1、 绿色过程工程绿色过程工程 Green Process Engineering 1 绪 论 2绿色过程工程与可持续发展 3 绿色过程工程基础4过程工程绿色化模式 5过程工程生态学6过程强化与设备微型化 7过程系统工程 3 绿色过程工程基础3.1 3.1 原子经济性反应原子经济性反应3.2 3.2 原料绿色化与生物质资源原料绿色化与生物质资源3.3 3.3 溶剂绿色化溶剂绿色化3.4 3.4 能源绿色化能源绿色化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术3.6 3.6 分离过程绿色化分离过程绿色化3.7 3.7 非传统过程非传统过程3.8 3.8 产品绿色化产品绿色化3 绿色过程工程基础3.1 3.1 原子经济性反应原子经济性反应3.2 3.2 原料绿色化与生物质资源原料绿色化与生物质资源3.3 3.3 溶剂绿色化溶剂绿色化3.4 3.4 能源绿色化能源绿色化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术3.6 3.6 分离过程绿色化分离过程绿色化3.7 3.7 非传统过程非传统过程3.8 3.8 产品绿色化产品绿色化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂
2、与催化技术目目前前90%90%以以上上的的化化工工过过程程是是在在催催化化剂剂存存在在下下实现的。实现的。催催化化剂剂的的作作用用是是有有选选择择地地降降低低化化学学反反应应活活化化能能，有有选选择择地地提提高高化化学学反反应应速速率率，有有选选择择地地改改变变化化学学反反应应的的方方向向，而而在在整整个个化化学学反反应应过过程程中中，催催化化剂剂的的加加入入是是很很少少的的，催催化化剂剂本本身身没没有有发发生生变变化化，经经适适当当处理可反复使用处理可反复使用 3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术 传传统统的的催催化化剂剂与与催催化化技技术术，常常常常过过于于追追求求生生产产过过程程的的高高效效性性和和经经济济性性，而而忽忽略略了了环环境境效效益益和和生生态态效效应应，以以至至于于目目前前过过程程工工业业所所使使用用的的催催化化剂剂与与催催化化技技术术中中绝绝大大多多数数都都对对生生态态环环境境造造成成或或多多或或少少的的污污染染。因因此此，研研究究、开开发发和和使使用用对对环环境境友友好好的的绿绿色色催催化化剂剂与与催催化化技技术术就就成成为为当当前前重重要的前
3、沿热点课题之一要的前沿热点课题之一 3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术3.5.1 3.5.1 酸碱催化剂绿色化酸碱催化剂绿色化 3.5.2 3.5.2 分子筛催化剂分子筛催化剂 3.5.3 3.5.3 选择性催化氧化选择性催化氧化 3.5.4 3.5.4 生物催化剂生物催化剂 3.5.5 3.5.5 超临界非均相催化超临界非均相催化 3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术3.5.1 3.5.1 酸碱催化剂绿色化酸碱催化剂绿色化 3.5.2 3.5.2 分子筛催化剂分子筛催化剂 3.5.3 3.5.3 选择性催化氧化选择性催化氧化 3.5.4 3.5.4 生物催化剂生物催化剂 3.5.5 3.5.5 超临界非均相催化超临界非均相催化 3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术酸碱定义、分类、表征酸碱定义、分类、表征 * *酸酸碱碱电电离离论论（Arrhenius Arrhenius acid-acid-base conceptbase concept） * *酸酸碱碱电电子子论论（Lewis Lewis acid-base acid-
4、base conceptconcept） * *酸酸碱碱质质子子论论（BrBrnstednsted-Lowry -Lowry acid-base conceptacid-base concept） 3.5.1 3.5.1 酸碱催化剂绿色化酸碱催化剂绿色化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术酸强度酸强度 对对质质子子酸酸是是指指给给出出质质子子的的能能力力，对对路路易易斯斯酸酸是是指指接接受电子对的能力受电子对的能力 3.5.1 3.5.1 酸碱催化剂绿色化酸碱催化剂绿色化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术碱强度碱强度 对对质质子子碱碱是是指指其其吸吸附附酸酸以以转转变变成成共共轭轭碱碱的的能能力力，对对路路易易斯斯碱碱是是指指其其给给出出电电子子对对以以吸吸附附酸酸的的能能力力，常常用用碱碱强强度度函函数数H H- -表表征征 3.5.1 3.5.1 酸碱催化剂绿色化酸碱催化剂绿色化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术超超强强酸酸是是指指酸酸强强度度超超过过100% 100% H H2 2SOSO4 4的的酸酸强强度度的的酸
5、酸性性物物质质。因因为为100% 100% H H2 2SOSO4 4的的H H0 0=-11.93=-11.93，所所以以，H H0 0-11.93-11.93的的酸酸可可称称为为超超强强酸酸。如如SbFSbF3 3-FSO-FSO3 3H H的的H H0 0-202626者者称称之之为为超超强强碱碱。如如AlAl2 2O O3 3-NaOH-Na-NaOH-Na的的H H- -=37=37，是很强的超强碱是很强的超强碱 3.5.1 3.5.1 酸碱催化剂绿色化酸碱催化剂绿色化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术酸碱催化剂（酸碱催化剂（acid-base catalystacid-base catalyst） 因因物物质质的的酸酸碱碱性性质质而而起起催催化化作作用用的的催催化化剂剂。有有液液体体酸酸碱碱催催化化剂剂和和固固体体酸酸碱碱催催化化剂剂。按按酸酸碱碱的的性性质质可可分分为为: :质质子子酸酸碱碱( (亦亦称称布布朗朗斯斯台台德德酸酸碱碱，简简称称B B酸酸、B B碱碱) )催催化化剂剂和和路路易易斯斯酸酸碱碱( (简简称称L L酸、酸、L L碱碱) )催
6、化剂催化剂 3.5.1 3.5.1 酸碱催化剂绿色化酸碱催化剂绿色化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术 过过程程工工程程使使用用的的催催化化剂剂中中，酸酸碱碱催催化化剂剂占占绝绝对对优优势势，特特别别是是硫硫酸酸、盐盐酸酸、磷磷酸酸、氢氢氟氟酸酸、三三氟氟化化硼硼、三三氯氯化化铝铝等等均均相相酸酸性性催催化化剂剂，占占70%70%以以上上。在在烃烃类类异异构构化化、烷烷基基化化、歧歧化化、酯酯化化、酰酰化化、水水解解、水水合合等等领领域域有有广广泛的应用泛的应用 3.5.1 3.5.1 酸碱催化剂绿色化酸碱催化剂绿色化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术固体酸碱催化剂固体酸碱催化剂 固固体体酸酸催催化化剂剂（solid solid acid acid catalystcatalyst）催催化化功功能能来来源源于于固固体体表表面面上上存存在在的的酸酸性性位位的的催催化化剂剂。如如膨膨润润士士、天天然然沸沸石石和和合合成成分分子子筛筛、氧氧化化铝铝、硅硅铝铝胶胶、阳阳离离子子交交换换树树脂脂，以以及及一一些些金金属属的的硫硫酸酸盐盐( (如如NiS
7、ONiSO4 4、CuSOCuSO4 4) )、磷磷酸酸盐盐( (如如AlPOAlPO4 4、BPOBPO4 4) )、卤卤化化物物( (如如AlClAlCl3 3、TiClTiCl3 3、CuClCuCl2 2) )，载载于于硅硅胶胶、硅硅藻藻土土等等上上的的H H2 2SOSO4 4、H H3 3POPO4 4、H H3 3BOBO3 3等等无无机机酸酸。用用于于催催化化裂裂化化、催催化化重重整整、加加氢氢裂裂化化、异异构构化化、甲甲苯苯歧歧化化、醇醇类类脱水、烯烃水合等反应过程脱水、烯烃水合等反应过程 3.5.1 3.5.1 酸碱催化剂绿色化酸碱催化剂绿色化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术固体酸碱催化剂固体酸碱催化剂 超超强强酸酸固固体体催催化化剂剂是是用用超超强强酸酸处处理理固固体体载载体体而而制制得得的的。一一般般用用于于制制备备固固体体超超强强酸酸的的载载体体有有非非金金属属氧氧化化物物、金金属属氧氧化化物物、离离子子交交换换树树脂脂和和杂杂多多酸酸等等，通通常常的的制制备备方方法法是是真真空空浸浸渍渍、焙焙烧烧。应应用用最最多多的的是是各各类类酯化
8、反应酯化反应 3.5.1 3.5.1 酸碱催化剂绿色化酸碱催化剂绿色化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术固体酸碱催化剂固体酸碱催化剂 固固体体碱碱催催化化剂剂（solid solid base base catalystcatalyst）因因表表面面具具有有碱碱性性位位而而起起催催化化作作用用的的固固体体催催化化剂剂。如如载载于于硅硅胶胶或或氧氧化化铝铝上上的的碱碱( (NaOHNaOH、KOHKOH等等) )，分分散散在在硅硅胶胶、氧氧化化铝铝或或高高沸沸点点矿矿物物油油中中的的碱碱金金属属或或碱碱土土金金属属，载载于于氧氧化化铝铝上上的的胺胺、氨氨，碱碱金金属属和和碱碱土土金金属属的的氧氧化化物物或或碳碳酸酸盐盐，混混合合氧氧化化物物(SiO(SiO2 2CaOCaO、SiOSiO2 2CrOCrO、SiOSiO2 2BaOBaO等等) )，用用氨氨、胺胺处处理理过过的的活活性性炭炭，碱碱金金属属或或碱碱土土金金属属交交换换的的分分子子筛筛，阴阴离离子子交交换换树树脂脂等等。用用于缩合、异构化、烷基化、聚合等反应过程于缩合、异构化、烷基化、聚合等反应过程 3.
