實驗，從而獲得規(guī)范的實驗結(jié)果。

實驗之初，學(xué)生通過前期的資料收集工作，準(zhǔn)備了大量的化學(xué)試劑，并確立了實驗?zāi)繕?biāo)。應(yīng)該說，這個過程中，藝術(shù)類的學(xué)生也是功不可沒，他們從藝術(shù)表現(xiàn)這個方面，積極提供首飾用金屬材料的表面著色的色系，并在短時間之內(nèi)，通過網(wǎng)絡(luò)、雜志、書籍等媒介，掌握了一定的金屬著色的理論知識，為接下來的金屬著色化學(xué)實驗打下了良好的基礎(chǔ)。

實驗中，學(xué)生嘗試了現(xiàn)代首飾常用金屬如：白銀、黃銅、紫銅、鈦金等金屬的著色實驗，使用硫化鉀、硫化鈉、硝酸銅、硝酸鐵、高錳酸鉀、硫酸亞鐵、氯化鈉、氯化銨、硫代硫酸鈉等等化學(xué)試劑，甚至受到藝術(shù)類學(xué)生創(chuàng)造性思維的影響，動用一些純天然的、或者在日常生活中司空見慣的物質(zhì)來進行著色實驗，如：香椿樹汁、臭雞蛋、可樂飲料等等。這些實驗有成功的，也有失敗的，無論成敗，都有數(shù)據(jù)和實驗過程的記錄，可為進一步的實驗探索做好鋪墊。

三、藝工結(jié)合的設(shè)計制作階段

有了先期成功的實驗結(jié)果作為依據(jù)，學(xué)生已經(jīng)掌握了一定量的金屬著色工藝技能，首飾常用金屬的著色工藝已見雛形。應(yīng)該說，此時，對于大多數(shù)學(xué)生來講，金屬著色實驗的結(jié)果還是比較新鮮的，大家從未想過，金屬還能以如此五彩繽紛的面貌展現(xiàn)在世人面前，所以，大家的創(chuàng)作沖動空前旺盛，設(shè)計思維相當(dāng)活躍，冒出了許多有意思的想法。

毋庸置疑的是，這個階段藝術(shù)類學(xué)生已然占據(jù)了主導(dǎo)地位。憑借多年培養(yǎng)起來的藝術(shù)素質(zhì)、首飾設(shè)計行業(yè)眼光以及較為扎實的藝術(shù)造型能力，藝術(shù)類的學(xué)生不出意外地承擔(dān)了大部分的設(shè)計和制作任務(wù)，在作品制作階段，首飾設(shè)計專業(yè)的學(xué)生由于接受過首飾制作工藝的專業(yè)訓(xùn)練，他們較為清楚作品的制作流程以及工藝的可操作性，知道設(shè)計稿在多大的程度上能夠轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實的成品。盡管還有些磕磕碰碰，但首飾專業(yè)的學(xué)生能夠在這個階段取得主導(dǎo)地位，也是不足為奇的。

然而，工科類的學(xué)生在作品設(shè)計之初并沒有袖手旁觀，由于每一個小組都由藝術(shù)類和工科類的學(xué)生組成，每一個小組只需設(shè)計一套某主題的系列首飾作品，所以，小組的成員都要對系列作品的設(shè)計稿出謀劃策，有權(quán)利提出自己對設(shè)計主題的理解，并對作品的造型提出自己的看法。工科類學(xué)生雖然缺乏專業(yè)的造型訓(xùn)練，也沒有多少首飾行業(yè)知識，但正因為此，他們提出的許多想法對于首飾專業(yè)的學(xué)生來說，卻是全新的、帶有啟發(fā)性的。即便是在作品的造型方面，工科類學(xué)生畫出的設(shè)計草圖往往非同尋常，有的設(shè)計圖甚至讓人耳目一新，只不過，他們的設(shè)計圖帶有很強的主觀臆斷性，因為不懂得首飾制作工藝，所以，他們許多的設(shè)計圖都是難以實現(xiàn)或者無法實現(xiàn)的。此處可見首飾設(shè)計相關(guān)專業(yè)規(guī)律的重要性，換言之，首飾制作工藝是首飾設(shè)計的根本保證，沒有具體的加工工藝作為支持，再好的設(shè)計圖也只不過是一張裝飾畫而已。

四、藝工結(jié)合教學(xué)的啟發(fā)

