环境材料:新材料与应用技术丛书

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具体描述

  材料是社会文明程度的象征,也是人们生产技术和生活水平提高的一个物质基础。当人类文明发展面临瓶颈时,新材料的发明就带动了文明的一次突破。随着人类追求文明程度欲望的增高,也随着地球上人口的增多,人们使用的资源、能量、材料也越来越多、其结果是给环境带来的压力也越来越大,造成的环境污染也越来越重。如何能很好地使用材料,又不会给环境带来灾难,使之达到可持续发展的目标,这就需要研究环境材料的问题。

  ?环境材料?研究的是与环境好有相关的材料,环境材料之所以成为环境材料,都会考虑到节约能源和节约资源的问题。因此,在生产过程中应着重考虑少有污染物排放,由其净量减少那些对全球环境至关重要的污染物的排放量,如减少造成温室效应的气体CO2的排放量、与酸与有关的SO2、NOx的排放量及能够造成臭氧消耗的氟氯烃类(FCICs)化合物的排放量等;其次,环境材料的生产、设计过程中必须具有绿色环保的思想,即在材料的生产过程中应考虑到易于拆卸、处理,少用虽以分选的材料(如复合材料)及生产工艺等。

  从严格的意义上讲,在材料使用过程中,既体现出材料恶的使用功能,同时又对环境不产生任何负面影响,这几乎是不可能的。环境材料是指那些对环境相对影响较少的材料。这就需要一种评价方法,来评价材料对环境的影响程度。平价材料对环境影响大小的方法目前虽然也有很多种,但每一种方法都有它的局限性,目前还没有哪一种方法是令人十分满意的,仍需要进一步完善。

  本书的目的在于比较系统全面地介绍环境材料的类型,如绿色包装材料、绿色建筑材料、环境净化材料、环境降解材料、环境替代材料、天然岩石矿务材料等,始读者较系统地了解材料在开发、应用、制备、加工、再生等过程中对环境造成了哪些方面的影响,从而达到两个目的,一是自觉地去研究和开发环境材料,二是积极主动地去使用环境材料,从而达到保护环境的目的。如果本书在这些方面能有所作用的话,这将是作者十分欣慰的事情。

  有些材料,如新能源材料、纳米材料和某些复合材料,如果单是从制造过程去考察,虽然它们不是严格意义上的环境材料,但它们的却代表着未来环境材料的方向。将来通过公议改进等,也可变为理想的环境材料,对此,我们也在本书中进行了简单介绍。有些环境材料要想充分发挥其功能作用,是离不开技术与工程的支持的,需要一定的技术作为基础,因此,有些章节结合材料特点,也简要介绍了一些与材料无关的技术与工程特点。

