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綠色化學
綠色化學是20世紀90年代出現的具有重大社會需求和明確科學目標的新興交叉學科,是當今國際化學化工科學研究的前沿和發(fā)展的重要領域。本書以綠色化學原理為主線,系統(tǒng)地介紹了具有先進性、實用性和前瞻性的綠色化學技術及其在現代化學工業(yè)中的應用,全面地論述了實踐綠色化學原理、發(fā)展循環(huán)經濟和構建生態(tài)工業(yè)園的若干重大關聯問題,充分體現了綠色化學的內涵和外延,展示了綠色化學化工的輝煌前景。本書共分14章,內容包括綠色化學的興起和發(fā)展、綠色化學原理、綠色無機合成、綠色有機合成、高分子材料的綠色合成技術、精細化工的綠色化、化學工藝過程的綠色化、能源工業(yè)的綠色化、化工過程強化技術、二氧化碳資源化利用與減排、生物質利用的綠色化學化工過程、海洋資源開發(fā)利用的綠色化學、綠色化學化工過程的評估,以及循環(huán)經濟和生態(tài)工業(yè)園等。
本書可作為化學化工類專業(yè)及相關專業(yè)大學本科生教材,也可作為研究生選修教材。同時,還可以供從事科學研究與開發(fā)、化工生產和企業(yè)管理的科技人員參考。
綠色化學是當今國際化學學科研究的前沿,它吸收了當代化學、化工、物理、生物、材料、環(huán)境和信息等學科的最新理論成果和技術,是具有重大社會需求和明確科學目標的新興交叉學科。
《綠色化學》為普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材,自2008年6月華中科技大學出版社出版發(fā)行以來,被全國許多高校廣泛采用,獲得一致好評。經多次印刷,仍不能滿足廣大讀者的需求。隨著全球綠色產業(yè)和綠色經濟的快速發(fā)展,綠色化學化工理念為越來越多的人所接受,綠色技術和產業(yè)的發(fā)展為各國政府和企業(yè)所重視,新思維、新技術和新成果不斷涌現,從而賦予了綠色化學新的時代內涵和更加豐富的內容。為此,本書編委會商定在《綠色化學》第一版的基礎上進行充實修訂,出版第二版,以反映綠色化學學科的最新進展和應用,特別是增加了二氧化碳的資源化利用與節(jié)能減排、生物質和海洋資源綠色化利用方面的最新研究成果及進展,力求做到與時俱進,跟蹤時代,立足國情,注重發(fā)展。 《綠色化學》(第二版)共分14章。第1章簡要敘述綠色化學產生和發(fā)展的時代背景及綠色化學的內涵和特點。第2章論述綠色化學的12條基本原則。第3章和第4章分別介紹在無機合成和有機合成中應用的具有先進性、實用性、前瞻性的綠色化學化工技術。第5章介紹高分子材料合成的綠色化技術。第6章重點介紹制藥工業(yè)、農藥工業(yè)和新型功能材料等的綠色合成化學。第7章以典型產品的綠色工藝為例,介紹化學工藝過程的綠色化和綠色工程概念。第8章介紹了二氧化碳的資源化利用與節(jié)能減排。第9章介紹了生物質資源利用的綠色化學與化工過程。第10章介紹了海洋資源利用的綠色化學。第11章論述潔凈煤燃燒技術和生物質能源等的研究與開發(fā)利用,以及可再生能源與可持續(xù)發(fā)展的關系。第12章介紹循環(huán)經濟和生態(tài)工業(yè)園。第13章敘述化工過程強化技術在綠色化學化工中的應用。第14章根據綠色化學評估的基本準則,重點論述化學化工過程“綠色化”的評價指標及其應用?傊珪跃G色化學原理為主線,突出理論創(chuàng)新、知識創(chuàng)新和技術創(chuàng)新。除了保持第一版基本構架外,較大篇幅地增加了近年來綠色化學方面的新成果、新技術和新進展,尤其是二氧化碳的資源化利用與節(jié)能減排、生物質和海洋資源綠色化利用方面的最新研究成果等內容,充分展示綠色化學化工的廣闊發(fā)展前景和重要應用。因此,本書具有較強的前瞻性、實用性和可讀性。書中加*的內容為選講內容。 