實際上，在藝術(shù)設(shè)計界，所謂“跨界”的例子并不鮮見，我們經(jīng)常會聽到一些趣事，比如：某某電影導(dǎo)演一直從事繪畫藝術(shù)，其繪畫造詣還挺高；某著名建筑師也曾參與服裝設(shè)計等等。在首飾設(shè)計界，這樣的例子也不少，有雕塑家、畫家、電影演員從事首飾設(shè)計的，也有會計師、律師從事首飾設(shè)計的。這些例子，說明行業(yè)之間的“藩籬”并非牢不可破，相反，由“跨界”而引發(fā)的設(shè)計反而更有新意，更能引起人們的興趣。故而，所謂“藝工結(jié)合”的設(shè)計教學(xué)實際上是完全有必要的，也是開發(fā)創(chuàng)新型設(shè)計人才、拓展設(shè)計視野的一大途經(jīng)。

此次的藝工結(jié)合教學(xué)，不僅對任課教師是一次挑戰(zhàn)和機遇，最主要的，是解放了學(xué)生的設(shè)計思維，使學(xué)生能夠認(rèn)識到，無論是理性還是感性的思維模式，對于首飾設(shè)計都是不可或缺的創(chuàng)作源泉，理性與感性，只不過設(shè)計思維的互補。

可以說，這次教學(xué)實踐帶來的啟發(fā)如下：

（一）嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒瀻硭囆g(shù)表現(xiàn)力的拓展

我們知道，在傳統(tǒng)的首飾設(shè)計中，或者一部分現(xiàn)代的首飾作品中，使用金屬的固有色來制作首飾是十分普遍的做法，這種做法源于貴金屬的價值符號的限制，以及加工技術(shù)條件的限制。而隨著現(xiàn)代首飾設(shè)計對個性觀念表達的加強，金屬的固有色在藝術(shù)表現(xiàn)力方面顯得捉襟見肘，無法繼續(xù)滿足設(shè)計者和佩戴者的需要了。

藝工結(jié)合的設(shè)計教學(xué)，以金屬著色化學(xué)實驗作為先導(dǎo)，經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒灒覀儷@得了不少了實驗數(shù)據(jù)，最重要的，是實現(xiàn)了首飾常用金屬的可重復(fù)性著色，這種著色法獲得的顏色具有一定的色牢度，色譜較廣，色彩度較為鮮明，達到了首飾加工的要求，完全能夠滿足金屬首飾創(chuàng)作的需要，從而極大地拓展了首飾常用金屬的藝術(shù)表現(xiàn)力。而這些實驗的開展，如果僅僅依靠藝術(shù)類學(xué)生來操作，恐怕是難以達到既定目標(biāo)的。

（二）首飾制作的程序化、系統(tǒng)化

一般來講，藝術(shù)類學(xué)生從首飾設(shè)計之初，到完成作品的制作，整個過程會相對松散，尤其是在設(shè)計階段，藝術(shù)類學(xué)生天馬行空的思維慣性往往左右了設(shè)計作品的整體面貌。進入到制作環(huán)節(jié)，這種感性的操作方式漸漸露出弊端，具體的體現(xiàn)就是制作程序的混亂、加工工藝選擇的隨意性。由此產(chǎn)生的結(jié)果就是不得不頻繁地修改原先的設(shè)計稿，強行使之適應(yīng)當(dāng)下的加工條件和制作程序，最終導(dǎo)致成品與設(shè)計稿發(fā)生偏離，最初的設(shè)計想法沒有得到充分體現(xiàn)。

然而，由于有了工科類的同學(xué)的參與，課程中的設(shè)計作品的制作顯得井然有序，從材料的選擇、模型的制作、加工進程的控制和調(diào)整等等方面，都呈現(xiàn)出有條不紊的特點，每一個設(shè)計小組都制定了嚴(yán)密的加工制作程序，并由此展開系列化的操作，這樣，最終的首飾作品雖然少了一些即興的東西，但卻為首飾作品的成本核算以及批量制作提供了可能。

（三）具有創(chuàng)造活力的理性思維

表面化學(xué)處理方法范文第3篇

關(guān)鍵詞：城市污水；下水道管渠；中小城鎮(zhèn)

中圖分類號： U664.9文獻標(biāo)識碼： A

隨著未來我國中小城鎮(zhèn)經(jīng)濟快速發(fā)展，污水的排放量也會迅速增長，這勢必加劇我國水環(huán)境的惡化程度。因此，中小城鎮(zhèn)污水處理也應(yīng)該引起人們足夠的重視。由于，經(jīng)濟發(fā)展水平、排水體制、基礎(chǔ)資料、融資渠道等有很大的差異，所以不可能也不應(yīng)該把大城市的污水處理工藝、技術(shù)裝備等搬用到中、小城鎮(zhèn)中去。