9、5.1 3.5.1 酸碱催化剂绿色化酸碱催化剂绿色化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术杂多酸催化剂杂多酸催化剂 杂杂多多酸酸（heteropolyacidheteropolyacid ）是是由由不不同同的的含含氧氧酸酸缩缩合合而而制制得得的的含含氧氧多多元元酸酸的的总总称称，是是以以杂杂原原子子P P+5+5、P P+3+3、GeGe+4+4、B B+3+3、AsAs+5+5、SiSi+4+4为为中中心心原原子子，以以WOWO3 3、MoOMoO3 3、V V2 2O O5 5等等为为配配体体，形形成成的的一一类类结结构构单单元元为为四四面面体体，八八面面体体，少少数数为为二二十十面面体体的的化化合物合物 3.5.1 3.5.1 酸碱催化剂绿色化酸碱催化剂绿色化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术杂多酸催化剂杂多酸催化剂* *活性炭负载杂多酸活性炭负载杂多酸 * *SiOSiO2 2负载杂多酸负载杂多酸 * *MCM-41MCM-41分子筛负载杂多酸分子筛负载杂多酸 * *TiOTiO2 2负载杂多酸负载杂多酸 3.5.1 3.5.1 酸碱催化
10、剂绿色化酸碱催化剂绿色化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术3.5.1 3.5.1 酸碱催化剂绿色化酸碱催化剂绿色化 3.5.2 3.5.2 分子筛催化剂分子筛催化剂 3.5.3 3.5.3 选择性催化氧化选择性催化氧化 3.5.4 3.5.4 生物催化剂生物催化剂 3.5.5 3.5.5 超临界非均相催化超临界非均相催化 3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术3.5.1 3.5.1 酸碱催化剂绿色化酸碱催化剂绿色化 3.5.2 3.5.2 分子筛催化剂分子筛催化剂 3.5.3 3.5.3 选择性催化氧化选择性催化氧化 3.5.4 3.5.4 生物催化剂生物催化剂 3.5.5 3.5.5 超临界非均相催化超临界非均相催化 3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术 分分子子筛筛作作为为催催化化剂剂属属于于固固体体酸酸类类催催化化剂剂，无无毒毒、无无味味、可可再再生生、无无污污染染，是是一一类类理理想想的的环境友好的催化剂。环境友好的催化剂。3.5.2 3.5.2 分子筛催化剂分子筛催化剂3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与
11、催化技术 分分子子筛筛又又称称沸沸石石或或沸沸石石分分子子筛筛，是是一一类类结结晶晶型型的的硅硅铝铝酸酸盐盐，具具有有均均一一的的孔孔结结构构而而能能在在分分子子水水平平筛筛分分物物质质。最最早早使使用用的的分分子子筛筛是是天天然然沸沸石石，主主要要用用于于气气体体的的吸吸附附分分离离。自自然然界界有有丰丰富富的的沸沸石石矿矿，但但含含杂杂质质较较多多，分分离离提提纯纯困困难难而而不不适适宜宜作作催催化化剂剂，用用作作催催化化剂剂的的主主要要是是A A、X X、Y Y、M M等等类型的合成分子筛。类型的合成分子筛。 3.5.2 3.5.2 分子筛催化剂分子筛催化剂3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术第第二二代代中中以以高高硅硅三三维维交交叉叉直直通通结结构构为为代代表表，型型号号以以ZSMZSM来来区区别别，目目前前已已达达ZSM-35ZSM-35，主主要要用用于于石石油油化化工工中中的的择择形形催催化化和和定定向向反反应应。SilicaliteSilicalite和和沸沸石石分分子子筛筛的的出出现现，拓拓展展了了第第二二代代合合成成沸石分子筛的应用领域沸石分子筛的
12、应用领域 3.5.2 3.5.2 分子筛催化剂分子筛催化剂3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术第第三三代代沸沸石石分分子子筛筛是是非非硅硅、铝铝骨骨架架的的磷磷酸酸盐盐系系列列分分子子筛筛，最最简简单单的的是是磷磷酸酸铝铝分分子子筛筛，以以APOAPO表表示示，如如果果再再引引人人其其他他金金属属，则则以以MeAPOMeAPO表表示示。若若再再将将硅硅引引入入骨骨架架，就就以以MeAPSOMeAPSO表表示示，称称为为杂杂原子磷酸盐分子筛。原子磷酸盐分子筛。 3.5.2 3.5.2 分子筛催化剂分子筛催化剂3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术 沸沸石石分分子子筛筛作作为为催催化化剂剂，广广泛泛用用于于催催化化裂裂化化、芳芳烃烃烷烷基基化化、歧歧化化、异异构构化化、芳芳构构化化、加加氢氢、脱脱氢氢、聚聚合合、水水合合以以及及烷烷基基转转移移等等石石油油加加工工和和石石油油化化学学工工业业。在在精精细细有有机机合合成成中中，主主要要是是用用于于醇醇类类化化合合物物、醛醛类类化化合合物物、酯酯类类化化合合物物、酮酮类类化化合合物物、醚醚类类化化合合物物
13、、酚酚类类化化合合物物、胺胺类类和和吡吡啶啶类类化化合合物物、硝硝基基化化合合物物、肟肟类类化化合合物物、腈腈类类化化合合物物、烃烃类类卤卤代代物物、含含硫硫化化合合物物的的合合成成，杂杂环环化化合合物物的的乙乙酰酰化化以以及及催催化化氧氧化化反反应应，使使这这些些典典型型的的精精细细有有机机合合成成反反应应绿绿色化。色化。 3.5.2 3.5.2 分子筛催化剂分子筛催化剂3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术用用B B、P P、BeBe、GaGa、TiTi等等元元素素取取代代分分子子筛筛骨骨架架中中SiSi原原子子而而构构成成的的杂杂原原子子分分子子筛筛，例例如如在在纯纯硅硅分分子子筛筛骨骨架架中中引引入入TiTi构构成成的的TSTS型型分分子子筛筛，是是很很好好的的定定向向氧氧化化催催化化剂剂，对对有有机机物物选选择择性性氧氧化化具具有优异的催化功能。有优异的催化功能。 3.5.2 3.5.2 分子筛催化剂分子筛催化剂3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术 用用TSTS型型分分子子筛筛作作催催化化剂剂，H H2 2O O2 2稀稀水水溶溶液液作作
14、氧氧化化剂剂，还还可可使使苯苯酚酚氧氧化化合合成成苯苯二二酚酚，苯苯胺胺氧氧化化制制氧氧化化偶偶氮氮苯苯，丙丙胺胺氧氧化化制制丙丙醛醛肟肟，环环己己烷烷氧氧化化制制环环己己酮酮，四四氢氢呋呋喃喃氧氧化化为为丁丁内内酯酯等等等等严严重重污污染染环环境境的的一一些些过过程程工工程程转转变变成成原原子子经经济济性性的的绿绿色色化化生产过程工程。生产过程工程。3.5.2 3.5.2 分子筛催化剂分子筛催化剂3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术3.5.1 3.5.1 酸碱催化剂绿色化酸碱催化剂绿色化 3.5.2 3.5.2 分子筛催化剂分子筛催化剂 3.5.3 3.5.3 选择性催化氧化选择性催化氧化 3.5.4 3.5.4 生物催化剂生物催化剂 3.5.5 3.5.5 超临界非均相催化超临界非均相催化 3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术3.5.1 3.5.1 酸碱催化剂绿色化酸碱催化剂绿色化 3.5.2 3.5.2 分子筛催化剂分子筛催化剂 3.5.3 3.5.3 选择性催化氧化选择性催化氧化 3.5.4 3.5.4 生物催化剂生物催化剂 3.5.5
