随着人类环保意识的加强和对化工新材料清洁生产技术的迫切需求，绿色化学作为20世纪90年代出现的具有重大社会需求和明确科学目标的新兴交叉学科，已成为现代国际化学化工科学研究的前沿和重要的发展领域，而如何从科学及工程角度设计绿色化工过程就成为实现化工清洁生产的首要及关键问题。本书依据绿色化学原理和现代化工强化技术理论，结合最新的绿色化学实践应用成果，较系统地总结和提出了进行绿色化工过程设计所依据的重要原则，包括循环过程及耦合过程设计、化工过程强化技术及装备、绿色催化技术、材料绿色合成方法及绿色工艺设计原理，并具体地论述了这些设计原则在新材料合成、无机和有机材料回收、生物质资源、海洋资源及二氧化碳绿色转化过程中的应用，并阐释了绿色化工过程评估的典型方法。本书共10章，内容包括绿色化工过程的特征及发展模式、基于循环过程及耦合过程的设计原理、基于化工过程强化技术的过程设计原理、基于绿色催化剂体系的过程设计原理、基于绿色合成方法的过程设计原理、材料循环利用的绿色工艺设计原理、生物质加工的绿色过程、二氧化碳转化的绿色过程、海洋资源利用的绿色过程及绿色化工过程评估原理及应用。
样章试读
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前言
第1章 绪论 1
1.1 绿色化工过程概述 1
1.2 绿色化工过程 2
1.3 绿色化工发展的主要模式 2
1.4 绿色化工过程设计的基本原则 4
1.4.1 绿色化学的12 条原则 4
1.4.2 绿色化工过程设计的12 条原则 6
参考文献 7
第2章 基于循环过程及耦合过程的设计原理 9
2.1 基于循环过程的绿色化工过程设计 9
2.1.1 设计闭路循环过程 9
2.1.2 设计开路循环过程 9
2.1.3 对循环过程所用的物质和副产物进行处理，使其中的部分物质进行再利用 10
2.2 基于耦合过程原理的绿色化工过程设计 10
参考文献 12
第3章 基于化工过程强化技术的过程设计原理 13
3.1 概述 13
3.2 基于过程集成技术的绿色过程设计 13
3.2.1 基于反应集成技术的绿色过程设计 13
3.2.2 基于分离过程集成技术的绿色过程设计 20
3.3 基于能量场强化技术原理的绿色化工过程设计 32
3.3.1 超声波场辅助的化学反应过程 32
3.3.2 太阳能场辅助技术 33
3.3.3 微波场辅助技术 33
3.3.4 等离子体场技术 35
3.3.5 机械力化学场技术 35
3.4 基于先进装备的绿色化工过程设计 39
3.4.1 静态混合反应器 39
3.4.2 微通道反应器 40
3.4.3 超重力反应/分离器 41
3.4.4 振荡流反应器 42
3.5 利用强化技术设计绿色化工过程的原则及实施步骤 43
参考文献 44
第4章 基于绿色催化剂体系的过程设计原理 48
4.1 绿色固体催化剂 48
4.1.1 固体超强酸催化剂 48
4.1.2 分子筛催化剂 51
4.1.3 杂多化合物催化剂 58
4.1.4 高分子酸催化剂 62
4.1.5 固体碱催化剂 64
4.1.6 碳磺酸催化剂 68
4.2 生物及仿生催化剂 70
4.2.1 生物催化剂 70
4.2.2 仿生催化剂 75
4.3 石墨烯基催化剂 80
4.3.1 石墨烯的催化相关性质 80
4.3.2 石墨烯基催化剂的制备方法 81
4.3.3 石墨烯基催化剂的主要表征和分析方法 81
4.3.4 石墨烯基催化剂的主要应用 81
4.4 离子液体催化剂 84
4.4.1 概述 84
4.4.2 离子液体的制备方法 84
4.4.3 离子液体的表征方法 85
4.4.4 离子液体在有机合成中的应用 87
参考文献 88
第5章 基于绿色合成方法的过程设计原理 93
5.1 无机材料的绿色合成方法 93
5.1.1 水热合成法 93
5.1.2 溶胶-凝胶法 94
5.1.3 化学气相沉积法 96
5.1.4 局部化学反应法 98
5.1.5 低热固相反应 101
5.1.6 流变相反应 104
5.1.7 先驱物法 105
5.1.8 助熔剂法 106
5.1.9 高聚物模板法 107
5.2 无机材料合成过程的强化技术 108
5.2.1 超声场辅助技术 108
5.2.2 微波场辅助技术 108
5.2.3 微反应技术及微反应器在无机材料制备中的应用 109
5.3 基于羟基自由基作用的无机材料合成过程 112
5.4 有机材料合成的绿色工艺方法 113
5.4.1 清洁介质体系的绿色合成过程 113
5.4.2 无溶剂体系的有机合成 115
5.4.3 相转移催化 116
5.4.4 有机电化学合成 118
5.4.5 温控两相催化体系合成 121
5.5 高分子材料绿色合成方法 124
5.5.1 基于环保溶剂的聚合过程 124