1 我國城鎮(zhèn)污水處理的現(xiàn)狀

長期以來，我國城鎮(zhèn)污水處理面臨著污水處理技術(shù)落后、資金短缺、投資力度不夠、管理水平低等一系列問題，中小城鎮(zhèn)的污水處理設(shè)施急切需要進行改革。針對傳統(tǒng)污水處理方法中存在的問題，提出了污水處理技術(shù)的發(fā)展方向是高效率、低能耗。作為中小城鎮(zhèn)，高效率、低能耗的污水處理技術(shù)應(yīng)具有以下特點：總投資省、運行費用低、抗沖擊負(fù)荷能力強、管理簡便、運行穩(wěn)定、維修方便、占地省。

現(xiàn)階段我國已有簡易、高效、低能耗的污水處理技術(shù)如下：強化一級處理技術(shù)；城市污水生態(tài)工程處理技術(shù)；高負(fù)荷城市污水生物化學(xué)處理技術(shù)；厭氧及不完全厭氧處理技術(shù)；高負(fù)荷生物曝氣濾池。這些技術(shù)與中小城鎮(zhèn)目前的經(jīng)濟和技術(shù)發(fā)展水平相比，依然存在投資大、占地大、技術(shù)水平要求高等問題。因此，研究開發(fā)基建投資省、效率高、能耗低、運行管理簡便的實用型污水處理技術(shù)就成為我國水污染防治的當(dāng)務(wù)之急。

2國內(nèi)外對下水道內(nèi)處理污水技術(shù)的研究

2.1壓力式下水道處理污水技術(shù)的研究

將壓力管道作為處理系統(tǒng)使用的觀點源自為了防止管網(wǎng)和處理設(shè)施受腐蝕所進行的降低氣體生成量的試驗所取得的成果。英國的一項工程應(yīng)用研究表明，夏季在長8km、直徑750mm的壓力管道內(nèi)每天充入足量的空氣，在管道內(nèi)停留2.5h后，成功地將43000的污水中BO降低了50％左右，在冬季，也能維持在30％以上。同時通過比較研究還發(fā)現(xiàn)，如果采用將處理廠的規(guī)模擴大的方式得到相同的出水水質(zhì)，則需要將污水處理廠的規(guī)模擴大50％，而且擴大規(guī)模后每年僅消耗在曝氣系統(tǒng)上的運行費用就比采用直接對管道進行充氧的方式高出24倍[1]。

在美國的加利福亞某地，利用了壓力式管道作為生物處理設(shè)備，在污水進入壓力管道前，先經(jīng)過活性污泥活化器處理，再將活化后的混合液送入壓力管道并充以高壓氧氣，管道出水經(jīng)過浮選、砂濾后即可回用。該管道處理法與普通活性污泥法相比，造價可以節(jié)約近40％，運轉(zhuǎn)費大大降低[2]。

2.2利用重力式下水道處理污水技術(shù)的研究

Bjerre[3]等人在1995年通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)：無論在有氧或無氧條件下，均會發(fā)生有機物質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化，這種轉(zhuǎn)化與水中的生物量、管壁生物膜和管中沉淀物有關(guān)，對易生物降解的有機物的去除、轉(zhuǎn)化是與溶解氧濃度密切相關(guān)的。

Raunkjaer[4]曾經(jīng)利用污水中的BOD5的作為考察指標(biāo)，在重力下水道內(nèi)考察了污水中BOD5的變化，結(jié)果表明:在25℃，BOD5去除率達到30%一40%。

M.Green[5]等人在1985年采用SBR生物反應(yīng)器模擬了DAN REGION的污水管道處理系統(tǒng)，系統(tǒng)形成了“分段進水推流式好氧污水處理裝置”。試驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠充分利用分段進水反應(yīng)器和推流式反應(yīng)器的優(yōu)點，其COD去除率達到了79%～80.8%，BOD的去除率達到了85%～93%，最終出水BOD低于25mg/L。通過經(jīng)濟分析可知，利用重力式管道系統(tǒng)處理污水的基建投資比普通活性污泥法要節(jié)省50%以上。