15、3.5.5 超临界非均相催化超临界非均相催化 3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术 在在催催化化过过程程生生产产的的有有机机化化学学品品中中，催催化化选选择择氧氧化化生生产产的的产产品品约约占占25%25%。氧氧化化反反应应大大多多采采用用氧氧气气或或空空气气在在气气相相中中进进行行，如如甲甲醇醇在在负负载载银银催催化化剂剂上上氧氧化化制制甲醛，丙烯氨氧化制丙烯腈等。甲醛，丙烯氨氧化制丙烯腈等。 3.5.3 3.5.3 选择性催化氧化选择性催化氧化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术 2020世世纪纪8080年年代代以以来来随随着着石石油油化化工工原原料料逐逐步步从从烯烯烃烃转转向向资资源源丰丰富富的的天天然然气气和和饱饱和和烷烷烃烃，烃烃类类选选择择氧氧化化发发展展迅迅速速，大大都都采采用用烃烃与与空空气气( (或或氧氧气气) )共共进进料料模模式式在在流流化化床床反反应应器器内内反反应应。反反应应物物在在流流化化床床中中返返混混严严重重，加加之之选选择择氧氧化化的的目目标标产产物物大大多多是是在在热热力力学学上上不不稳稳定定的的中中间间化化合
16、合物物，在在反反应应条条件件下下很很容容易易进进一一步步深深度度氧氧化化为为COCO2 2和和水水，其其选选择择性性是是各各类类催催化化反反应应中中最最低低的的，不不仅仅造造成成资资源源浪浪费费和和环环境境污污染染，而而且且给产品分离和纯化带来困难。给产品分离和纯化带来困难。 3.5.3 3.5.3 选择性催化氧化选择性催化氧化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术技术关键：技术关键： 控控制制氧氧化化反反应应深深度度，提提高高目目的的产产物物的的选选择择性性始始终终是是烃烃类类选选择择氧氧化化研研究究中中最最具挑战性的难题。具挑战性的难题。 3.5.3 3.5.3 选择性催化氧化选择性催化氧化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术 循环流化床循环流化床 反应器反应器 丁烷晶格氧氧化丁烷晶格氧氧化制顺酐制顺酐 3.5.3 3.5.3 选择性催化氧化选择性催化氧化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术由由于于晶晶格格氧氧氧氧化化具具有有潜潜在在的的优优点点，已已成成为为选选择择氧氧化化研研究究中中的的前前沿沿。工工业业上上重重要要的的
17、邻邻二二甲甲苯苯氧氧化化制制苯苯酐酐、丙丙烯烯和和丙丙烷烷氧氧化化制制丙丙烯烯腈腈均均可可进进行行晶晶格格氧氧氧氧化化反反应应的的探探索索。关关于于晶晶格格氧氧氧氧化化的的研研究究与与开开发发，一一方方面面要要根根据据不不同同的的烃烃类类氧氧化化反反应应，开开发发选选择择性性好好、载载氧氧能能力力强强、耐耐磨磨强强度度好好的的新新催催化化材材料料；另另一一方方面面要要根根据据催催化化剂剂的的反应特点，开发相应的反应器及其工艺。反应特点，开发相应的反应器及其工艺。 3.5.3 3.5.3 选择性催化氧化选择性催化氧化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术3.5.1 3.5.1 酸碱催化剂绿色化酸碱催化剂绿色化 3.5.2 3.5.2 分子筛催化剂分子筛催化剂 3.5.3 3.5.3 选择性催化氧化选择性催化氧化 3.5.4 3.5.4 生物催化剂生物催化剂 3.5.5 3.5.5 超临界非均相催化超临界非均相催化 3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术3.5.1 3.5.1 酸碱催化剂绿色化酸碱催化剂绿色化 3.5.2 3.5.2 分子筛催化剂分子筛催
18、化剂 3.5.3 3.5.3 选择性催化氧化选择性催化氧化 3.5.4 3.5.4 生物催化剂生物催化剂 3.5.5 3.5.5 超临界非均相催化超临界非均相催化 3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术生生命命科科学学是是当当前前科科学学发发展展的的重重要要前前沿沿，化化学学工工程程向向生生命命科科学学领领域域渗渗透透正正是是当当前前过过程程工工程程科科学学发发展展最最活活跃跃的的领领域域。由由于于生生物物的的生生命命过过程程可可以以局局部部地地抗抗拒拒熵熵增增的的宇宇宙宙总总趋趋势势，表表现现为为“反反熵熵”过过程程，所所以以，生生物物催催化化的的研研究究和和发发展展就就更更具具有有特特殊殊的的科科学学意意义义。 3.5.4 3.5.4 生物催化剂生物催化剂3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术生命科学主要与两个化学反应有关生命科学主要与两个化学反应有关 植物生命活动：植物生命活动： 动物生命活动：动物生命活动： 3.5.4 3.5.4 生物催化剂生物催化剂+ O23.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术 这这两两个个过过程程及及其
19、其它它重重要要的的生生命命化化学学过过程程都都是是在在生生物物催催化化剂剂酶酶存存在在下下进进行行的的。酶酶是是一一种种特特殊殊的的蛋蛋白白质质，对对化化学学反反应应和和生生物物化化学学反反应应有有催催化化作作用用，但但与与化化学学催催化化剂剂不不同同，酶酶的的催催化化效效率率比比化化学学催催化化高高得得多多，一一般般是是化化学学催催化化的的10107 7倍倍，甚甚至至可可达达10101414倍。倍。 3.5.4 3.5.4 生物催化剂生物催化剂3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术 由由于于酶酶具具有有生生物物活活性性，其其本本身身就就是是蛋蛋白白质质，所所以以酶酶对对反反应应底底物物的的生生物物结结构构和和立立体体结结构构具具有有高高度度的的专专一一性性，特特别别是是对对反反应应底底物物的的手手性性、旋旋光光性性和和异异构构体体具具有有高高度度的的识识别别能能力力。也也就就是是说说，如如果果反反应应底底物物有有多多种种异异构构体体，且且具具有有旋旋光光性性，那那么么一一种种酶酶只只对对其其中中一一种种异异构构体体的的一一种种旋旋光光体体起催化作用。起催化作用。 3