工业催化:原理、实践与前沿进展 内容简介 本书系统深入地探讨了工业催化领域的基础理论、关键技术、经典案例以及最新的研究方向。全书结构严谨,内容详实,旨在为化学工程、材料科学、应用化学等相关专业的师生、科研人员以及从事工业催化剂研发与生产的工程师提供一份全面而深入的参考资料。 第一部分:催化基础与反应动力学 本部分奠定了理解现代催化技术所需的理论基石。 第一章 催化现象与基本概念: 详细阐述了催化作用的本质,区分了均相催化、多相催化、生物催化及光催化的基本特征和适用范围。重点解析了活性位点、选择性、转化率、空间速度等核心术语的精确定义与测量方法。 第二章 表面化学与吸附理论: 深入探讨了多相催化中固体表面与反应物分子之间的相互作用。内容涵盖了物理吸附和化学吸附的理论模型(如Langmuir、Temkin等模型),二维相变,以及如何利用光谱技术(如红外、拉曼、XPS)表征催化剂表面的电子态和几何结构。讨论了表面缺陷、晶面取向对手性催化和反应路径的微妙影响。 第三章 催化反应动力学: 构建了描述催化反应速率的数学框架。从Langmuir-Hinshelwood (L-H) 机理和Eley-Rideal (E-R) 机理出发,推导了不同反应级数的速率方程。着重分析了涉及多个吸附物种的复杂反应系统,讨论了如何通过实验数据拟合确定特征速率常数、活化能和吸附热。此外,本章还涵盖了扩散限制效应在催化反应工程中的体现,如内、外扩散对反应速率的限制及其对催化剂优化的指导意义。 第四章 催化剂的结构敏感性与结构专一性: 探讨了催化剂的微观结构(如纳米颗粒尺寸、形貌、缺陷)如何决定其宏观催化性能。通过对比不同尺寸铂团簇在一氧化碳氧化中的性能差异,直观展示了“结构敏感”反应的特点。同时,阐述了如何设计具有特定晶面暴露或孔道结构的催化剂以实现对特定产物的高选择性控制(结构专一性)。 第二部分:多相催化剂的设计、制备与表征 本部分聚焦于如何构建高性能的多相催化剂。 第五章 载体材料的选择与改性: 详细介绍了二氧化硅、氧化铝、活性炭、沸石等常用载体的物理化学特性。阐述了载体如何通过调节比表面积、孔结构、酸碱性来影响活性组分的铺展、分散和稳定性。重点介绍了功能化载体技术,例如通过表面接枝或原位生长引入额外的功能基团(如路易斯酸中心)。 第六章 活性组分的负载与分散技术: 剖析了浸渍法、共沉淀法、溶胶-凝胶法等多种催化剂制备方法的原理与适用性。讨论了提高金属纳米粒子分散度的关键技术,包括限域催化(Confined Catalysis)和单原子催化(Single-Atom Catalysis, SACs)的前沿进展,分析了SACs在提高原子利用率方面的巨大潜力。 第七章 催化剂的活性与寿命评价: 介绍了工业催化剂的常用评价指标,包括活性测试(程序升温反应TPR、程序升温脱附TPD)、选择性分析和稳定性测试。重点讲解了失活机理(如积碳、烧结、中毒)的诊断方法,以及如何通过优化操作条件和催化剂结构来提高催化剂的抗中毒能力和长期稳定性。 第八章 催化剂的形貌控制与工程化: 探讨了如何通过模板法、自组装等手段制备具有特定宏观形貌(如球形、中空结构、片层结构)的催化剂,以优化其在固定床、流化床反应器中的传质性能和压力降。讨论了宏观催化剂的成型技术(挤压、压片、喷雾干燥)及其对内部结构和性能的影响。 第三部分:关键工业催化过程与应用 本部分结合实际工业案例,阐述了催化技术在能源、环境和精细化工中的核心作用。 第九章 石化工业中的重要催化过程: 深入分析了石油炼制中的关键催化过程,包括催化裂化(FCC)的分子筛机理与催化剂创新;加氢精制(HDS/HDN)中硫化钴钼催化剂的活性中心;以及重整反应中贵金属催化剂的性能调控。 第十章 能源转化与清洁燃料催化: 聚焦于能源转型中的催化挑战。详细讨论了甲烷干重整(DRM)的高效催化剂开发,以期实现二氧化碳的资源化利用;煤制油/气过程中的合成气转化(费托合成)催化剂的孔结构设计;以及生物质催化转化路线,特别是纤维素向高价值化学品的选择性催化降解技术。 第十一章 环境催化:污染控制技术: 涵盖了大气、水体和土壤污染治理中的核心催化技术。重点分析了汽车尾气净化中的三元催化器工作原理、稀土材料的作用;工业烟气脱硝(SCR)中的钒基和非钒基催化剂的机理与寿命研究;以及VOCs(挥发性有机化合物)的低温催化氧化技术。 第十二章 精细化工与选择性氧化: 探讨了在温和条件下实现高选择性转化的挑战。详细介绍了几种重要的选择性氧化反应,如丙烯选择性氧化制环氧丙烷、苯氨氧化制苯腈等。讨论了新型金属氧化物催化剂(如钒钛系、钼系复合氧化物)在提升目标产物收率方面的作用。 第四部分:前沿趋势与未来展望 本部分展望了催化科学与工程的未来发展方向。 第十三章 反应工程与过程强化: 讨论了如何将先进的反应器设计与催化剂技术相结合以提高生产效率。内容包括微反应器技术在异相催化中的应用,电化学催化和光催化反应器的集成设计,以及如何利用过程模拟软件(如Aspen Plus, CFD)对复杂催化反应器进行优化。 第十四章 新型催化体系探索: 介绍了当前研究热点,包括:非贵金属催化剂的崛起,特别是基于铁、铜、镍的替代性催化体系;机器学习(ML)和高通量筛选技术在催化剂快速发现中的应用;以及如何通过原位/实时表征技术(如Operando XAS, XFEL)揭示催化剂在真实反应条件下的动态演化机制。 本书力求理论与实践相结合,不仅提供了深入的科学原理阐述,也为工程人员提供了解决实际生产问题的思路和方法。通过对上述关键领域的系统梳理,读者将能够全面把握现代工业催化技术的脉络,并对未来的技术发展方向有所预见。