本書由張龍、貢長生、代斌擔任主編,由張恭孝、楊建新、李忠銘、李再峰任副主編。本書編寫分工如下:第1章、第14章貢長生(武漢工程大學),第2章徐軍(鄭州大學),第3章、第4章張龍(長春工業(yè)大學),第5章李再峰(青島科技大學),第6章楊建新(海南大學),第7章李忠銘(江漢大學)、晉梅(江漢大學),第8章劉曉庚(南京財經大學),第9章杜光明(新疆農業(yè)大學)、劉欣(長春工業(yè)大學),第10章尹學瓊(海南大學),第11章、第12章代斌(石河子大學)、馬曉偉(石河子大學),第13章張恭孝(泰山醫(yī)學院)。全書由張龍、貢長生統(tǒng)一修改定稿。 在編寫過程中,得到了長春工業(yè)大學、武漢工程大學、石河子大學、青島科技大學、鄭州大學、江漢大學、海南大學、泰山醫(yī)學院、南京財經大學、新疆農業(yè)大學等單位的大力支持,特別是華中科技大學出版社的熱情幫助,同時還得到了海南省中西部高校提升綜合實力工作基金項目(hdjy1332)的支持,在此特致以誠摯的謝意!同時,向書中所引用文獻資料的中外作者表示衷心的感謝! 由于綠色化學是一個新興、多學科交叉的研究領域,涉及的學科知識面廣,加之編著者水平有限,書中不足之處在所難免,敬請廣大讀者批評指正。
目錄
第1章緒論(1) 1.1綠色化學的興起與發(fā)展(1) 1.1.1生態(tài)環(huán)境的危機呼喚綠色化學(1) 1.1.2環(huán)境保護的宣傳和法規(guī)推動綠色化學(1) 1.1.3化學工業(yè)的發(fā)展催發(fā)綠色化學(2) 1.1.4可持續(xù)發(fā)展促進綠色化學(3) 1.1.5綠色化學和技術成為各國政府和學術界關注的熱點(3) 1.2綠色化學的研究內容和特點(5) 1.2.1綠色化學的含義(5) 1.2.2綠色化學的研究內容(5) 1.2.3綠色化學的特點(5) 1.3綠色化學在國內外的發(fā)展概況(6) 1.3.1綠色化學在國外的發(fā)展概況(6) 1.3.2我國十分重視綠色化學的研究工作(12) 1.4綠色化學是我國化學工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路(13) 1.4.1綠色化學所引發(fā)的產業(yè)革命(13) 1.4.2綠色化學是我國化學工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的優(yōu)選模式(15) 1.4.3發(fā)展對策(16) 復習思考題(17) 參考文獻(18) 第2章綠色化學原理(19) 2.1防止污染優(yōu)于污染治理(20) 2.1.1末端治理與污染防治(20) 2.1.2污染防治的措施(20) 2.2原子經濟性(21) 2.2.1原子經濟性的概念(21) 2.2.2反應的原子經濟性(21) 2.3綠色化學合成(23) 2.3.1無毒、無害原料(23) 2.3.2改變合成路徑(23) 2.3.3綠色化學合成(24) 2.4設計安全化學品(25) 2.4.1安全化學品的含義(25) 2.4.2設計安全化學品的一般原則(26) 2.4.3設計安全化學品的方法(26) 2.5采用安全的溶劑和助劑(27) 2.5.1常規(guī)有機溶劑的環(huán)境危害(27) 2.5.2水(27) 2.5.3二氧化碳(27) 2.5.4離子液體(28) 2.5.5固定化溶劑(28) 2.5.6無溶劑系統(tǒng)(29) 2.6合理使用和節(jié)省能源(29) 2.6.1化學工業(yè)中的能源使用(29) 2.6.2新的能源利用技術(29) 2.6.3優(yōu)化反應條件(30) 2.7利用可再生資源合成化學品(30) 2.7.1可再生資源與不可再生資源(30) 2.7.2利用可再生資源合成化學品(30) 2.8減少不必要的衍生化步驟(31) 2.8.1保護基團(31) 2.8.2暫時改性(31) 2.8.3加入官能團提高反應選擇性(31) 