20、.5.4 3.5.4 生物催化剂生物催化剂3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术 目目前前已已发发现现的的酶酶有有几几千千种种，可可以以在在条条件件温温和和、设设备备简简单单、选选择择性性好好、副副反反应应少少、产产品品性性质质优优良良、环环境境友友好好的的条条件件下下生生产产多多种种化化学学品品。已已开开发发成成功功从从葡葡萄萄糖糖酶酶催催化化反反应应制制造造苯苯醌醌、1,3-1,3-丙丙二二醇醇、乙乙醇醇、丁丁二二醇醇、乳酸、乳酸、1,2-1,2-苯二酚等多种产品。苯二酚等多种产品。 3.5.4 3.5.4 生物催化剂生物催化剂3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术 从从理理论论上上讲讲，酶酶可可以以在在常常温温常常压压下下催催化化任任何何化化学学反反应应。但但是是酶酶催催化化剂剂的的催催化化活活性性对对体体系系的的物物理理和和化化学学因因素素特特别别敏敏感感，体体系系的的酸酸碱碱性性，体体系系的的温温度度、压压力力、某某些些金金属属离离子子对对酶酶的的催催化化活活性性有有决决定定性性影影响响。这这反反映映了了酶酶催催化化剂剂的的不不稳稳定定性性
21、和和易易变变性性，给给酶酶催催化化反反应应的的控控制制带带来来很很大大困困难难。另另外外，酶酶的的提提取取和和纯纯化化，酶酶的的固固定定化化等等，也也是是一一项项技技术术难难度度较较高高的的工工作作，这给酶催化剂的工业应用带来不少困难。这给酶催化剂的工业应用带来不少困难。 3.5.4 3.5.4 生物催化剂生物催化剂3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术3.5.1 3.5.1 酸碱催化剂绿色化酸碱催化剂绿色化 3.5.2 3.5.2 分子筛催化剂分子筛催化剂 3.5.3 3.5.3 选择性催化氧化选择性催化氧化 3.5.4 3.5.4 生物催化剂生物催化剂 3.5.5 3.5.5 超临界非均相催化超临界非均相催化 3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术3.5.1 3.5.1 酸碱催化剂绿色化酸碱催化剂绿色化 3.5.2 3.5.2 分子筛催化剂分子筛催化剂 3.5.3 3.5.3 选择性催化氧化选择性催化氧化 3.5.4 3.5.4 生物催化剂生物催化剂 3.5.5 3.5.5 超临界非均相催化超临界非均相催化 3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿
22、色催化剂与催化技术 在在非非均均相相催催化化反反应应中中，由由于于存存在在相相界界面面，就就会会存存在在传传质质和和传传热热阻阻力力。相相对对于于液液体体，SCFSCF的的扩扩散散系系数数大大，粘粘度度小小，张张力力也也小小，有有利利于于反反应应物物的的扩扩散散；物物质质在在SCFSCF中中的的溶溶解解度度比比气气体体大大，又又具具有有液液体体所所不不具具有有的的溶溶解解选选择择性性，可可以以提提高高反反应应物物的的浓浓度度，加速反应。加速反应。 3.5.5 3.5.5 超临界非均相催化超临界非均相催化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术 特特别别是是SCFSCF可可以以与与一一些些气气体体如如H H2 2、O O2 2等等任任意意混混合合，使使得得氧氧化化和和氢氢化化反反应应加加快快，并并易易于于控控制制。相相对对气气体体而而言言，SCFSCF具具有有很很高高的的热热导导率率，因因此此对对于于放放热热的的气气相相反反应应来来说说，在在SCFSCF体体系系中中，将将有有利于及时排除热量。利于及时排除热量。 3.5.5 3.5.5 超临界非均相催化超临界非均相催化3.
23、5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术SCFSCF流流体体允允许许人人为为地地控控制制相相行行为为。反反应应物物的的溶溶解解，产产物物和和催催化化剂剂的的析析出出以以及及反反应应速速率率和和反反应应的的选选择择性性，都都可可以以通通过过温温度度和和压压力的微小变化得以实现。力的微小变化得以实现。 3.5.5 3.5.5 超临界非均相催化超临界非均相催化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术非非均均相相催催化化剂剂失失活活的的主主要要原原因因是是催催化化剂剂表表面面积积炭炭、结结焦焦，活活性性中中心心中中毒毒，活活性性组组分分、载载体体烧烧结结等等。利利用用SCFSCF优优异异的的溶溶解解能能力力可可抽抽提提出出催催化化剂剂表表面面上上的的积积炭炭、结结焦焦和和毒毒物物，使使催催化化剂剂恢恢复复活活性性，延延长长催催化化剂剂的的使使用用寿寿命命。在在易易于于失失活活的的Y Y型型分分子子筛筛催催化化的的苯苯烷烷基基化化反反应应中中，当当反反应应在在液液相相进进行行时时，催催化化剂剂活活性性经经过过l2hl2h后后明明显下降，而在显下降，而在SCFSCF相中
24、，却可以保持相中，却可以保持55h55h。 3.5.5 3.5.5 超临界非均相催化超临界非均相催化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术SCFSCF相相转转移移催催化化和和SCFSCF酶酶催催化化过过程程将将为为非非均均相相催催化化提提供供环环境境友友好好的的新新途途径径。由由于于SCFSCF的的特特殊殊性性质质，使使其其在在烷烷基基化化反反应应、氨氨基基化化反反应应、裂裂解解反反应应、酯酯化化反反应应、费费托托反反应应、加加氢氢反反应应、异异构构化化反反应应以以及及氧氧化化反反应应等等非非均均相相催催化化反应中有着广泛的应用。反应中有着广泛的应用。 3.5.5 3.5.5 超临界非均相催化超临界非均相催化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术3.5.1 3.5.1 酸碱催化剂绿色化酸碱催化剂绿色化 3.5.2 3.5.2 分子筛催化剂分子筛催化剂 3.5.3 3.5.3 选择性催化氧化选择性催化氧化 3.5.4 3.5.4 生物催化剂生物催化剂 3.5.5 3.5.5 超临界非均相催化超临界非均相催化 3 绿色过程工程基础3.1 3.1 原子经济
25、性反应原子经济性反应3.2 3.2 原料绿色化与生物质资源原料绿色化与生物质资源3.3 3.3 溶剂绿色化溶剂绿色化3.4 3.4 能源绿色化能源绿色化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术3.6 3.6 分离过程绿色化分离过程绿色化3.7 3.7 非传统过程非传统过程3.8 3.8 产品绿色化产品绿色化3 绿色过程工程基础3.1 3.1 原子经济性反应原子经济性反应3.2 3.2 原料绿色化与生物质资源原料绿色化与生物质资源3.3 3.3 溶剂绿色化溶剂绿色化3.4 3.4 能源绿色化能源绿色化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术3.6 3.6 分离过程绿色化分离过程绿色化3.7 3.7 非传统过程非传统过程3.8 3.8 产品绿色化产品绿色化3 绿色过程工程基础3.6.1 3.6.1 结晶分离新技术结晶分离新技术3.6.2 3.6.2 短程蒸馏技术短程蒸馏技术3.6.3 3.6.3 异构体的绿色分离技术异构体的绿色分离技术3.6.4 3.6.4 磁性分离技术磁性分离技术3.6.5 3.6.5 超声结晶分离技术超声结晶分离技术3.6.6 3.6.