陳輔利[6]等人曾在排水明渠內(nèi)放置特制載體增加溝渠中的微生物量，并以加快明渠污水反應(yīng)速度的方式進行了試驗，還分別在試驗室和某天然河渠內(nèi)對溝渠處理污水的工藝、效率、抗沖刷能力等進行了試驗，試驗結(jié)果表明：在1.5h內(nèi)COD去除效率可以達到80%以上。

3下水道內(nèi)生物膜的形成及狀態(tài)分析

3.1下水道內(nèi)生物膜的形成

下水道管渠內(nèi)壁生物膜的形成過程可以分為4個階段:有機物吸附；微生物粘附；微生物群集；生物膜擴散。當(dāng)污水進入下水道管渠后，不同材料制成的污水管道與進入管渠的原污水接觸，水中的各種物質(zhì)如蛋白質(zhì)、細(xì)菌微生物、聚多糖等都可能通過疏水作用，發(fā)生表面化合反應(yīng)等吸附到下水道管渠的內(nèi)壁。在下水道管渠內(nèi)流動的污水中富含各種各樣的微生物和有機質(zhì)，受范德華力和靜電力的相互作用，在氫鍵、偶極矩、色散力等理化作用力的控制下，部分個體與下水道管渠內(nèi)壁接觸，進而發(fā)生粘附。

當(dāng)下水道管渠中的微生物和有機質(zhì)與管渠內(nèi)壁接觸并發(fā)生粘附的開始階段，下水道附生微生物斑塊狀散布在管渠內(nèi)壁上。由于數(shù)量少，加上流動水體不斷的“運送”各種營養(yǎng)物質(zhì)，微生物分裂增生速度快。當(dāng)微生物的粘附速度超過微生物的降解速度時，粘附管壁生物量就不斷增加，形成的菌落或細(xì)胞群體連接成片，相對均勻地覆蓋存管道內(nèi)壁，形成生物膜。

3.2下水道管渠內(nèi)壁生物膜的狀態(tài)分析

下水道管渠內(nèi)壁生物膜是一個復(fù)雜的微生物系統(tǒng)，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：不同深度處的膜的密度是不一樣的，在生物膜生長期，膜的密度較大，到達臨界厚度后相對穩(wěn)定在一個低值；下水道管渠內(nèi)壁生物膜是相對固定的膜系統(tǒng)，通過激光掃描下水道生物膜的二維結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)下水道管渠內(nèi)壁生物膜的種群密度和生物活性相對穩(wěn)定；形成下水道管渠內(nèi)壁生物膜的細(xì)菌微生物分泌細(xì)胞外聚合物的能力很強，下水道生物膜在生長初期生物量很小，隨著時間延長，生物量逐漸積累并維持在一個相對穩(wěn)定的水平；當(dāng)膜生長達到一定厚度后，由于下水道水流及較大的阻力等原因而阻止了基質(zhì)、溶解氧向其縱深的擴散傳遞，當(dāng)生物膜超過一定厚度后，其內(nèi)部將出現(xiàn)厭氧區(qū)，在膜深處出現(xiàn)缺氧狀況，可能影響生物膜的活性。

結(jié)束語

對目前尚未建污水廠的中、小城鎮(zhèn)，可以在有限的資金投入情況下改善水環(huán)境污染狀況，并且有利于減小今后新建污水處理廠的規(guī)模。對于那些已建有污水處理廠的城鎮(zhèn)，則可用以緩解污水廠超負(fù)荷運轉(zhuǎn)的壓力。與傳統(tǒng)城鎮(zhèn)污水處理技術(shù)相比，該工藝無論是在經(jīng)濟還是環(huán)境效益上均有較大的優(yōu)勢。

參考文獻：

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[2]王彩霞主編,城市污水處理新技術(shù)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1990

[3] Elmaleh S,Delgado S,Alvarez M,et al.Forecasting of H2S build-upin a reclaimedwastewater pipe[J].Water Science & Technology,1998,38(10):241-247.

[4]Raunkjaer K,HvitVed-JacobsenT,Nielsen PH.Transformation of organic matter in a Gravity sewer.Wat.Env.&Res 1995:VoI.67 No.2.

