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《化学工业前沿技术与发展趋势》图书简介 本书聚焦于当代化学工业领域最激动人心的创新浪潮与未来发展方向，旨在为化工行业的专业人士、科研人员以及高年级学生提供一份全面、深入且具有前瞻性的技术指南和战略参考。 在信息爆炸的时代，化学工业正经历着由数字化、绿色化和高性能化驱动的深刻变革。传统化工的边界正在被颠覆，新的材料、新的工艺和全新的可持续发展理念正以前所未有的速度渗透到行业的每一个角落。《化学工业前沿技术与发展趋势》正是为了系统梳理这些复杂而关键的知识体系而诞生的权威著作。 本书内容涵盖了当前化工领域最具影响力的六大核心板块，每一章节都力求深入挖掘其背后的科学原理、工程实现、市场应用前景以及面临的挑战。 --- 第一部分：催化科学的革命与绿色合成（The Revolution in Catalysis and Green Synthesis） 本部分深入探讨了下一代催化剂的设计、合成与应用。我们不再仅仅满足于提高反应效率，而是追求原子经济性、高选择性以及环境友好性。 1.1 新型多相催化剂的界面工程： 详细解析了单原子催化剂（SACs）的构筑策略、载体效应的调控机制，以及如何通过精确控制活性位点的电子结构和几何构型，实现对传统催化反应的突破。重点阐述了C-H键活化、二氧化碳捕获与转化等前沿课题的最新进展。 1.2 生物催化与酶工程的工业化： 论述了如何利用定向进化和理性设计方法，优化工业微生物和分离纯化后的酶，使其能够在更苛刻的工业条件下（如高温、非水溶剂体系）稳定高效地工作。探讨了生物基化学品（如生物塑料单体、特种醇类）的合成路径优化。 1.3 流动化学与微反应器技术： 深入分析了连续流技术如何彻底改变传统间歇式反应的安全性、可放大性与精确控温能力。内容包括微反应器内传质传热的数值模拟、高危反应（如硝化、叠氮化）的安全放大策略，以及如何集成在线分析技术（PAT）实现“过程即控制”的理念。 --- 第二部分：先进功能材料的分子设计与制造（Molecular Design and Manufacturing of Advanced Functional Materials） 本部分专注于那些定义未来技术性能的先进材料体系，从宏观性能回溯到微观结构控制。 2.1 高性能聚合物的结构-性能关系重塑： 重点关注热塑性弹性体（TPEs）、自修复聚合物和超高分子量聚乙烯（UHMWPE）的合成新方法。探讨了可控自由基聚合（如RAFT, ATRP）在精确控制聚合物分子量分布和拓扑结构上的最新突破。 2.2 能源存储与转化材料： 详细介绍了下一代锂离子电池（固态电解质、硅基负极）、钠离子电池和氧化还原液流电池的电极材料设计原则。在光伏领域，系统分析了钙钛矿太阳能电池的稳定性优化、界面钝化技术以及大面积制备的挑战。 2.3 纳米材料与复合体系： 剖析了石墨烯、碳纳米管、量子点在传感器、导电油墨和生物医学成像中的应用潜力。重点讨论了纳米材料在聚合物基体中分散均匀性控制的工程难题及解决方案。 --- 第三部分：过程强化与数字化转型（Process Intensification and Digital Transformation） 化学工业的未来在于更高的效率和更低的能耗，这依赖于工程技术的革新和信息技术的深度融合。 3.1 过程强化（PI）技术集成： 探讨了反应精馏、膜分离反应器、微波辅助反应等多种过程强化单元操作的耦合应用。通过案例分析，展示了如何通过设备集成，实现占地面积减少70%以上，能耗降低40%的工程目标。 3.2 工业物联网（IIoT）与过程分析技术（PAT）： 详细介绍了传感器技术（如拉曼光谱、近红外）在反应釜内的实时、原位监测如何取代传统的离线取样分析。重点讲解了如何构建数据模型，预测产品质量偏离，并实现对过程变量的智能闭环控制。 3.3 化工过程的模拟与数字孪生： 阐述了计算流体力学（CFD）和过程模拟软件（如Aspen Plus, gPROMS）在放大设计和故障诊断中的应用。引入“数字孪生”的概念，解释如何构建工厂运行的虚拟镜像，用于操作员培训、工艺优化和设备预测性维护。 --- 第四部分：可持续化学与循环经济（Sustainable Chemistry and Circular Economy） 面对日益严峻的环境挑战，本书将可持续性置于核心地位，探讨化工行业如何从线性生产模式向闭环模式转变。 4.1 塑料回收的化学策略： 不仅限于物理回收，重点分析了化学解聚技术（如热解、催化解聚）如何将废弃聚合物（如PET、聚烯烃）高效转化为高价值的化学原料，实现真正意义上的“分子循环”。 4.2 碳捕集、利用与封存（CCUS）的化学工程： 评估了胺吸收法、膜分离法以及新型固体吸附剂在工业烟气中捕集CO2的效率与成本效益。详细分析了将捕获的CO2转化为甲醇、合成燃料或高分子材料的催化路径。 4.3 水资源高效利用与零液体排放（ZLD）： 针对高盐、难降解工业废水，介绍了先进氧化工艺（AOPs）、集成膜蒸馏（MD）与结晶技术组合，以实现工业用水的闭环循环和废水处理成本的最优化。 --- 第五部分：特种化学品与精细化工的未来（The Future of Specialty and Fine Chemicals） 本部分关注附加值高、技术壁垒强的精细化工领域，尤其是面向生命科学和电子信息产业的需求。 5.1 电子化学品的高纯度挑战： 探讨了半导体制造所需超净高纯试剂（如电子级酸、光刻胶配套试剂）的提纯技术（如超痕量金属离子的去除）。介绍了对杂质控制在ppt/ppq级别的工程要求。 5.2 药物中间体与连续化生产： 阐述了连续流技术在复杂多步药物合成中的优势，特别是在处理不稳定中间体和高活泼试剂时的安全性提升。 5.3 表面活性剂与特种添加剂的生物基替代： 分析了如何利用发酵技术和化学修饰，开发出高性能的生物基表面活性剂，以替代石油基产品在个人护理和工业清洗领域的应用。 --- 结论：面向2035的化工产业路线图 全书最后部分，作者综合前述的技术进展，勾勒出一幅未来十年化工产业的战略发展蓝图。该蓝图强调跨学科的深度融合（化学、材料、信息科学），对人才培养提出了新的要求，并对全球化工供应链的韧性与本地化趋势进行了前瞻性研判。 《化学工业前沿技术与发展趋势》 不仅是知识的汇编，更是对行业未来方向的深度思考与清晰指引。它将是推动行业从业者打破思维定式、把握技术脉搏、实现可持续创新的必备工具书。
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