26、6 超临界络合萃取技术超临界络合萃取技术3.6.7 3.6.7 反胶团萃取技术反胶团萃取技术3.6.8 3.6.8 新型亲和分离技术新型亲和分离技术3.6.9 3.6.9 纳滤膜分离技术纳滤膜分离技术3.6.10 3.6.10 微波萃取技术微波萃取技术3.6.11 3.6.11 磁稳流化床分离技术磁稳流化床分离技术3.6 3.6 分离过程绿色化分离过程绿色化3 绿色过程工程基础3.1 3.1 原子经济性反应原子经济性反应3.2 3.2 原料绿色化与生物质资源原料绿色化与生物质资源3.3 3.3 溶剂绿色化溶剂绿色化3.4 3.4 能源绿色化能源绿色化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术3.6 3.6 分离过程绿色化分离过程绿色化3.7 3.7 非传统过程非传统过程3.8 3.8 产品绿色化产品绿色化3 绿色过程工程基础3.1 3.1 原子经济性反应原子经济性反应3.2 3.2 原料绿色化与生物质资源原料绿色化与生物质资源3.3 3.3 溶剂绿色化溶剂绿色化3.4 3.4 能源绿色化能源绿色化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术3.6 3.6 分离
27、过程绿色化分离过程绿色化3.7 3.7 非传统过程非传统过程3.8 3.8 产品绿色化产品绿色化3.7 3.7 非传统过程非传统过程 非非传传统统过过程程是是指指采采用用超超临临界界、超超声声波波、超超短短接接触触、等等离离子子体体、微微波波、辐辐射射、光光电电磁磁能能、非非定定态态等等极极端端操操作作条条件件去去完完成常规条件下难以进行的生产过程。成常规条件下难以进行的生产过程。 本本节节介介绍绍等等离离子子体体、微微波波、辐辐射射、非定态等非传统的绿色技术。非定态等非传统的绿色技术。 3.7 3.7 非传统过程非传统过程3.7.1 3.7.1 等离子体技术等离子体技术 3.7.2 3.7.2 微波技术微波技术 3.7.3 3.7.3 微波等离子体技术微波等离子体技术 3.7.4 3.7.4 辐射技术辐射技术3.7.5 3.7.5 超声技术超声技术3.7.6 3.7.6 非定态反应技术非定态反应技术 3.7 3.7 非传统过程非传统过程3.7.1 3.7.1 等离子体技术等离子体技术 3.7.2 3.7.2 微波技术微波技术 3.7.3 3.7.3 微波等离子体技术微波等离子体技术
28、3.7.4 3.7.4 辐射技术辐射技术3.7.5 3.7.5 超声技术超声技术3.7.6 3.7.6 非定态反应技术非定态反应技术 3.7 3.7 非传统过程非传统过程 等等离离子子体体是是电电离离状状态态的的气气体体物物质质，由由电电子子、离离子子、原原子子、分分子子或或自自由由基基等等粒粒子子组组成成的的非非凝凝聚聚体体系系，具具有有宏宏观观尺尺度度内内的的电电中中性性与与高高导导电电性性。与与物物质质的的固固态态、液液态态、气气态态并并列列，被被称称为为物物质质存存在在的的第第四态。四态。 3.7.1 3.7.1 等离子体技术等离子体技术3.7 3.7 非传统过程非传统过程 等等离离子子体体是是由由最最清清洁洁的的高高能能粒粒子子组组成成，不不会会造造成成环环境境污污染染，对对生生态态系系统统无无不不良良影影响响，加加上上等等离离子子体体反反应应速速度度快快，反反应应完完全全，使使原原料料的的转转化化率率大大大大提提高高，有有可可能能实实现现原原子子经经济济反反应应。等等离离子子体体中中的的离离子子、电电子子、激激发发态态原原子子、分分子子及及自自由由基基都都是是极极活活泼泼的
29、的反反应应性性物物种种，使使通通常常条条件件下下难难以以进进行行或或速速度度很很慢慢的的反反应应变变得得十十分分快快速速，尤尤其其有有利利于于难消解污染物的处理。难消解污染物的处理。3.7.1 3.7.1 等离子体技术等离子体技术3.7 3.7 非传统过程非传统过程根根据据等等离离子子体体的的能能量量状状态态、气气体体温温度度和粒子密度，等离子体可分为：和粒子密度，等离子体可分为：# #高温等离子体（气体温度高温等离子体（气体温度10104 4K K） * *平衡等离子体平衡等离子体( (或热等离子体或热等离子体) ) * *非平衡等离子体非平衡等离子体( (或冷等离子体或冷等离子体) ) # #低温等离子体（气体温度低温等离子体（气体温度10104 4K K）3.7.1 3.7.1 等离子体技术等离子体技术3.7 3.7 非传统过程非传统过程 应用应用 甲烷等离子体化学转化过程甲烷等离子体化学转化过程 等等离离子子体体甲甲烷烷转转化化制制合合成成气气主主要要有有等等离离子子体体甲甲烷烷部部分分氧氧化化和和等等离离子子体体甲甲烷烷COCO2 2重重整整两个反应途径。两个反应途径。 甲烷
30、氧化制甲醇在热力学上是可行的。甲烷氧化制甲醇在热力学上是可行的。 等等离离子子体体甲甲烷烷转转化化正正在在被被证证明明是是一一种种工工艺艺简简单单、设设备备小小、不不要要求求规规模模效效益益、原原料料利利用率高、投资少、无污染、高效的合成方法用率高、投资少、无污染、高效的合成方法 3.7.1 3.7.1 等离子体技术等离子体技术3.7 3.7 非传统过程非传统过程 分子筛催化中的等离子体技术分子筛催化中的等离子体技术 沸沸石石分分子子筛筛具具有有很很强强的的固固体体酸酸性性、择择形形选选择择性性以以及及阴阴阳阳离离子子之之间间形形成成的的静静电电场场，在在催催化化领领域域的的应应用用发发展展极极为为迅迅速速。利利用用等等离离子子体体的的独独特特性性能能对对分分子子筛筛制制备备、活活化化、再再生生处处理理以以及及等等离离子子体体增增强强分分子子筛筛改改性性的的研究相当活跃。研究相当活跃。 等等离离子子体体技技术术制制备备分分子子筛筛负负载载金金属属催催化化剂剂，具具有有金金属属分分散散度度高高、处处理理时时间间短短、能能耗耗少少、温温度度低低、不不破破坏坏分分子子筛筛骨骨架架结结构构等特
31、点。等特点。 3.7.1 3.7.1 等离子体技术等离子体技术3.7 3.7 非传统过程非传统过程 高分子材料等离子体表面改性高分子材料等离子体表面改性 高高分分子子领领域域中中应应用用的的等等离离子子体体表表面面处处理理技技术术，是是指指利利用用非非聚聚合合性性气气体体( (如如ArAr、N N2 2、COCO、NHNH3 3、O O2 2、H H2 2等等) )等等离离子子体体与与高高分分子子材材料料表表面面相相互互作作用用，使使在在表表面面上上形形成成新新的的官官能能团团和和改改变变高高分分子子链链结结构构，以以改改善善亲亲( (疏疏) )水水性性、粘粘接接性性、表表面面电电学学性性能能、光光学学性性能能、生生物物相相容容性性等等。参参与与表表面面反反应应的的活活性性种种有有激激发发态态分分子、离子、自由基及紫外辐射光子。子、离子、自由基及紫外辐射光子。 3.7.1 3.7.1 等离子体技术等离子体技术3.7 3.7 非传统过程非传统过程 等离子引发接枝聚合等离子引发接枝聚合 等等离离子子体体引引发发聚聚合合是是指指利利用用等等离离子子体体产产生生的的活活性性物物种种引引发发特特