表面化學(xué)處理方法范文第4篇

引言

在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中，經(jīng)常需要做大量試驗，以求達到預(yù)期的目的。例如在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中希望通過試驗達到高質(zhì)、優(yōu)產(chǎn)、低消耗，特別是在新產(chǎn)品試驗中，由于未知的因素很多，需要通過試驗來摸索工藝和條件，在這種情況下，試驗設(shè)計安排妥當(dāng)與否，直接影響著研究進度與效果。試驗設(shè)計得好，會事半功倍;反之會事倍功半，甚至勞而無功。如何安排實驗?zāi)軌蚴箤嶒灤螖?shù)少且實驗效果好，就成了人們比較關(guān)心的問題。這里就涉及到試驗優(yōu)化設(shè)計的問題。所謂試驗優(yōu)化，是指在最優(yōu)化思想的指導(dǎo)下進行最優(yōu)設(shè)計的一種優(yōu)化方法。它從不同的優(yōu)良性出發(fā)，合理設(shè)計試驗方案，有效控制試驗干擾，科學(xué)處理試驗數(shù)據(jù)，全面進行優(yōu)化分析，直接實現(xiàn)優(yōu)化目標(biāo)。試驗優(yōu)化已成為現(xiàn)代化技術(shù)的一個重要方面，析因設(shè)計、正交設(shè)計、均勻設(shè)計及響應(yīng)面設(shè)計是試驗優(yōu)化設(shè)計中最常用的幾種方法。本文針對這4種優(yōu)化方法的概念、應(yīng)用及優(yōu)缺點等方面進行對比性闡述。

1析因設(shè)計

1．1析因設(shè)計的定義和特點完全隨機、隨機區(qū)組、拉丁方設(shè)計資料的方差分析，均只能分析各因素水平間的差異有無顯著性［1］，在醫(yī)藥、食品研究中常用到實驗中涉及到的兩因素有交互作用，這時采用析因設(shè)計比較好。析因設(shè)計是一種多因素多水平的交叉分組進行全面試驗的設(shè)計方法。它不僅可檢驗每個因素各水平間的差異，研究2個或2個以上因素的主效應(yīng)，而且可檢驗各因素間的交互作用，通過比較各種組合，可以找出最佳組合［2］。它是一種全面的高統(tǒng)計效率的設(shè)計，當(dāng)因素數(shù)目和水平數(shù)都不太大，且效應(yīng)與因素之間的關(guān)系比較復(fù)雜時，常常采用該種設(shè)計。例:在評價藥物療效時，除需知道A藥和B藥各劑量的療效外(主效應(yīng))，還需知道兩種藥同時使用的交互效應(yīng)。析因設(shè)計及相應(yīng)的方差分析能分析藥物的單獨效應(yīng)、主效應(yīng)和交互效應(yīng)。

1．2析因設(shè)計表析因設(shè)計數(shù)據(jù)處理均采用方差分析，析因設(shè)計對各因素不同水平的全部組合進行試驗，故具有全面性和均衡性;析因設(shè)計可以提供三方面的重要信息:各因素不同水平的效應(yīng)大小;各因素間的交互作用;通過比較各種組合，找出最佳組合。通過合理的設(shè)計表，對得到的數(shù)據(jù)進行方差分析，可以求出主效應(yīng)和交互效應(yīng)，一般分為:正交互效應(yīng)(協(xié)同作用)———兩因素聯(lián)合(共同)作用大于其單獨作用之和;負(fù)交互作用(拮抗作用)———兩因素聯(lián)合作用小于其單獨作用之和。常用的析因設(shè)計表如表1～3所示。

1．3析因設(shè)計的優(yōu)缺點析因設(shè)計的優(yōu)點之一是可以用來分析全部主效應(yīng)(即各個單因素的作用)和因素之間的各級交互作用的效應(yīng)(即任何兩個因素之間的交互作用效應(yīng)、任何三個因素之間的交互作用效應(yīng)等)的大小［3］;但有時高階交互作用是很難解釋的，實際工作中常只考慮一、二階交互作用。析因設(shè)計與完全隨機設(shè)計是有區(qū)別的，完全隨機析因設(shè)計與完全隨機設(shè)計表面類似，但是其設(shè)計理念不同、方差分析方法不同。完全隨機設(shè)計為單因素設(shè)計，不能分析因素間交互作用，析因設(shè)計為多因素設(shè)計，可以分析交互作用。將析因設(shè)計的資料做完全隨機設(shè)計的方差分析，會掩蓋交互作用，得出錯誤的結(jié)論。析因設(shè)計比單處理因素設(shè)計能提供更多的實驗信息，效率高，從得到的信息來看，它節(jié)省了組數(shù)和例數(shù)，可用來分析全部因素的主效應(yīng)，以及因素間各級的交互作用，在醫(yī)學(xué)上可以用于篩選最佳治療方案、藥物配方、實驗條件等研究。缺點是由于所需要的實驗次數(shù)很多(因該設(shè)計的原名也叫做“有重復(fù)實驗的全因子設(shè)計”)，故因素過多或因素的水平數(shù)過多時，所需要的實驗次數(shù)太多，研究者常無法承受。當(dāng)考慮的因素增加時，試驗組數(shù)呈幾何倍數(shù)增加，所需試驗的次數(shù)很多，不但計算復(fù)雜，而且給眾多交互作用的解釋帶來困難(比如，4個因素各3個水平的處理數(shù)為34=81種)。因此，當(dāng)因素與水平數(shù)都較多時，一般不采用完全交叉分組的析因設(shè)計，而采用正交設(shè)計。