5.5.2 辐射交联聚合技术 129
5.5.3 等离子体聚合技术 132
5.5.4 酶催化聚合技术 133
5.5.5 熔融聚合技术 136
5.5.6 原子自由基聚合技术 136
5.6 绿色有机合成过程设计的基本原则 141
参考文献 141
第6章 材料循环利用的绿色工艺设计原理 150
6.1 概述 150
6.2 材料循环利用绿色过程设计基本原则 150
6.3 无机工业废弃物循环利用绿色工艺设计 151
6.3.1 粉煤灰 151
6.3.2 冶炼废渣 153
6.3.3 煤矸石 154
6.3.4 废催化剂 155
6.3.5 废锂电池 161
6.4 高分子材料循环利用的绿色工艺设计 162
参考文献 175
第7章 生物质加工的绿色过程 179
7.1 概述 179
7.2 生物质主要成分性质及分析方法 179
7.2.1 纤维素的物理化学性质 179
7.2.2 半纤维素的物理化学性质 182
7.2.3 木质素的物理化学性质 184
7.2.4 生物质的溶剂体系及溶解规律 186
7.2.5 生物质结构及性质的分析方法 187
7.2.6 生物质组成分析方法 191
7.3 生物质的物理及化学转化原理 193
7.3.1 生物质组分的清洁分离原理 193
7.3.2 生物质的化学转化原理 196
7.4 生物质绿色转化典型产品生产过程分析 200
7.4.1 生物质转化为精细化学品 200
7.4.2 生物质转化为有机化工原料 212
7.4.3 生物质转化为燃料 215
7.4.4 生物质基功能材料及复合材料 217
7.5 天然油脂的绿色化学转化过程 220
7.5.1 简介 220
7.5.2 天然脂肪酸(酯)的化学转化原理 220
7.5.3 天然脂肪绿色转化过程分析 222
参考文献 224
第8章 二氧化碳转化的绿色过程 233
8.1 概述 233
8.1.1 二氧化碳的物理性质 234
8.1.2 二氧化碳的化学性质 234
8.2 二氧化碳的化学转化原理 234
8.2.1 二氧化碳的化学活化原理 234
8.2.2 二氧化碳的电化学活化原理 237
8.2.3 二氧化碳的光活化原理 237
8.3 二氧化碳分离的绿色技术 239
8.3.1 吸收法 239
8.3.2 吸附法 240
8.3.3 膜分离法 241
8.3.4 膜分离-吸收联合法 241
8.4 二氧化碳转化利用的绿色工艺 241
8.4.1 二氧化碳转化为Na2CO3 241
8.4.2 二氧化碳转化为有机化工原料的绿色过程 242
8.4.3 二氧化碳转化为燃料 252
8.4.4 二氧化碳基聚合物 255
参考文献 260
第9章 海洋资源利用的绿色过程 265
9.1 概述 265
9.2 具有生物活性的物质提取的绿色过程 266
9.2.1 简介 266
9.2.2 海洋生物活性物质提取的绿色技术与工艺 267
9.2.3 基于能量强化技术的分离过程 272
9.3 稀有元素提取的绿色过程 276
9.3.1 钾元素 277
9.3.2 溴元素 278
9.3.3 锂元素 280
9.3.4 铀元素 281
9.3.5 金元素 284
9.4 海水淡化的绿色过程 285
9.4.1 蒸馏法淡化技术 286
9.4.2 反渗透海水淡化技术 287
9.4.3 海水淡化工艺主要技术性能对比 288
9.5 海洋聚合物资源的绿色提取过程 289
9.5.1 海藻提取海藻酸钠 289
9.5.2 贝壳类提取甲壳素 291
参考文献 293
第10章 绿色化工过程评估原理及应用 297
10.1 绿色化学评估的基本准则 297
10.1.1 绿色化学的12条原则 297
10.1.2 绿色化学工程技术的9条附加原则 297
10.2 绿色化工过程的评估方法 298
10.2.1 基本概念 298
10.2.2 化学化工过程绿色化的度量指标 299
10.2.3 绿色化工过程的评估方法 302
10.3 生命周期评估方法及应用 306
10.3.1 简介 306
10.3.2 生命周期评估的基本步骤 307
10.3.3 生命周期评估的用途 308
10.4 基于绿色度标准的化工过程绿色评价过程 311
10.4.1 简介 311
10.4.2 绿色度 313
10.5 绿色化工过程的技术经济分析 325
10.5.1 原料和工艺路线的选择原则 325
10.5.2 原辅料及公用工程消耗估算 327
10.5.3 项目基本建设投资估算 328
10.5.4 项目建设基金筹措过程 333
10.5.5 项目的财务评价及盈亏分析 334
10.5.6 风险和不确定性分析 337
参考文献 338
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