32、定定单单体体聚聚合合的的一一种种新新的的聚聚合合方方法法，分分为为引引发发本本体体、溶溶液液、乳乳液液、悬悬浮浮聚聚合合和和引引发发单单体体在在其其他他被被处处理理材材料料的的表表面面进进行行接接枝枝聚聚合合两两大大类类型。型。 3.7.1 3.7.1 等离子体技术等离子体技术3.7 3.7 非传统过程非传统过程3.7.1 3.7.1 等离子体技术等离子体技术 3.7.2 3.7.2 微波技术微波技术 3.7.3 3.7.3 微波等离子体技术微波等离子体技术 3.7.4 3.7.4 辐射技术辐射技术3.7.5 3.7.5 超声技术超声技术3.7.6 3.7.6 非定态反应技术非定态反应技术 3.7 3.7 非传统过程非传统过程3.7.1 3.7.1 等离子体技术等离子体技术 3.7.2 3.7.2 微波技术微波技术 3.7.3 3.7.3 微波等离子体技术微波等离子体技术 3.7.4 3.7.4 辐射技术辐射技术3.7.5 3.7.5 超声技术超声技术3.7.6 3.7.6 非定态反应技术非定态反应技术 3.7 3.7 非传统过程非传统过程 微微波波作作为为一一种种高高效效、节节能能、
33、方方便便、节节时时的的特特殊殊加加热热能能源源广广泛泛应应用用于于食食品品、材材料料、化化工工等等领领域域。在在食食品品加加热热、灭灭酶酶、焙焙烤烤、解解冻冻、膨膨化化和和杀杀菌菌消消毒毒等等加加工工过过程程都都有有应应用用。应应用用在在化化学学反反应应、化化学学分分析析和和环环境境保保护护等等领领域域，表表现现出出节节省省能能源源和和时时间间、简简化化操操作作程程序序、减减少少有有机机溶溶剂剂使使用用、提提高高反反应应速速率率和和显显著著降降低低化化学学反反应应产产生生的的废废弃弃物物对对环环境境造成的危害等优点。造成的危害等优点。 3.7.2 3.7.2 微波技术微波技术3.7 3.7 非传统过程非传统过程微微波波作作用用到到物物质质上上，可可能能产产生生电电子子极极化化、原原子子极极化化、界界面面极极化化及及偶偶极极转转向向极极化化，其其中中偶偶极极转转向向极极化化对对物物质质的的加加热起主要作用。热起主要作用。 由由于于微微波波产产生生的的交交变变电电场场以以每每秒秒高高达达数数亿亿次次的的高高速速变变向向，偶偶极极转转向向极极化化不不具具备备迅迅速速跟跟上上交交变变电电场场的
34、的能能力力而而滞滞后后于于电电场场，从从而而导导致致材材料料内内部部功功率率耗耗散散，一一部部分分微微波波能能转转化化为为热热能能，使物质本身加热升温使物质本身加热升温。 3.7.2 3.7.2 微波技术微波技术3.7 3.7 非传统过程非传统过程 微微波波场场中中的的液液相相有有机机合合成成反反应应，选选择择合合适适溶溶剂剂作作为为微微波波传传递递介介质质是是关关键键。乙乙酸酸、丙丙酮酮、低低碳碳醇醇、乙乙酸酸丁丁酯酯等等极极性性溶溶剂剂吸吸收收微微波波能能力力较较强强，可可用用作作微微波波场场中中反反应应溶溶剂剂；环环已已烷烷、乙乙醚醚、苯苯等等非非极极性性溶溶剂剂不不能能直直接接吸吸收收微微波波能能，但但若若加加入入少少量量极极性性溶溶剂剂可可提提高高其其吸吸收收微微波波的的能能力力，也也可可作作为为反反应应溶溶剂剂；有有些些反反应应物物本本身身即即可可作作为为反反应应溶溶剂剂。在在微微波波场场中中进进行行氧氧化化、重重排排、缩缩合合等等液液相相有有机机合合成成反反应应，往往往往能能收收到到加加快快速速度度、提提高高转转化率的效果。化率的效果。3.7.2 3.7.2 微波技术微波
35、技术3.7 3.7 非传统过程非传统过程微波场中的化学合成实例微波场中的化学合成实例* *选择性地合成光学活性物质选择性地合成光学活性物质 * *合合成成吡吡咯咯、喹喹啉啉、噻噻吩吩等等杂杂环环化化合合物物及其衍生物及其衍生物 * *无溶剂反应无溶剂反应 * *淀粉水解制葡萄糖淀粉水解制葡萄糖 3.7.2 3.7.2 微波技术微波技术3.7 3.7 非传统过程非传统过程3.7.1 3.7.1 等离子体技术等离子体技术 3.7.2 3.7.2 微波技术微波技术 3.7.3 3.7.3 微波等离子体技术微波等离子体技术 3.7.4 3.7.4 辐射技术辐射技术3.7.5 3.7.5 超声技术超声技术3.7.6 3.7.6 非定态反应技术非定态反应技术 3.7 3.7 非传统过程非传统过程3.7.1 3.7.1 等离子体技术等离子体技术 3.7.2 3.7.2 微波技术微波技术 3.7.3 3.7.3 微波等离子体技术微波等离子体技术 3.7.4 3.7.4 辐射技术辐射技术3.7.5 3.7.5 超声技术超声技术3.7.6 3.7.6 非定态反应技术非定态反应技术 3.7 3.7 非传统过
36、程非传统过程微微波波等等离离子子体体化化学学反反应应是是将将微微波波能能转转换换为为气气体体分分子子的的内内能能，使使之之激激发发、离离解解、电离成活性物种，从而发生化学反应。电离成活性物种，从而发生化学反应。微微波波等等离离子子体体为为无无极极放放电电，可可获获得得纯纯净净的的等等离离子子体体且且密密度度较较高高；可可使使反反应应在在热热力力学学非非平平衡衡态态下下进进行行，克克服服热热力力学学与动力学因素的相互制约等与动力学因素的相互制约等。 3.7.3 3.7.3 微波等离子体技术微波等离子体技术3.7 3.7 非传统过程非传统过程 等等离离子子体体空空间间富富集集有有常常规规“三三态态”下下不不易易获获得得的的活活性性物物种种，即即便便在在非非平平衡衡条条件件下下，高高能能电电子子( (约约l llOeVlOeV，若若折折算算成成温温度度，leVleV相相当当于于1160011600K)K)也也能能与与分分子子( (原原子子) )进进行行非非弹弹性性碰碰撞撞，有有效效地地促促进进分分子子( (原原子子) )的的激激发发、离离解解与与电电离离，激激活活高高能量水平的化学反应。能量
37、水平的化学反应。 3.7.3 3.7.3 微波等离子体技术微波等离子体技术3.7 3.7 非传统过程非传统过程* *等离子体催化反应等离子体催化反应 * *等离子体化学气相沉积等离子体化学气相沉积 A(A(气气)+)+B(B(气气)C(C(固固)+)+D(D(气气) ) * *等离子体表面改性等离子体表面改性 A(A(固固)+)+B(B(气气) ) C(C(固固) )* *等离子体刻蚀等离子体刻蚀A(A(固固)+)+B(B(气气) ) C(C(气气) )3.7.3 3.7.3 微波等离子体技术微波等离子体技术3.7 3.7 非传统过程非传统过程3.7.1 3.7.1 等离子体技术等离子体技术 3.7.2 3.7.2 微波技术微波技术 3.7.3 3.7.3 微波等离子体技术微波等离子体技术 3.7.4 3.7.4 辐射技术辐射技术3.7.5 3.7.5 超声技术超声技术3.7.6 3.7.6 非定态反应技术非定态反应技术 3.7 3.7 非传统过程非传统过程3.7.1 3.7.1 等离子体技术等离子体技术 3.7.2 3.7.2 微波技术微波技术 3.7.3 3.7.3 微波等离子体技
