绿色化工工艺导论（第2版）

第1 章 绪论............................................................ ( 1 )

1.. 1 引言............................................................ ( 1 )

1.. 2 化学工艺基本概念................................................ ( 3 )

1.. 2.. 1 化工生产过程和工艺流程...................................... ( 3 )

1.. 2.. 2 化学反应与生产过程的效率指标................................ ( 5 )

1.. 2.. 3 反应过程物料与热量衡算...................................... ( 8 )

习题................................................................ ( 11 )

参考文献............................................................ ( 11 )

第2 章 绿色化学与清洁生产.............................................. ( 13 )

2.. 1 环境保护与可持续发展............................................ ( 13 )

2.. 2 绿色化学概念.................................................... ( 14 )

2.. 3 典型绿色化学反应................................................ ( 15 )

2.. 4 清洁生产概念.................................................... ( 16 )

2.. 5 化工清洁生产实施................................................ ( 17 )

2.. 5.. 1 基本概念.................................................... ( 17 )

2.. 5.. 2 程序........................................................ ( 17 )

2.. 6 化工清洁生产实例................................................ ( 27 )

2.. 6.. 1 清洁生产审核实例............................................ ( 27 )

2.. 6.. 2 清洁生产技术实例............................................ ( 35 )

2.. 7 生态工业园区.................................................... ( 38 )

思考题.............................................................. ( 39 )

参考文献............................................................ ( 40 )

第3 章 化工模拟与人工智能.............................................. ( 41 )

3.. 1 基本概念........................................................ ( 41 )

3.. 1.. 1 化工模拟.................................................... ( 41 )

3.. 1.. 2 人工智能.................................................... ( 42 )

3.. 2 分子模拟........................................................ ( 43 )

3.. 2.. 1 蒙特卡罗Monte Carlo(MC)模拟方法............................ ( 44 )

3.. 2.. 2 分子动力学Molecular Dynamics(MD)模拟方法.................... ( 47 )

3.. 2.. 3 耗散粒子动力学Dissipative Particle Dynamics(DPD)模拟方法........ ( 52 )

3.. 2.. 4 周期性边界条件和*小映像约定................................ ( 57 )

— 1 —

3.. 2.. 5 网格列表法( .................................................. 58 )

3.. 3 单元模拟........................................................ ( 59 )

3.. 3.. 1 前处理...................................................... ( 60 )

3.. 3.. 2 确定计算域.................................................. ( 60 )

3.. 3.. 3 生成网络.................................................... ( 60 )

3.. 3.. 4 设定初始条件和边界条件...................................... ( 60 )

3.. 3.. 5 选择求解模型................................................ ( 60 )

3.. 3.. 6 设定求解参数及求解.......................................... ( 61 )

3.. 3.. 7 后处理...................................................... ( 61 )

3.. 4 流程模拟........................................................ ( 61 )

3.. 4.. 1 序贯模块法.................................................. ( 62 )

3.. 4.. 2 联立方程法.................................................. ( 64 )

3.. 5 主要发展动向.................................................... ( 66 )

3.. 6 未来发展趋势.................................................... ( 69 )

思考题.............................................................. ( 69 )

参考文献............................................................ ( 70 )

第4 章 绿色能源技术与工艺.............................................. ( 72 )

4.. 1 概述............................................................ ( 72 )

4.. 1.. 1 能源及其分类................................................ ( 72 )

4.. 1.. 2 绿色能源.................................................... ( 73 )

4.. 2 生物质能源基础.................................................. ( 75 )

4.. 2.. 1 生物质的定义、特性和分析.................................... ( 75 )

4.. 2.. 2 生物质能源的特性、表征及转换................................ ( 78 )

4.. 2.. 3 生物质固体燃料.............................................. ( 81 )

4.. 2.. 4 生物质液体燃料.............................................. ( 84 )

4.. 2.. 5 生物质气化.................................................. ( 90 )

4.. 2.. 6 生物质化工.................................................. ( 93 )

4.. 2.. 7 其他生物质能技术............................................ ( 94 )

4.. 3 锂离子电池基础.................................................. ( 95 )

4.. 3.. 1 锂离子电池的发展历史........................................ ( 95 )

4.. 3.. 2 锂离子电池的的特点和分类.................................... ( 96 )

4.. 3.. 3 锂离子电池的工作原理........................................ ( 97 )

4.. 3.. 4 锂离子电池主要评价指标...................................... ( 98 )

4.. 3.. 5 锂离子电池的发展方向........................................ ( 99 )

4.. 3.. 6 锂离子电池的组成和电极材料.................................. (100)

4.. 4 燃料电池基础.................................................... (108)

4.. 4.. 1 燃料电池的发展历史和应用现状................................ (108)

4.. 4.. 2 燃料电池的的特点和分类...................................... (109)

— 2 —

绿色化工工艺导论(第2 版)

4.. 4.. 3 质子交换膜燃料电池(110.......................................... )

4.. 4.. 4 碱性燃料电池和磷酸型燃料电池................................ (113)

4.. 4.. 5 固体氧化物燃料电池和熔融碳酸盐燃料电池...................... (115)

4.. 5 其他绿色能源技术................................................ (116)

4.. 5.. 1 超级电容器.................................................. (116)

4.. 5.. 2 全钒液流电池................................................ (118)

思考题.............................................................. (119)

参考文献............................................................ (119)

第5 章 绿色催化技术与工艺.............................................. (121)

5.. 1 环境友好的固体酸................................................ (121)

5.. 1.. 1 固体酸的定义、分类及测定.................................... (121)

5.. 1.. 2 沸石分子筛.................................................. (122)

5.. 1.. 3 杂多酸化合物................................................ (130)