2.9采用高選擇性的催化劑(32) 2.9.1催化作用優(yōu)于化學計量關系(32) 2.9.2環(huán)境友好催化劑(32) 2.9.3環(huán)境友好催化過程(33) 2.10設計可降解化學品(33) 2.10.1化學品廢棄物的危害性(33) 2.10.2化學品設計應考慮降解功能(34) 2.11預防污染的現場實時分析(34) 2.12防止生產事故的安全工藝(35) 復習思考題(35) 參考文獻(36) 第3章無機合成反應的綠色化技術(37) 3.1水熱合成法(37) 3.1.1概述(37) 3.1.2水熱合成法的原理(37) 3.1.3水熱合成法的應用實例(37) 3.2溶膠?凝膠法(38) 3.2.1概述(38) 3.2.2溶膠?凝膠法的原理(38) 3.2.3溶膠?凝膠法的應用實例(39) 3.3局部化學反應法(39) 3.3.1脫水反應(40) 3.3.2嵌入反應(40) 3.3.3離子交換反應(40) 3.3.4同晶置換反應(41) 3.3.5分解反應(42) 3.3.6氧化還原反應(42) 3.4低熱固相反應(42) 3.4.1概述(42) 3.4.2低熱固相反應的反應機理及化學反應規(guī)律(43) 3.4.3低熱固相反應的應用(44) 3.5流變相反應(45) 3.5.1概述(45) 3.5.2流變相反應的原理(45) 3.5.3流變相反應的應用(45) 3.6先驅物法(46) 3.6.1概述(46) 3.6.2先驅物法的應用(47) 3.7助熔劑法(47) 3.8化學氣相沉積法(48) 3.8.1概述(48) 3.8.2化學氣相沉積法的原理(48) 3.8.3化學氣相沉積法的應用(48) 3.9聚合物模板法(50) 3.9.1概述(50) 3.9.2聚合物模板法的原理(50) 3.9.3聚合物模板法應用實例(51) 復習思考題(51) 參考文獻(52) 第4章綠色有機合成(54) 4.1高效化學催化的有機合成(54) 4.1.1固體酸催化的有機合成(54) 4.1.2固體堿催化的有機合成(67) 4.1.3離子液體催化劑(70) 4.2生物催化的有機合成(74) 4.2.1概述(74) 4.2.2酶催化的基本原理(75) 4.2.3生物催化劑的主要種類(77) 4.2.4生物催化反應的典型工藝(77) 4.3不對稱催化合成(78) 4.3.1概述(78) 4.3.2不對稱催化合成反應的原理及過程分析(79) 4.3.3不對稱催化反應中的催化劑體系(82) 4.4氟兩相系統(tǒng)的有機合成(94) 4.4.1氟兩相系統(tǒng)的反應原理(94) 4.4.2氟兩相系統(tǒng)的主要應用實例(94) 4.5相轉移催化的有機合成(96) 4.5.1概述(96) 4.5.2相轉移催化反應原理(96) 4.5.3相轉移催化反應的應用(97) 4.6組合化學合成(98) 4.6.1概述(98) 4.6.2組合化學合成原理(98) 4.6.3組合化學合成的應用(99) 4.7有機電化學合成(101) 4.7.1概述(101) 4.7.2有機電化學合成原理(101) 4.7.3電化學合成的典型工藝(102) 復習思考題(104) 參考文獻(104) 第5章高分子材料的綠色合成技術(108) 5.1以水為分散介質的聚合技術(108) 5.1.1以水為介質聚合的特點(109) 5.1.2水相聚合系統(tǒng)的組成及其作用(109) 5.1.3水相聚合反應原理(111) 5.2離子液體中的聚合技術(113) 5.2.1自由基聚合(113) 5.2.2離子聚合(114) 5.2.3縮聚和加聚(114) 5.2.4配位聚合(114) 5.2.5電化學聚合(115) 5.3超臨界流體中的聚合技術(115) 5.3.1超臨界二氧化碳中的聚合反應(115) 5.3.2超臨界介質中聚合物的解聚反應(116) 5.4低殘存VOC的水性聚氨酯合成技術(116) 5.4.1水性聚氨酯的分類(117) 