38、术微波等离子体技术 3.7.4 3.7.4 辐射技术辐射技术3.7.5 3.7.5 超声技术超声技术3.7.6 3.7.6 非定态反应技术非定态反应技术 3.7 3.7 非传统过程非传统过程辐辐射射主主要要指指电电子子束束、离离子子束束、 射射线线、中中子子束束、紫紫外外线线等等，这这些些射射线线或或粒粒子子流流均均是是高高能能量量的的物物质质，当当它它们们与与被被加加工工的的物物质质碰碰撞撞时时，释释放放能能量量并并转转移移给给物物质质中中的的分分子子、原原子子，使使物物质发生化学变化。质发生化学变化。 3.7.4 3.7.4 辐射技术辐射技术3.7 3.7 非传统过程非传统过程辐辐射射技技术术的的最最大大特特点点是是在在常常温温下下就就能能引引发发一一些些必必须须在在高高温温高高压压下下才才能能进进行行的的化化学学反反应应，而而且且这这些些射射线线是是以以能能量量形形式式参参加加反反应应，是是目目前前世世界界上上最最清清洁洁的的反反应应物物。因因此此，辐辐射射技技术术作作为为一一种种绿绿色色化化高高新新技技术术，在在国国际际上上越来越受到重视越来越受到重视 目目前前研研究究最最多多
39、的的是是聚聚合合、接接枝枝、固固化化、降降解解、交联等高分子材料在射线作用下的变化。交联等高分子材料在射线作用下的变化。 3.7.4 3.7.4 辐射技术辐射技术3.7 3.7 非传统过程非传统过程* *辐射聚合与固化辐射聚合与固化 * *辐射交联和降解辐射交联和降解 * *辐射接枝与复合技术辐射接枝与复合技术 3.7.4 3.7.4 辐射技术辐射技术3.7 3.7 非传统过程非传统过程采采用用辐辐射射技技术术，可可以以将将有有机机原原料料和和无无机机原原料料进进行行复复合合反反应应，生生成成特特殊殊的的复复合合材材料料，如如“塑塑木木合合金金”就就是是将将木木材材先先预预处处理理，再再用用甲甲基基丙丙烯烯酸酸甲甲酯酯和和( (或或) )苯苯乙乙烯烯浸浸渍渍后后经经辐辐射射处处理理而而成成的的新新型型复复合合材材料料，这这种种材材料料坚坚硬硬，不不易易变变形形，机机械械性性能能好好，适适合合于各种特殊用途于各种特殊用途 3.7.4 3.7.4 辐射技术辐射技术3.7 3.7 非传统过程非传统过程将将玻玻璃璃纤纤维维、碳碳纤纤维维与与活活性性树树脂脂在在辐辐射射线线作作用用下下复复合合，
40、生生产产特特种种玻玻璃璃钢钢。采采用用辐辐射射技技术术制制成成的的“混混凝凝土土- -塑塑料料”复复合合材材料料，具具有有良良好好的的耐耐酸酸碱碱特特性性，同同时时在在耐耐水水性性、耐耐气气候候性性、机机械械性性能能等等方方面面远远优优于于普普通通混混凝凝土土，是是理理想想的的高高档档建建筑筑材材料料。辐辐射射技技术术还还可可用用于于制制备备“无无机机粉粉末末- -塑塑料料”复复合合材材料料、“金金属属粉粉末末- -塑塑料料”复复合材料等新型材料合材料等新型材料 3.7.4 3.7.4 辐射技术辐射技术3.7 3.7 非传统过程非传统过程3.7.1 3.7.1 等离子体技术等离子体技术 3.7.2 3.7.2 微波技术微波技术 3.7.3 3.7.3 微波等离子体技术微波等离子体技术 3.7.4 3.7.4 辐射技术辐射技术3.7.5 3.7.5 超声技术超声技术3.7.6 3.7.6 非定态反应技术非定态反应技术 3.7 3.7 非传统过程非传统过程3.7.1 3.7.1 等离子体技术等离子体技术 3.7.2 3.7.2 微波技术微波技术 3.7.3 3.7.3 微波等离子体技术微波
41、等离子体技术 3.7.4 3.7.4 辐射技术辐射技术3.7.5 3.7.5 超声技术超声技术3.7.6 3.7.6 非定态反应技术非定态反应技术 3.7 3.7 非传统过程非传统过程通通常常把把频频率率为为2 210104 4HzHz10109 9HzHz的的声声波波叫叫做做超超声声波波。它它是是由由一一系系列列疏疏密密相相间间的的纵纵波波构构成成的的，并并通通过过媒媒质质向向四四周周传传播播。超超声声波波作作为为一一种种波波动动形形式式，可可作作为为探探测测与与负负载载信信息息的的载载体体或或媒媒介介；作作为为一一种种能能量量形形式式，当当强强度度超超过过一一定定值值时时，就就可可以以通通过过它它与与传传声声媒媒质质的的相相互互作作用用，去去影影响响、改改变变甚甚至破坏后者的状态、性质及结构至破坏后者的状态、性质及结构 3.7.5 3.7.5 超声技术超声技术3.7 3.7 非传统过程非传统过程当当超超声声波波能能量量足足够够高高时时，就就会会产产生生“超超声声空空化化”现现象象。空空化化气气泡泡的的寿寿命命约约0.10.1s s，爆爆炸炸时时释释放放出出巨巨大大的的能能量量，并并
42、产产生生速速度度约约1111OmOms s-1-1、具具有有强强烈烈冲冲击击力力的的微微射射流流，使使碰碰撞撞密密度度高高达达1.51.5kgkgcmcm-2-2。空空化化气气泡泡在在爆爆炸炸的的瞬瞬间间产产生生约约40004000K K和和l00MPal00MPa的的局局部部高高温温高高压压环环境境，冷冷却却速速度度可可达达1 1O O9 9K Ks s-1-1。 3.7.5 3.7.5 超声技术超声技术3.7 3.7 非传统过程非传统过程超超声声足足以以使使有有机机物物在在空空化化气气泡泡内内发发生生化化学学键键断断裂裂、水水相相燃燃烧烧或或热热分分解解，促促进进非非均均相相界界面面间间的的扰扰动动和和相相界界面面更更新新，加加速速界界面面间间的的传传质质和和传传热热过过程程。化化学学反反应应和和物物理理过过程程的的超超声声强强化化作作用用主主要要是是由由于于液液体体的的超超声声空空化化产生的能量效应和机械效应引起的产生的能量效应和机械效应引起的。 3.7.5 3.7.5 超声技术超声技术3.7 3.7 非传统过程非传统过程* *超声催化超声催化 * *超声波在纳米材料制备中的应用
43、超声波在纳米材料制备中的应用 * *水体中有机污染物的超声降解技术水体中有机污染物的超声降解技术 3.7.5 3.7.5 超声技术超声技术3.7 3.7 非传统过程非传统过程超超声声辐辐射射降降解解水水体体中中有有机机污污染染物物的的研研究究，尚尚处处于于探探索索阶阶段段，要要使使其其发发展展成成为为一一项项成成熟熟的的水水处处理理技技术术，还还有有许许多多问问题题亟亟待待解解决决。相相信信在在声声学学、化化学学化化工工及及水水处处理理等等各各方方面面学学者者的的共共同同努努力力下下，这这一一集集高高级级氧氧化化、燃燃烧烧、超超临临界界水水氧氧化化等等多多种种水水处处理理技技术术特特点点为为一一身身，且且使使用用条条件件温温和和、操操作作简简单单方方便便，可可单单独独或或与与其其他他水水处处理理技技术术联联合合使使用用的的新新型型水水处处理理技技术术，必必将将发挥出巨大的潜力发挥出巨大的潜力 3.7.5 3.7.5 超声技术超声技术3.7 3.7 非传统过程非传统过程3.7.1 3.7.1 等离子体技术等离子体技术 3.7.2 3.7.2 微波技术微波技术 3.7.3 3.7.3 微波