2正交設(shè)計

2．1正交設(shè)計的原理正交試驗設(shè)計是試驗優(yōu)化的一種常用技術(shù)。它是建立在概率論、數(shù)量統(tǒng)計和實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，運用標(biāo)準(zhǔn)化正交表安排試驗方案，并對結(jié)果進行計算分析，從而快速找到最優(yōu)試驗方案的一種設(shè)計方法［4］。正交試驗設(shè)計較之于析因設(shè)計的優(yōu)點在于它大大減少了試驗次數(shù)，提高了工作效率。它的優(yōu)點來自于它的特點，它是根據(jù)正交性從全面試驗中挑選出部分有代表性的點進行試驗，這些點并不是隨便找的點，而是一些具備“均勻分散、齊整可比”的點。然后我們通過對代表性點的試驗進行結(jié)果分析，進而推廣到整體試驗，以實現(xiàn)工藝的優(yōu)化。

2．2正交設(shè)計表如何保證正交試驗點的均勻分散性和齊整可比性就成了正交設(shè)計的關(guān)鍵，這就涉及到正交表的設(shè)計和選取。正交表是將正交試驗選擇的各種水平組合列成表格，然后在具體的設(shè)計時，參照表格安排試驗方案［5］。正交表是一整套規(guī)則的設(shè)計表格，用Ln(tq)表示，其中:L為正交表的代號;n為試驗的次數(shù);t為水平數(shù);q為列數(shù)，也就是可能安排最多的因素個數(shù)。例如L9(34)，它表示需作9次實驗，最多可觀察4個因素，每個因素均為3水平(見表4)。一個正交表中也可以各列的水平數(shù)不相等，我們稱它為混合型正交表，如L8(4×25)，此表的5列中，有1列為4水平，4列為2水平。正交表的出現(xiàn)使得試驗設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化了，從正交表中，我們可以確定出因素的主次效應(yīng)順序，同時也可以運用方差分析對試驗數(shù)據(jù)進行分析，分析出各因素對指標(biāo)的影響程度，從而找出優(yōu)化條件或最優(yōu)組合來安排試驗。

2．3正交設(shè)計的優(yōu)缺點正交試驗設(shè)計由于其諸多優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于科研中。正交設(shè)計使用上按表格安排試驗，比較方便;其布點均衡，試驗次數(shù)減少;它能保證主要因素的各種可能都不會漏掉;它能提供一種分析結(jié)果(包括交互作用)的方法，結(jié)果直觀容易分析，且每個試驗水平都重復(fù)相同次數(shù)，可以消除部分試驗誤差的干擾;因其具有正交性，易于分析出各因素的主效應(yīng)。但其也有一些缺點:它提供的數(shù)據(jù)分析方法所獲得的優(yōu)選值，只能是試驗所用水平的某種組合，優(yōu)選結(jié)果不會超越所取水平的范圍;另外，也不能給進一步的試驗提供明確的指向性，使試驗仍然帶很強的摸索性色彩，不很精確。這樣，正交試驗法用在初步篩選時顯得收斂速度緩慢，難于確定數(shù)據(jù)變化規(guī)律，增加試驗次數(shù)。尤其在試驗工作煩瑣、費用昂貴的情況更顯突出。