著者信息

图书目录

图书序言

图书试读

用户评价

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《环境材料:新材料与应用技术丛书》给我带来的震撼,远不止于知识的更新,更是对未来发展方向的清晰指引。作为在台湾地区长期从事环境工程设计工作的从业者,我深切体会到传统材料在环境治理方面所面临的瓶颈,以及开发新型环保材料的紧迫性。这本书恰好填补了这一空白。书中对于绿色建材的论述,从低碳混凝土到再生骨料的应用,再到生物质基保温材料的研发,都提供了非常具体的技术指导和实践案例。我特别关注到其中关于“生态修复材料”的部分,书中详细介绍了利用生物炭、矿物基吸附剂等材料修复受污染土壤和水体的技术细节,包括材料的制备方法、吸附机理、以及在实际工程中的应用前景。这对于我们面对的许多工业遗址修复和水体治理项目,提供了宝贵的解决方案。更让我惊喜的是,书中还对智能环境材料,例如自修复涂料、环境响应性传感器材料等前沿领域进行了探讨,这些材料的出现,预示着未来环境监测与治理将更加智能化、主动化。书中的图表清晰,数据详实,使得复杂的技术原理也变得易于理解。作者在对不同材料的性能进行比较时,也充分考虑了其成本效益、环境影响和生命周期评价,这种全方位的考量,是我们在实际项目选择材料时必须考虑的因素,也让这本书的实用性大大增强。

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《环境材料:新材料与应用技术丛书》不仅仅是一本技术手册,更是一部关于人类如何与自然和谐共生的智慧结晶。我作为一名在台湾地区高校从事环境教育多年的教师,一直在思考如何将前沿的环保科技知识传达给下一代。这本书的出现,正好解决了我的这一难题。书中用通俗易懂的语言,结合生动形象的插图,将复杂的材料科学原理转化为易于理解的知识。例如,在介绍“海绵城市”建设中用到的透水材料时,书中不仅解释了材料的孔隙结构如何实现雨水的渗透和储存,还展示了这些材料如何应用于城市道路、屋顶绿化等场景,并分析了其对缓解城市内涝、改善微气候的积极作用。我尤其喜欢书中关于“环境友好型能源材料”的部分,例如有机太阳能电池、固态电解质电池等,这些都代表着未来能源发展的重要方向。书中对这些材料的制备、性能特点、以及潜在的产业化前景都进行了详细的介绍。这些内容对于我的课堂教学,将是极好的补充材料,能够激发学生对环境科学和材料科学的兴趣,培养他们成为未来绿色科技的推动者。

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《环境材料:新材料与应用技术丛书》的出版,对于我这样一个对可持续发展和绿色科技充满热情但非专业背景的读者来说,是一次非常难得的学习机会。我原以为这类书籍会非常晦涩难懂,但这本书的叙述方式却非常生动且富有条理。作者并没有回避复杂的科学概念,而是通过清晰的逻辑、丰富的图例和贴近生活的案例,将深奥的材料科学知识层层剥开,让我这个“门外汉”也能逐渐领悟其精髓。书中对于生物降解塑料在包装行业的应用,从微观的分子结构变化到宏观的垃圾填埋场中降解速度的对比,都进行了非常形象的描绘。我印象特别深刻的是,书中还探讨了如何通过调整材料的配方和结构,来优化其在特定环境下的生物降解速率,以及如何利用生物技术来加速这一过程。此外,对于再生纤维素材料、以及利用废弃物制备的复合材料,也进行了详细的介绍,这让我看到了循环经济在材料领域的巨大潜力。书中还穿彡缀了一些关于材料回收与再利用的技术挑战和解决方案,例如塑料的化学回收技术,以及金属废料的精炼与再合金化等,这些内容都非常具有前瞻性。读完这本书,我不仅对环境材料有了更深入的了解,也对未来的绿色生活和产业发展充满了信心。