44、等离子体技术微波等离子体技术 3.7.4 3.7.4 辐射技术辐射技术3.7.5 3.7.5 超声技术超声技术3.7.6 3.7.6 非定态反应技术非定态反应技术 3.7 3.7 非传统过程非传统过程3.7.1 3.7.1 等离子体技术等离子体技术 3.7.2 3.7.2 微波技术微波技术 3.7.3 3.7.3 微波等离子体技术微波等离子体技术 3.7.4 3.7.4 辐射技术辐射技术3.7.5 3.7.5 超声技术超声技术3.7.6 3.7.6 非定态反应技术非定态反应技术 3.7 3.7 非传统过程非传统过程 用用于于放放热热反反应应的的流流向向变变换换非非定定态态反反应应技技术术己己经经用用于于有有色色金金属属冶冶炼炼、烟烟气气制制硫硫酸酸、清清除除工工业业废废气气中中的的挥挥发发性性有有机机物物( (VOCVOCs s) )、NONOx x的的氨氨还还原原等等，具有广阔的应用前景。具有广阔的应用前景。 3.7.6 3.7.6 非定态反应技术非定态反应技术3.7 3.7 非传统过程非传统过程李李成成岳岳等等在在低低浓浓度度S0S02 2 (0.53%(0.53%，摩摩尔尔 分分
45、 数数 ) ) 氧氧 化化 、 低低 浓浓 度度COCOx x(0.35%(0.35%，摩摩尔尔分分数数) )加加氢氢合合成成甲甲 醇醇 和和 清清 除除 工工 业业 废废 气气 中中VOCVOCs s(5(51010-4-4) )等等方方面面利利用用这这一一反反应应技技术术的的思思想想，实实验验室室研研究究、模模型型化研究和中试开发取得的主要成果。化研究和中试开发取得的主要成果。 3.7.6 3.7.6 非定态反应技术非定态反应技术3.7 3.7 非传统过程非传统过程与与传传统统反反应应技技术术相相比比，非非定定态态反反应应技技术术流流程程集集成成度度更更高高、自自热热操操作作区区更更宽宽、热热回回收收效效率率更更高高、热热回回收收成成本本更更低低、更更适适于于可可逆逆放放热热反应。反应。 3.7.6 3.7.6 非定态反应技术非定态反应技术3.7 3.7 非传统过程非传统过程 流程集成度更高流程集成度更高 热回收效率更高热回收效率更高 热回收成本更低热回收成本更低 自热操作区更宽自热操作区更宽 更适于可逆放热反应更适于可逆放热反应 3.7.6 3.7.6 非定态反应技术非定态反应技
46、术3.7 3.7 非传统过程非传统过程3.7.1 3.7.1 等离子体技术等离子体技术 3.7.2 3.7.2 微波技术微波技术 3.7.3 3.7.3 微波等离子体技术微波等离子体技术 3.7.4 3.7.4 辐射技术辐射技术3.7.5 3.7.5 超声技术超声技术3.7.6 3.7.6 非定态反应技术非定态反应技术 3 绿色过程工程基础3.1 3.1 原子经济性反应原子经济性反应3.2 3.2 原料绿色化与生物质资源原料绿色化与生物质资源3.3 3.3 溶剂绿色化溶剂绿色化3.4 3.4 能源绿色化能源绿色化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术3.6 3.6 分离过程绿色化分离过程绿色化3.7 3.7 非传统过程非传统过程3.8 3.8 产品绿色化产品绿色化3 绿色过程工程基础3.1 3.1 原子经济性反应原子经济性反应3.2 3.2 原料绿色化与生物质资源原料绿色化与生物质资源3.3 3.3 溶剂绿色化溶剂绿色化3.4 3.4 能源绿色化能源绿色化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术3.6 3.6 分离过程绿色化分离过程绿色化3.7 3.7
47、 非传统过程非传统过程3.8 3.8 产品绿色化产品绿色化 3.8 3.8 产品绿色化产品绿色化化化肥肥、农农药药、塑塑料料、橡橡胶胶、合合成成纤纤维维、洗洗涤涤剂剂、化化妆妆品品、添添加加剂剂、燃燃料料、水水处处理理剂剂、粘粘合合剂剂、涂涂料料等等等等化化工工产产品品对对人人类类社社会会的的进进步步和和生生活活质质量量的的提提高高做做出出了了巨巨大大贡贡献献，但但同同时时也也对对人人类类的的生生存存环环境境造造成成了了危危害害。迫迫切切需需要要开开发发出出对对人人类类和和环环境无害的绿色化工产品境无害的绿色化工产品 3.8 3.8 产品绿色化产品绿色化“绿绿色色”象象征征着着自自然然、生生命命、健健康康、舒舒适适和和活活力力，使使人人回回归归自自然然的的颜颜色色。在在面面对对环环境境污污染染时时，被被选选择择为为无无污污染染、无无公公害害和和环环境境保保护护的的代代名名词词。绿绿色色化化学学产产品品应应该该对对人人类类健健康康和和环环境境无无毒毒害害，这这是是对对一一个个绿绿色色化化学学产产品品最最起起码码的的要要求求。当当产产品品的的原原始始功功能能完完成成后后，它它不不应应该该原
48、原封封不不动动地地留留在在环环境境中中，而而是是以以降降解解产产物物的的形形式式，或或是是作作为为产产品品的的原原料料循循环环，或或是是作作为为无无毒毒的的物物质质留留在在环环境境中中。这这就就要要求求在在绿绿色色化化工工产品设计中，产品功能与环境影响并重。产品设计中，产品功能与环境影响并重。 3.8 3.8 产品绿色化产品绿色化美美国国“总总统统绿绿色色化化学学挑挑战战奖奖”的的设设计计更更安安全全化化学学品品奖奖，更更是是体体现现了了这这一一领领域域具具有有最最高高水水平平的的最最新成就。新成就。 3.8 3.8 产品绿色化产品绿色化3.8.1 新型海运涂料新型海运涂料3.8.2 新型抗菌剂新型抗菌剂 3.8.3 新型化学杀虫剂新型化学杀虫剂3.8.4 新型白蚁诱杀剂新型白蚁诱杀剂3.8.5 绿色表面活性剂绿色表面活性剂3 绿色过程工程基础3.1 3.1 原子经济性反应原子经济性反应3.2 3.2 原料绿色化与生物质资源原料绿色化与生物质资源3.3 3.3 溶剂绿色化溶剂绿色化3.4 3.4 能源绿色化能源绿色化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术3.6 3.6 分离过程绿色化分离过程绿色化3.7 3.7 非传统过程非传统过程3.8 3.8 产品绿色化产品绿色化绿色过程工程绿色过程工程 Green Process Engineering 1 绪 论 2绿色过程工程与可持续发展 3 绿色过程工程基础4过程工程绿色化模式 5过程工程生态学6过程强化与设备微型化 7过程系统工程
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