3均勻設(shè)計

3．1均勻設(shè)計的原理均勻設(shè)計［6］是統(tǒng)計試驗設(shè)計的方法之一，它的發(fā)明涉及數(shù)論、函數(shù)論、試驗設(shè)計、隨機優(yōu)化、計算復(fù)雜性等領(lǐng)域，開創(chuàng)了一個新的研究方向，形成了中國人創(chuàng)立的學(xué)派，并獲得國際認(rèn)可，已在國內(nèi)外諸如航天、化工、制藥、材料、汽車等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。均勻設(shè)計法是一種建立在正交設(shè)計上的試驗設(shè)計方法。均勻設(shè)計的數(shù)學(xué)原理是數(shù)論中的一致分布理論，此方法借鑒了“近似分析中的數(shù)論方法”這一領(lǐng)域的研究成果，將數(shù)論和多元統(tǒng)計相結(jié)合，是屬于偽蒙特卡羅方法的范疇［7］。與所有的試驗設(shè)計方法本質(zhì)一樣，其本質(zhì)是在試驗的范圍內(nèi)給出挑選代表性點的方法。與正交設(shè)計不同的是，均勻設(shè)計只考慮試驗點在試驗范圍內(nèi)均勻散布，挑選試驗代表點的出發(fā)點是“均勻分散”，而不考慮“整齊可比”，它可保證試驗點具有均勻分布的統(tǒng)計特性，可使每個因素的每個水平做一次且僅做一次試驗，任兩個因素的試驗點點在平面的格子點上，每行每列有且僅有一個試驗點。它著重在試驗范圍內(nèi)考慮試驗點均勻散布以求通過最少的試驗來獲得最多的信息，因而其試驗次數(shù)比正交設(shè)計明顯的減少，使均勻設(shè)計特別適合于多因素多水平的試驗和系統(tǒng)模型完全未知的情況。例如，當(dāng)試驗中有m個因素，每個因素有n個水平時，如果進行全面試驗，共有nm種組合，正交設(shè)計是從這些組合中挑選出n2個試驗，而均勻設(shè)計是利用數(shù)論中的一致分布理論選取n個點試驗。如某項試驗影響因素有5個，水平數(shù)為10個，則全面試驗次數(shù)為105次，即做十萬次試驗;正交設(shè)計是做102次，即做100次試驗;而均勻設(shè)計只做10次。很明顯，均勻設(shè)計比正交設(shè)計更簡便。

3．2均勻設(shè)計表和正交設(shè)計需要標(biāo)準(zhǔn)正交表一樣，均勻設(shè)計也需要其專業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)表，我們稱之為均勻設(shè)計表［8］。每個均勻設(shè)計表有一個代號，其中U表示均勻設(shè)計，n表示水平數(shù)亦表示試驗次數(shù)，m表示該表最多可安排的因素數(shù)量。如U5(53)(見表5)。右上角加“*”的U表均勻性較好，應(yīng)優(yōu)先選用。均勻設(shè)計表的列是不平等的，每次試驗選取的列與試驗因素的數(shù)目密切相關(guān)。因此，每個均勻設(shè)計表都有一個使用表供參考(見表6)。而且適合相同因素的均勻設(shè)計表通常不止一個，可根據(jù)使用表挑選既滿足自己試驗因素要求的、均勻性好的，即偏差小的，同時又是試驗次數(shù)相對較少的均勻設(shè)計表［9］。

3．3均勻設(shè)計的優(yōu)缺點均勻設(shè)計使得試驗次數(shù)大大減少，能夠自動將各試驗因素分為重要與次要，并將因素按重要性排序;同時過程數(shù)字化，可通過電腦對結(jié)果與因素條件進行界定與預(yù)報(如天氣預(yù)報)，進而控制各因素。但同時它也存在一些缺點。由于均勻設(shè)計是非正交設(shè)計，所以它不可能估計出方差分析模型中的主效應(yīng)和交互效應(yīng)，但是它可以估出回歸模型中因素的主效應(yīng)和交互效應(yīng)［10］。另外，值得注意的是，在具體的試驗設(shè)計中，不可以一味地只圖少的試驗次數(shù)。除非有很好的前期工作基礎(chǔ)和豐富的經(jīng)驗，否則不要企圖通過做很少的試驗就可達到試驗?zāi)康模驗樵囼灲Y(jié)果的處理一般需要采用回歸分析方法完成，過少的試驗次數(shù)很可能導(dǎo)致無法建立有效的模型，也就不能對問題進行深入的分析和研究，最終使試驗和研究停留在表面化的水平上。一般情況下建議試驗的次數(shù)取因素數(shù)的3～5倍為好。

