绿色化工工艺导论（第2版）

本教材的第2版章节安排仍沿用第1版，在原有的基础上，对内容、编排作进一步的增补与完善，如在第1章绪论中增加了化学工艺的基本概念，为本教材的后续章节的教学打下基础；在第3章中删除了一些数学基础要求较高的内容以及超出教学大纲要求的内容，使教材更适合本科生的课堂教学。同时又增加了人工智能的基本概念，以适应当前化工生产智能化的趋势；在第4章中考虑到目前汽车工业中大量引入油电混动和纯电驱动技术，增补了“超级电容器”技术及应用的内容。除此之外，每一章都增补了*报道的相关内容及*发表的文献资料。这些删减和增补使本教材的内容与时俱进，也更趋合理。 

本书包括了绿色化学清洁生产和绿色工艺技术的*内容，以及化工模拟、新能源、新材料和高分子加工及农、林、牧、副、渔业绿色工艺方法，并且将这些内容组合、编排，使其中60%成为主要面向大学本科生的学科基础必修课程，40%属于提高、深化和前沿性课程。

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)