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《环境材料:新材料与应用技术丛书》所展现出的科技前沿性,让我作为一名资深的环境咨询师,受益匪浅。在为企业提供环境合规和可持续发展咨询服务时,我常常需要了解最新的材料技术如何能够帮助企业降低环境足迹,实现绿色生产。这本书恰恰提供了大量宝贵的参考信息。书中对“循环经济材料”的详细阐述,例如如何从工业废弃物中提取有价值的材料,以及如何设计产品以便于拆解和回收,都给我提供了新的思路。我特别关注到书中关于“建筑垃圾资源化利用”的部分,详细介绍了如何将废弃混凝土、砖瓦等转化为再生骨料,用于道路基层、填方等工程,以及如何利用这些再生材料生产新型建材,如再生混凝土砌块等。这些技术对于帮助企业降低建筑成本、减少填埋量、以及提升资源利用效率具有直接的指导意义。此外,书中对“碳纤维复合材料在减排中的应用”的讨论,也让我看到了一些创新性的解决方案,例如在交通运输领域,轻质高强的碳纤维材料能够有效降低车辆的能耗,从而减少温室气体排放。这本书的专业性和前瞻性,为我提供了强大的知识后盾。

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初翻开《环境材料:新材料与应用技术丛书》,扑面而来的那种严谨而前瞻的学术气息,让我瞬间沉浸其中。身为一名长期关注环保议题的工程师,我深知材料科学在解决环境挑战中的核心地位。这本书的内容,从理论的深度到应用的广度,都给我留下了深刻的印象。它不仅仅是简单罗列各种环境材料的性能参数,而是深入剖析了这些材料的分子结构、合成机理,以及它们如何在实际应用中发挥作用。例如,书中对于可降解高分子材料的详细阐述,从生物基单体的选择,到聚合工艺的优化,再到最终降解途径的探讨,无不体现出作者扎实的功底和细致的观察。尤其让我印象深刻的是,书中不仅介绍了成熟的技术,也对一些处于研发阶段的前沿材料进行了预判和分析,比如在碳捕获与储存(CCS)领域,新型吸附材料的结构设计与吸附效率提升的策略,以及在海水淡化领域,高性能离子交换膜的开发方向。这些内容对于我理解行业发展趋势、寻找新的研发灵感具有极大的启发性。此外,书中对不同材料在能源、水处理、污染治理等多个领域的应用案例进行了详尽的介绍,并结合实际的经济效益和社会效益进行评估,使得理论研究与实际应用之间的鸿沟得以有效弥合。这种系统性的梳理和深入的分析,让读者能够清晰地认识到环境材料发展的脉络和未来方向,对于正在积极寻求绿色转型和可持续发展解决方案的企业和科研机构来说,无疑是一本不可多得的宝贵参考。

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《环境材料:新材料与应用技术丛书》的实用性和前沿性结合得恰到好处,对于我这样在基层从事环保技术推广工作的技术人员来说,是一本非常难得的学习资料。书中关于“污水处理与回用材料”的介绍,非常贴合实际需求。我特别关注到书中对“高效膜分离材料”的最新进展,例如纳米纤维膜、石墨烯膜等,以及它们在去除微污染物、病毒、以及实现深度处理和回用方面的优势。书中对不同膜材料的制备工艺、过滤精度、抗污染性能以及在实际污水处理厂的应用案例都进行了详细的介绍。这对于我们为当地企业和社区提供污水处理解决方案,具有非常直接的指导意义。此外,书中对“固废资源化利用”的探讨,例如如何利用废弃塑料、橡胶等制备高性能建筑材料、道路材料,也让我看到了为当地的固废处理提供创新解决方案的可能性。书中提供的技术参数和经济效益分析,也为我们在项目可行性研究方面提供了重要的参考。这本书让我看到了将先进的环境材料技术转化为实际生产力的广阔前景。