4響應(yīng)面設(shè)計

4．1響應(yīng)面設(shè)計原理響應(yīng)面分析是一種優(yōu)化工藝條件的有效、快速、精確的試驗方法，系通過中心組合試驗，采用多元線性回歸方法為函數(shù)估計的工具，將多因素試驗中的因素與水平的相互關(guān)系用多項式進行擬合，然后對函數(shù)的響應(yīng)面等值線和用回歸方程的分析來尋求最優(yōu)工藝參數(shù)，可精確地描述因素與響應(yīng)值之間的關(guān)系［11］。響應(yīng)面是指響應(yīng)變量η與一組輸入變量(ζ1，ζ2，…，ζk)之間的函數(shù)關(guān)系式:η=f(ζ1，ζ2，…，ζk)。響應(yīng)面顧名思義需要一個模型，在實際操作中，需要通過大量的試驗，獲得大量的試驗數(shù)據(jù)，然后通過多元線性回歸方法去建模。建立模型后以兩因素水平為X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)，相應(yīng)地由模型計算的響應(yīng)值為Z坐標(biāo)作出三維空間的曲面。如圖1、圖2所示。響應(yīng)面法(RSM)主要有三種常用的試驗設(shè)計方案:Box-Behnken設(shè)計(BBD)、均勻外殼設(shè)計(UniformShellDesign，USD)和中心組合設(shè)計(CentralCompositeDesign，CCD)。前兩種較少使用，中心組合設(shè)計是響應(yīng)曲面中最常用的二階設(shè)計。CCD設(shè)計是多因素5水平的實驗設(shè)計，是在二水平析因設(shè)計的基礎(chǔ)上加上極值點和中心點構(gòu)成的［12］。

4．2CCD設(shè)計表CCD設(shè)計表由三部分組成:①2k或2k×1/2析因設(shè)計。②極值點。由于二水平的析因設(shè)計只能用作線性考察，需再加上第二部分極值點，才適合于非線性擬合。如果以坐標(biāo)表示，極值點在坐標(biāo)軸上的位置稱為軸點或星點，表示為(±α，0，…，0)，(0，±α，…，0)，…，(0，0，…，±α)星點的組數(shù)與因素數(shù)相同。③一定數(shù)量的中心點重復(fù)試驗。中心點的個數(shù)與CCD設(shè)計的特殊性質(zhì)如正交或均一精密有關(guān)［13］。不同因素數(shù)CCD設(shè)計方案見表7。

4．3響應(yīng)面設(shè)計優(yōu)缺點相比于正交設(shè)計和均勻設(shè)計，響應(yīng)面設(shè)計法得到的回歸方程精度高，能夠得到幾種因素間交互作用等優(yōu)點，并且它不是一種點對點之間的優(yōu)化方法，RSM能夠?qū)?yōu)化過程延伸到面的程度，呈現(xiàn)三維立體效果。同時RSM能夠減少最佳條件下效應(yīng)的預(yù)測值和實測值偏差，具有突出的優(yōu)越性。當(dāng)然響應(yīng)面法也不能完全替代傳統(tǒng)的設(shè)計，它相對于因子分析，精度仍不夠，它要求自變量必須是連續(xù)的而且能被試驗者自由控制，如果先用CCD找到最優(yōu)區(qū)，再使用因子分析在較小的范圍內(nèi)應(yīng)用效應(yīng)面優(yōu)化法則效果會更好。

4．4響應(yīng)面的廣泛應(yīng)用20世紀(jì)50年代，CCD最先應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)中，目的在于確定最優(yōu)操作過程［14］。現(xiàn)在，CCD被頻繁地用來確定各種反應(yīng)物的劑量，使得響應(yīng)達到最優(yōu)值或預(yù)期值。例如:用于優(yōu)化各種培養(yǎng)基和有機合成中工藝優(yōu)化。同時，CCD在其他領(lǐng)域中也發(fā)揮了重要的作用。在生物學(xué)方面，用于研究反應(yīng)混合物中各化學(xué)反應(yīng)成分所占比例與其生物學(xué)活性之間的關(guān)系，確定生物材料的最優(yōu)試驗條件。在食品工業(yè)方面，用來確定食品中各成分作用以確定各種成分所占比例和確定最優(yōu)反應(yīng)條件。在工程學(xué)方面，用于結(jié)構(gòu)優(yōu)化、可靠性分析和車輛動力學(xué)等方面。響應(yīng)面法還被廣泛應(yīng)用到生態(tài)學(xué)和環(huán)境學(xué)等領(lǐng)域中。值得一提的是，在國外影響因子較高的SCI期刊中，響應(yīng)面更是得到了廣泛的應(yīng)用，具有更高的適用性［15-16］。