5.4.2水性聚氨酯的原料(118) 5.4.3水性聚氨酯樹脂的制備(118) 5.4.4水性聚氨酯的性能(121) 5.4.5水性聚氨酯的應用(122) 5.5輻射交聯技術(123) 5.5.1輻射交聯與裂解的基本原理(123) 5.5.2輻射聚合的主要特點(124) 5.5.3輻射交聯對聚合物性能的影響(125) 5.5.4輻射交聯技術的工業(yè)化應用(125) 5.5.5輻射交聯技術在生物醫(yī)用材料方面的應用(125) 5.6等離子體聚合技術(126) 5.6.1等離子體的種類及特點(127) 5.6.2等離子體聚合機理(127) 5.6.3等離子體聚合的應用(128) 5.7酶催化聚合技術(130) 5.7.1酶催化開環(huán)聚合(130) 5.7.2酶催化縮聚反應(132) 復習思考題(133) 參考文獻(133) 第6章精細化工的綠色化(135) 6.1制藥工業(yè)的綠色化(135) 6.1.1概述(135) 6.1.2綠色化學制藥(135) 6.1.3綠色生物制藥(140) 6.1.4綠色天然藥物(142) 6.2農藥工業(yè)的綠色化(145) 6.2.1綠色農藥的含義及分類(145) 6.2.2綠色生物農藥(145) 6.2.3綠色化學農藥(152) 6.2.4綠色農藥制劑(155) 6.3功能材料的綠色化*(156) 6.3.1聚苯胺材料(156) 6.3.2石墨烯(157) 6.4電子化學品的綠色化*(160) 6.4.1輻射線抗蝕劑(160) 6.4.2聚酰亞胺封裝材料(161) 6.4.3環(huán)氧模塑料(161) 6.4.4超凈高純化學試劑(163) 6.4.5綠色電池材料(163) 復習思考題(169) 參考文獻(169) 第7章重要中間體和產品的綠色合成工藝(172) 7.1概述(172) 7.2重要中間體的綠色合成(172) 7.2.1碳酸二甲酯(172) 7.2.21,3?丙二醇(179) 7.2.3己二酸(184) 7.3典型產品的綠色合成工藝(189) 7.3.1過氧化氫的綠色合成工藝(189) 7.3.2聚天冬氨酸的綠色合成工藝(192) 7.3.3聚乳酸的綠色合成工藝(193) 7.4綠色工程(195) 復習思考題(195) 參考文獻(195) 第8章二氧化碳的資源化利用與減排綠色過程(197) 8.1全球二氧化碳的排放概況(197) 8.1.1二氧化碳的來源(197) 8.1.2世界各國二氧化碳排放的現狀與趨勢(197) 8.1.3中國的能源利用和溫室氣體的排放(199) 8.2二氧化碳的分離和固定(200) 8.2.1二氧化碳的特性(200) 8.2.2二氧化碳的分離技術(201) 8.2.3二氧化碳的固定技術(204) 8.2.4二氧化碳的封存技術(204) 8.3二氧化碳的化學轉化原理(206) 8.3.1二氧化碳的結構(206) 8.3.2二氧化碳的活化方法(206) 8.4二氧化碳資源化利用及其實例(209) 8.4.1二氧化碳在無機合成中的應用(211) 8.4.2二氧化碳在有機合成中的應用(214) 8.4.3二氧化碳在高分子材料合成中的應用(216) 8.4.4二氧化碳作為超臨界流體技術的應用(217) 8.5二氧化碳的節(jié)能減排(224) 8.5.1能源合理利用與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展(224) 8.5.2實施二氧化碳減排的發(fā)展對策(225) 復習思考題(228) 參考文獻(229) 第9章生物質利用的綠色化學化工過程*(231) 9.1概述(231) 9.1.1生物質的自然狀況(231) 9.1.2生物質概念(231) 9.1.3生物質的分類(231) 9.1.4生物質的用途(232) 9.1.5生物質的分布(233) 9.1.6生物質的綜合利用(233) 9.2生物質主要成分的性質及分析方法(235) 