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《环境材料:新材料与应用技术丛书》的深度与广度,令我作为一个在材料研发领域摸爬滚打多年的科研人员,也感到相当的钦佩。书中对纳米材料在环境应用方面的论述,可谓是鞭辟入里。从量子点在光催化降解污染物中的应用,到石墨烯及其衍生物在吸附重金属离子方面的优势,再到金属有机框架(MOFs)在气体储存和分离中的巨大潜力,都进行了深入的剖析。我特别欣赏书中关于MOFs结构的调控与功能化的部分,作者详细阐述了如何通过改变有机配体和金属节点,来设计具有特定孔道结构和表面性质的MOFs,从而实现对目标污染物的选择性吸附和高效去除。这种精细化的材料设计理念,对于我们实验室的研究方向提供了重要的参考。书中还对新型催化剂载体材料的开发进行了探讨,例如多孔陶瓷、金属泡沫等,以及它们在工业废水处理中的应用。此外,书中对材料在环境监测领域的应用,如开发高灵敏度的化学传感器和生物传感器,也进行了详尽的介绍,这对于我们开发更精准、更快速的环境监测技术具有重要的指导意义。总的来说,这本书为我们提供了一个全面而深入的视角,去理解和探索环境材料的无限可能。

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《环境材料:新材料与应用技术丛书》的逻辑严谨与内容翔实,让我这个在环境监测领域工作多年的技术人员,对现有技术有了更深的认识,也对未来发展方向有了更清晰的把握。书中关于“污染物吸附材料”的分类和性能比较,可谓是面面俱到。从传统的活性炭、沸石,到新型的介孔材料、金属氧化物纳米颗粒,再到具有高选择性的离子交换树脂,书中都对其吸附机理、吸附容量、以及在实际应用中的优缺点进行了详尽的分析。我特别欣赏书中对“吸附材料再生与循环利用”的探讨,这解决了许多吸附技术在实际应用中面临的成本和效率问题。例如,书中介绍了利用超临界水、超声波、微波等技术来再生吸附剂,以及如何设计可再生吸附材料,使其能够多次重复使用。此外,书中对“生物传感器材料”的论述,也让我看到了环境监测技术的发展趋势,例如利用酶、抗体、核酸等生物分子与纳米材料结合,开发高灵敏度、高选择性的环境污染物检测探针。这些内容对于我们改进现有的监测方法,开发更快速、更便携的现场监测技术,具有重要的参考价值。

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《环境材料:新材料与应用技术丛书》的全球视野和前沿视角,为我这个在国际贸易领域工作的从业者,提供了宝贵的市场信息和发展洞察。《环境材料》在国际上的研究热点和产业趋势,书中都得到了充分的体现。我特别关注书中关于“绿色包装材料”的市场分析和发展预测,从生物降解塑料的市场份额,到可回收包装材料的创新应用,都让我对未来的绿色消费趋势有了更深刻的理解。书中对植物纤维基包装材料的介绍,例如竹纤维、木浆纤维等,以及它们如何替代传统的塑料包装,都为我提供了新的贸易机会。此外,书中对“环境友好型涂料与粘合剂”的市场分析,也让我看到了巨大的商业潜力。例如,低VOC(挥发性有机化合物)涂料、水性涂料、以及生物基粘合剂,这些产品在建筑、家居、汽车等领域都有着广阔的应用前景。书中对这些产品性能的介绍,以及对相关法规政策的分析,为我开展国际贸易活动提供了重要的支持。总的来说,这本书不仅是一本技术参考书,更是一份关于全球绿色产业发展的“路线图”。

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《环境材料:新材料与应用技术丛书》在材料制备与性能调控方面的深入探讨,对我这个在实验室进行基础研究的博士后研究员来说,是极具启发性的。书中对“仿生材料”的论述,让我对自然界材料的精妙结构和功能有了全新的认识,并从中获得了设计新型环境材料的灵感。例如,书中对蜘蛛丝蛋白的结构模仿,用于制备高强度、高韧性的生物可降解纤维,以及对荷叶表面“超疏水”效应的模仿,用于开发自清洁、防污的表面材料。这些仿生设计理念,为我们开发高性能、多功能的环保材料提供了新的途径。我特别欣赏书中关于“材料结构-性能关系”的详细分析,例如如何通过调控纳米晶体的尺寸、形貌,以及颗粒间的堆积方式,来优化材料的光学、电学、催化性能。书中还对“多尺度模拟与计算材料科学”在环境材料设计中的应用进行了介绍,这为我们通过理论计算来预测和优化材料性能提供了有力的工具。总的来说,这本书为我们在探索环境材料的科学前沿提供了丰富的知识和深刻的启示。

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