具体描述
超临界流体与绿色化工，ISBN：9787802293069，作者：廖传华、王重庆
《工业催化：原理、设计与实践》 内容简介： 《工业催化：原理、设计与实践》是一部深度探讨工业催化领域的权威著作，旨在系统性地梳理催化科学的核心原理，解析催化剂的设计方法，并详尽阐述其在现代工业生产中的广泛应用和优化实践。本书内容涵盖从基础的催化理论到前沿的催化技术，理论与实践相结合，为化工、材料、环境及相关领域的科研人员、工程师、研究生以及对催化技术感兴趣的读者提供一份全面而深入的参考。 第一部分：催化基本原理 本部分是全书的基石，详细介绍了催化现象的本质、分类以及核心的反应机理。 催化的定义与分类： 深入阐述了催化剂在化学反应中扮演的角色，即如何通过降低反应活化能来加速反应速率，但自身不被消耗。介绍了均相催化、多相催化、生物催化等主要分类，并对比了它们各自的特点、优势与局限性。 催化活性位点与表面科学： 详细讲解了催化剂表面结构、形貌以及表面性质对催化性能的影响。探讨了活性位点的种类、分布及其在吸附、解吸和表面反应中的作用。引入了表面科学的最新进展，如扫描隧道显微镜（STM）、原子力显微镜（AFM）等技术在表征活性位点上的应用。 吸附理论： 深入研究了催化反应中重要的物理吸附和化学吸附过程。详细阐述了Langmuir、Freundlich、Temkin等经典吸附等温线模型，并探讨了其在描述催化剂表面吸附行为中的适用性。分析了吸附热、吸附能等参数的意义，以及它们如何影响催化反应速率和选择性。 催化反应动力学： 重点介绍了催化反应速率的数学描述和动力学模型。详细讲解了Eley-Rideal、Langmuir-Hinshelwood等表面反应动力学模型，并分析了反应级数、表观活化能、指前因子等动力学参数的意义。探讨了传质（扩散）过程对催化反应速率的影响，并引入了Thiele's modulus等概念来评估内部传质限制。 催化机理研究： 介绍了多种研究催化机理的实验技术和理论方法，包括原位/操作条件下的光谱学（如IR, Raman, XPS, XAS）、电化学技术、同位素示踪法以及理论计算（如DFT）。强调了多技术联用的重要性，以全面揭示反应路径、中间产物和过渡态。 第二部分：催化剂的设计与制备 本部分聚焦于如何根据特定的催化需求，设计和制备高性能的催化剂。 催化剂的组成与结构设计： 详细讨论了金属、金属氧化物、非金属、分子筛、杂多酸等各类催化剂的组分选择和配方设计。深入分析了载体材料（如氧化铝、二氧化硅、活性炭、沸石）的作用，包括提供高比表面积、稳定活性组分、调控孔道结构以及参与催化反应。 活性组分的形貌与分散控制： 介绍了多种制备技术，如沉淀法、共沉淀法、溶胶-凝胶法、浸渍法、负载法等，以精确控制活性组分的粒径、形貌和分散度。讨论了纳米催化剂、单原子催化剂等前沿研究方向，以及如何利用这些先进的催化材料提高催化效率和选择性。 多孔材料的设计与合成： 重点介绍了沸石、介孔二氧化硅、金属有机框架（MOFs）等结构可控的多孔材料的合成策略。分析了孔径、孔结构、比表面积等因素对催化反应选择性的影响，特别是对于尺寸选择性催化反应。 催化剂的形貌化与结构调控： 探讨了如何通过控制合成参数（如pH、温度、浓度、添加剂）来调控催化剂的晶体相、晶面取向、尺寸大小和表面缺陷，从而优化其催化性能。介绍了催化剂的表面修饰和功能化技术，以增强其催化活性、稳定性和选择性。 催化剂的宏观设计： 除了微观活性位点的设计，还讨论了催化剂的宏观形态（如颗粒、球形、蜂窝体、纤维）对传质、传热以及在固定床、流化床反应器中应用的适宜性。 第三部分：工业催化应用 本部分将理论和设计原理应用于具体的工业生产过程，展示了催化剂的强大驱动力。 石油化工与煤化工： 详细介绍了催化裂化、催化重整、加氢裂化、费托合成、甲醇制烯烃（MTO）等关键的石油化工和煤化工过程。分析了这些过程中所使用的催化剂类型、反应机理以及工艺优化。 精细化工合成： 探讨了催化技术在生产染料、医药中间体、农药、香料、聚合物单体等高附加值产品中的应用。重点介绍了选择性氧化、还原、加成、聚合等反应的催化策略。 环境保护催化： 深入讨论了催化技术在减少工业污染、净化环境方面的作用。包括汽车尾气净化（三效催化剂）、工业废气处理（如NOx, SOx, VOCs的催化转化）、废水处理等。 能源转化与储存： 介绍了催化技术在氢能生产（如水煤气变换、甲烷重整）、燃料电池、生物质转化、二氧化碳捕获与转化等领域的应用。 绿色化工的催化解决方案： 结合绿色化学的理念，探讨了如何利用催化技术开发更环保、高效、低能耗的生产工艺。例如，使用可再生资源作为原料、开发无溶剂或绿色溶剂体系的催化反应、设计易于分离回收的催化剂等。 第四部分：催化剂的性能评价、失活与再生 本部分关注催化剂在实际使用过程中的表现，以及如何延长其使用寿命。 催化剂性能评价方法： 详细介绍了各种评价催化剂活性、选择性、稳定性的实验方法，包括固定床、流化床、程序升温反应器（TPR, TPO, TPD）等。讲解了如何通过产物分析（如气相色谱、液相色谱、质谱）来评估催化性能。 催化剂失活机理： 深入分析了催化剂失活的常见原因，包括积碳、烧结、毒化（如硫、氯化物）、浸出、晶体结构改变等。详细解释了各种失活机理的物理化学过程。 催化剂再生技术： 介绍了针对不同失活原因的再生方法，如烧焦再生、化学清洗再生、高温退火再生等。讨论了再生技术的有效性、成本以及对催化剂寿命的影响。 催化剂寿命预测与优化： 结合实验数据和理论模型，探讨了如何预测催化剂的寿命，并根据实际运行情况进行优化，以最大化催化剂的利用效率和经济效益。 第五部分：前沿与展望 本部分对催化领域的最新研究进展和未来发展趋势进行梳理和展望。 新型催化材料： 介绍了一系列新兴的催化材料，如二维材料（石墨烯、MXenes）、单原子催化剂、金属有机框架（MOFs）作为催化剂、仿生催化剂等，以及它们在特定反应中展现出的优异性能。 计算催化： 强调了密度泛函理论（DFT）等计算方法在理解催化机理、预测催化剂性能、指导催化剂设计方面的重要作用。 人工智能与大数据在催化中的应用： 探讨了如何利用机器学习和大数据分析技术来加速催化剂的发现、优化反应条件、预测催化剂寿命。 可持续催化： 再次强调了发展绿色、可持续的催化技术，以应对全球气候变化、资源枯竭等挑战。 多尺度模拟与工程化： 讨论了如何将从原子尺度到宏观反应器的多尺度模拟相结合，以实现催化剂和反应器的协同优化。 《工业催化：原理、设计与实践》一书，不仅是对催化科学知识的系统性总结，更是对催化技术如何驱动现代工业发展、解决社会挑战的生动诠释。本书力求以严谨的科学态度，清晰的逻辑结构，丰富的实例，为读者提供一个深入理解和掌握催化技术的平台，激励他们在催化领域进行创新性的研究和实践。
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