9.2.1纖維素的物理化學性質(235) 9.2.2半纖維素的物理化學性質(238) 9.2.3木質素的物理化學性質(240) 9.2.4生物質的溶劑體系及規(guī)律(242) 9.2.5生物質結構分析方法(243) 9.2.6生物質組成分析方法(247) 9.3生物質主要成分的化學轉化原理(248) 9.3.1纖維素組分的化學轉化(248) 9.3.2半纖維素組分的化學轉化(249) 9.3.3木質素組分的化學轉化(251) 9.4生物質組分清潔分離原理及工藝(252) 9.4.1組分分離的基本原理(252) 9.4.2基于蒸氣爆破的組分分離過程(253) 9.4.3基于堿?過氧化物體系的組分分離過程(254) 9.4.4基于超臨界介質體系的組分分離過程(255) 9.4.5基于能量場強化的組分分離過程(255) 9.5生物質化工利用的綠色過程(255) 9.5.1生物質制乙醇(256) 9.5.2生物質制丁醇與丙酮(257) 9.5.3生物質制多元醇(258) 9.5.4生物質制乙酰丙酸(259) 9.5.5生物質制己二酸(259) 9.5.6生物質制氫氣(260) 9.5.7基于生物質的功能材料(262) 9.6天然油脂的綠色化學轉化過程(264) 9.6.1簡介(264) 9.6.2天然脂肪酸(酯)的性質及化學轉化原理(265) 9.6.3天然脂肪酸綠色轉化典型產品與過程(267) 復習思考題(269) 參考文獻(269) 第10章海洋資源開發(fā)利用的綠色化學(272) 10.1海洋資源儲量及其利用進展(272) 10.1.1海洋資源儲量(272) 10.1.2海洋資源利用進展(273) 10.2從海洋資源中提取和制備食品添加劑(274) 10.2.1海藻多糖(274) 10.2.2魚肝油(276) 10.3從海洋資源中提取和合成藥物(278) 10.3.1甲殼素/殼聚糖的提取及降解(278) 10.3.2海洋藥物的全合成(281) 10.3.3從微生物次生代謝產物中提取活性物(281) 10.4從海洋資源中提取稀有元素(283) 10.4.1鉀元素(284) 10.4.2溴元素(285) 10.4.3鋰元素(285) 10.4.4鈾元素(287) 10.5海水淡化(288) 10.6海洋資源開發(fā)利用的戰(zhàn)略意義和發(fā)展對策(290) 10.6.1海洋資源開發(fā)利用的戰(zhàn)略意義(290) 10.6.2海洋資源開發(fā)利用的發(fā)展對策(291) 復習思考題(291) 參考文獻(291) 第11章能源工業(yè)的綠色化(294) 11.1化石燃料清潔利用技術(294) 11.1.1能源消耗對環(huán)境的影響(294) 11.1.2煤的潔凈燃燒與高效利用技術(294) 11.2生物質能的研究與開發(fā)(301) 11.2.1生物質能利用現狀(302) 11.2.2生物質能利用技術(303) 11.2.3生物質能發(fā)電(305) 11.3清潔能源的開發(fā)利用(308) 11.3.1太陽能(308) 11.3.2風能(310) 11.3.3地熱(311) 11.3.4海洋能(312) 11.4可再生能源與可持續(xù)發(fā)展(314) 11.4.1可再生能源(314) 11.4.2能源可持續(xù)利用戰(zhàn)略研究(314) 復習思考題(316) 參考文獻(317) 第12章循環(huán)經濟與生態(tài)工業(yè)園(319) 12.1生態(tài)工業(yè)的理論基礎(319) 12.1.1生態(tài)工業(yè)的概念與特點(319) 12.1.2傳統(tǒng)工業(yè)的兩重性(320) 12.1.3工業(yè)生態(tài)經濟系統(tǒng)(320) 12.1.4生態(tài)工業(yè)的理論依據(320) 12.2循環(huán)經濟(321) 12.2.1循環(huán)經濟的產生背景(321) 