5.. 1.. 4 固体超强酸.................................................. (136)

5.. 1.. 5 应用固体酸取代液体酸的典型石油化工过程...................... (141)

5.. 2 环境友好的固体碱................................................ (145)

5.. 2.. 1 固体碱的定义、分类及测定.................................... (145)

5.. 2.. 2 固体碱在催化反应中的应用.................................... (150)

5.. 3 新型分子筛...................................................... (157)

5.. 3.. 1 TS-1 分子筛.................................................. (157)

5.. 3.. 2 介孔分子筛.................................................. (166)

5.. 4 生物酶催化剂.................................................... (172)

5.. 4.. 1 酶的化学本质................................................ (172)

5.. 4.. 2 酶催化剂的特性与分类........................................ (173)

5.. 4.. 3 酶的固相化.................................................. (175)

5.. 4.. 4 影响酶催化反应的因素........................................ (176)

思考题.............................................................. (177)

参考文献............................................................ (177)

第6 章 超临界流体技术与工艺............................................ (179)

6.. 1 超临界流体热力学相图和特性...................................... (179)

6.. 1.. 1 纯组分相图.................................................. (179)

6.. 1.. 2 二元物系相图................................................ (180)

6.. 1.. 3 超临界流体的特性............................................ (182)

6.. 2 超临界水技术的应用.............................................. (183)

6.. 2.. 1 超临界水在化学反应中的应用.................................. (184)

6.. 2.. 2 超临界水氧化(SCWO)处理有机污染物.......................... (190)

6.. 2.. 3 超临界水中聚合物的降解...................................... (195)

6.. 2.. 4 超临界水中纳米材料的制备.................................... (202)

— 3 —

目 录

6.. 2.. 5 超临界水的原位研究技术(203...................................... )

6.. 3 超临界二氧化碳技术应用.......................................... (205)

6.. 3.. 1 超临界二氧化碳的反应特性.................................... (205)

6.. 3.. 2 超临界CO2 萃取分离技术...................................... (207)

6.. 3.. 3 超临界CO2 中的化学反应...................................... (209)

6.. 3.. 4 超临界CO2 染色技术.......................................... (214)

6.. 3.. 5 CO2 膨胀液体体系的应用...................................... (215)

6.. 3.. 6 超临界CO2 在二维纳米材料宏量制备中的应用.................... (219)

思考题.............................................................. (219)

参考文献............................................................ (219)

第7 章 电化学合成技术与工艺............................................ (221)

7.. 1 电化学概论...................................................... (221)

7.. 1.. 1 电化学发展史................................................ (221)

7.. 1.. 2 电化学合成特点.............................................. (222)

7.. 2 电化学理论基础.................................................. (223)

7.. 2.. 1 电解质溶液及电化学性质...................................... (223)

7.. 2.. 2 电化学反应热力学............................................ (225)

7.. 2.. 3 极化过程与反应动力学........................................ (226)

7.. 2.. 4 电极过程研究技术[4] .......................................... (232)

7.. 2.. 5 电解过程的性能指标.......................................... (237)

7.. 3 电化学合成方法.................................................. (239)

7.. 3.. 1 电解媒介.................................................... (239)

7.. 3.. 2 直接电解合成法.............................................. (241)

7.. 3.. 3 间接电解合成法.............................................. (245)

7.. 3.. 4 其他电化学合成法............................................ (251)

7.. 4 电化学工程与工业应用............................................ (260)

7.. 4.. 1 电化学工程基础.............................................. (260)

7.. 4.. 2 电化学反应器................................................ (261)

7.. 4.. 3 工业(有机)电化学合成........................................ (264)

7.. 4.. 4 展望........................................................ (266)

习题................................................................ (266)

参考文献............................................................ (267)

第8 章 绿色化工工艺实例................................................ (269)

8.. 1 绿色无机化工工艺................................................ (269)

8.. 1.. 1 先驱物法.................................................... (271)

8.. 1.. 2 水热法...................................................... (272)

8.. 1.. 3 溶胶-凝胶法................................................ (273)

8.. 1.. 4 低热固相反应................................................ (273)

— 4 —

绿色化工工艺导论(第2 版)

8.. 1.. 5 流变相反应(274.................................................. )

8.. 2 绿色有机化工工艺................................................ (274)

8.. 2.. 1 氧化法...................................................... (275)

8.. 2.. 2 还原法...................................................... (276)

8.. 2.. 3 间接电氧化法................................................ (277)

8.. 2.. 4 三氧化二锰法................................................ (280)

8.. 2.. 5 超(近)临界流体法(SCF) ...................................... (281)

8.. 3 绿色制药工艺.................................................... (287)

8.. 3.. 1 薯蓣皂苷元.................................................. (287)

8.. 3.. 2 低核苷酸药物................................................ (292)

8.. 4 绿色精细化工工艺................................................ (294)

8.. 4.. 1 磺化清洁工艺的选择.......................................... (294)

8.. 4.. 2 硝化清洁工艺的选择.......................................... (297)

8.. 4.. 3 卤化清洁工艺的选择.......................................... (302)

8.. 5 绿色能源化工工艺................................................ (309)

8.. 5.. 1 洁净煤技术.................................................. (310)

8.. 5.. 2 生物质能.................................................... (314)

8.. 6 农、林、牧、副、渔绿色加工工艺.................................. (328)

8.. 6.. 1 生态农业.................................................... (328)

8.. 6.. 2 植物废弃物的绿色加工工艺.................................... (329)

8.. 6.. 3 动物废弃物的绿色加工工艺.................................... (336)

思考题.............................................................. (344)

参考文献............................................................ (344)