12.2.2循環(huán)經濟的基本原則(324) 12.2.3循環(huán)經濟的典型實例(325) 12.2.4循環(huán)經濟的實施辦法(328) 12.3生態(tài)工業(yè)園(330) 12.3.1國內外發(fā)展概況(330) 12.3.2生態(tài)工業(yè)園的規(guī)劃原則及內容(332) 12.3.3生態(tài)工業(yè)園的構建(333) 12.3.4生態(tài)工業(yè)園示范項目(334) 12.4發(fā)展循環(huán)經濟,建設和諧節(jié)約型社會(338) 復習思考題(341) 參考文獻(341) 第13章化工過程強化技術(343) 13.1概述(343) 13.1.1化工過程強化的起因(343) 13.1.2化工過程強化的概念(343) 13.1.3化工過程強化的起源和發(fā)展(344) 13.2多功能反應技術(345) 13.2.1膜催化反應技術(345) 13.2.2催化蒸餾技術(349) 13.2.3懸浮床催化蒸餾技術(350) 13.2.4交替流反應技術(352) 13.2.5磁場穩(wěn)定流化床反應技術(353) 13.3分離耦合技術(355) 13.3.1反應分離耦合技術(355) 13.3.2膜分離耦合技術(355) 13.3.3吸附蒸餾技術(357) 13.4微化工技術(357) 13.4.1微化工技術的研究(358) 13.4.2微型反應器(358) 13.4.3微化工技術的應用(360) 13.4.4微化工技術的展望(360) 13.5水力空化技術(361) 13.5.1水力空化作用機理(361) 13.5.2水力空化反應器(361) 13.5.3水力空化技術的應用(362) 13.6超重力技術(363) 13.6.1超重力技術簡介(363) 13.6.2超重力反應/分離器(363) 13.6.3超重力技術的應用(363) 13.6.4超重力技術展望(364) 13.7超臨界流體技術(364) 13.7.1超臨界流體技術簡介(364) 13.7.2超臨界流體技術的應用(365) 13.7.3超臨界流體的問題與展望(365) 13.8脈動燃燒干燥技術(366) 13.8.1脈動燃燒干燥系統(tǒng)(366) 13.8.2脈動燃燒干燥技術的特點(367) 13.8.3脈動燃燒干燥技術的應用(367) 13.9基于能量場的強化技術(368) 13.9.1微波技術(368) 13.9.2超聲波技術(371) 13.9.3輻射技術(373) 13.9.4等離子體技術(375) 13.10化工過程強化設備(376) 13.10.1靜態(tài)混合反應器(376) 13.10.2整體式反應器(378) 13.10.3旋轉盤反應器(379) 13.10.4振蕩流反應器(380) 復習思考題(382) 參考文獻(382) 第14章綠色化學化工過程的評估(384) 14.1綠色化學評估的基本準則(384) 14.1.1綠色化學的12條原則(384) 14.1.2綠色化學的12條附加原則(384) 14.1.3綠色化學工程技術的12條原則(384) 14.2生命周期評估(385) 14.2.1生命周期評估的含義(385) 14.2.2生命周期評估的步驟(386) 14.2.3生命周期評估的用途(387) 14.3綠色化學化工過程的評估量度(387) 14.3.1化學反應過程的綠色化(388) 14.3.2化學化工過程綠色化的評價指標(389) 14.3.3綠色化學化工過程的評估實施(394) 14.4打造綠色化工,推進綠色發(fā)展(400) 14.4.1綠色化工產業(yè)的崛起(400) 14.4.2綠色化工產業(yè)的內涵(401) 14.4.3綠色化工產業(yè)的構建和發(fā)展(401) 復習思考題(403) 參考文獻(403)
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