環境材料:新材料與應用技術叢書

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具體描述

  材料是社會文明程度的象徵,也是人們生産技術和生活水平提高的一個物質基礎。當人類文明發展麵臨瓶頸時,新材料的發明就帶動瞭文明的一次突破。隨著人類追求文明程度欲望的增高,也隨著地球上人口的增多,人們使用的資源、能量、材料也越來越多、其結果是給環境帶來的壓力也越來越大,造成的環境汙染也越來越重。如何能很好地使用材料,又不會給環境帶來災難,使之達到可持續發展的目標,這就需要研究環境材料的問題。

  ?環境材料?研究的是與環境好有相關的材料,環境材料之所以成為環境材料,都會考慮到節約能源和節約資源的問題。因此,在生産過程中應著重考慮少有汙染物排放,由其淨量減少那些對全球環境至關重要的汙染物的排放量,如減少造成溫室效應的氣體CO2的排放量、與酸與有關的SO2、NOx的排放量及能夠造成臭氧消耗的氟氯烴類(FCICs)化閤物的排放量等;其次,環境材料的生産、設計過程中必須具有綠色環保的思想,即在材料的生産過程中應考慮到易於拆卸、處理,少用雖以分選的材料(如復閤材料)及生産工藝等。

  從嚴格的意義上講,在材料使用過程中,既體現齣材料惡的使用功能,同時又對環境不産生任何負麵影響,這幾乎是不可能的。環境材料是指那些對環境相對影響較少的材料。這就需要一種評價方法,來評價材料對環境的影響程度。平價材料對環境影響大小的方法目前雖然也有很多種,但每一種方法都有它的局限性,目前還沒有哪一種方法是令人十分滿意的,仍需要進一步完善。

  本書的目的在於比較係統全麵地介紹環境材料的類型,如綠色包裝材料、綠色建築材料、環境淨化材料、環境降解材料、環境替代材料、天然岩石礦務材料等,始讀者較係統地瞭解材料在開發、應用、製備、加工、再生等過程中對環境造成瞭哪些方麵的影響,從而達到兩個目的,一是自覺地去研究和開發環境材料,二是積極主動地去使用環境材料,從而達到保護環境的目的。如果本書在這些方麵能有所作用的話,這將是作者十分欣慰的事情。

  有些材料,如新能源材料、納米材料和某些復閤材料,如果單是從製造過程去考察,雖然它們不是嚴格意義上的環境材料,但它們的卻代錶著未來環境材料的方嚮。將來通過公議改進等,也可變為理想的環境材料,對此,我們也在本書中進行瞭簡單介紹。有些環境材料要想充分發揮其功能作用,是離不開技術與工程的支持的,需要一定的技術作為基礎,因此,有些章節結閤材料特點,也簡要介紹瞭一些與材料無關的技術與工程特點。

工業催化:原理、實踐與前沿進展 內容簡介 本書係統深入地探討瞭工業催化領域的基礎理論、關鍵技術、經典案例以及最新的研究方嚮。全書結構嚴謹,內容詳實,旨在為化學工程、材料科學、應用化學等相關專業的師生、科研人員以及從事工業催化劑研發與生産的工程師提供一份全麵而深入的參考資料。 第一部分:催化基礎與反應動力學 本部分奠定瞭理解現代催化技術所需的理論基石。 第一章 催化現象與基本概念: 詳細闡述瞭催化作用的本質,區分瞭均相催化、多相催化、生物催化及光催化的基本特徵和適用範圍。重點解析瞭活性位點、選擇性、轉化率、空間速度等核心術語的精確定義與測量方法。 第二章 錶麵化學與吸附理論: 深入探討瞭多相催化中固體錶麵與反應物分子之間的相互作用。內容涵蓋瞭物理吸附和化學吸附的理論模型(如Langmuir、Temkin等模型),二維相變,以及如何利用光譜技術(如紅外、拉曼、XPS)錶徵催化劑錶麵的電子態和幾何結構。討論瞭錶麵缺陷、晶麵取嚮對手性催化和反應路徑的微妙影響。 第三章 催化反應動力學: 構建瞭描述催化反應速率的數學框架。從Langmuir-Hinshelwood (L-H) 機理和Eley-Rideal (E-R) 機理齣發,推導瞭不同反應級數的速率方程。著重分析瞭涉及多個吸附物種的復雜反應係統,討論瞭如何通過實驗數據擬閤確定特徵速率常數、活化能和吸附熱。此外,本章還涵蓋瞭擴散限製效應在催化反應工程中的體現,如內、外擴散對反應速率的限製及其對催化劑優化的指導意義。 第四章 催化劑的結構敏感性與結構專一性: 探討瞭催化劑的微觀結構(如納米顆粒尺寸、形貌、缺陷)如何決定其宏觀催化性能。通過對比不同尺寸鉑團簇在一氧化碳氧化中的性能差異,直觀展示瞭“結構敏感”反應的特點。同時,闡述瞭如何設計具有特定晶麵暴露或孔道結構的催化劑以實現對特定産物的高選擇性控製(結構專一性)。 第二部分:多相催化劑的設計、製備與錶徵 本部分聚焦於如何構建高性能的多相催化劑。 第五章 載體材料的選擇與改性: 詳細介紹瞭二氧化矽、氧化鋁、活性炭、沸石等常用載體的物理化學特性。闡述瞭載體如何通過調節比錶麵積、孔結構、酸堿性來影響活性組分的鋪展、分散和穩定性。重點介紹瞭功能化載體技術,例如通過錶麵接枝或原位生長引入額外的功能基團(如路易斯酸中心)。 第六章 活性組分的負載與分散技術: 剖析瞭浸漬法、共沉澱法、溶膠-凝膠法等多種催化劑製備方法的原理與適用性。討論瞭提高金屬納米粒子分散度的關鍵技術,包括限域催化(Confined Catalysis)和單原子催化(Single-Atom Catalysis, SACs)的前沿進展,分析瞭SACs在提高原子利用率方麵的巨大潛力。 第七章 催化劑的活性與壽命評價: 介紹瞭工業催化劑的常用評價指標,包括活性測試(程序升溫反應TPR、程序升溫脫附TPD)、選擇性分析和穩定性測試。重點講解瞭失活機理(如積碳、燒結、中毒)的診斷方法,以及如何通過優化操作條件和催化劑結構來提高催化劑的抗中毒能力和長期穩定性。 第八章 催化劑的形貌控製與工程化: 探討瞭如何通過模闆法、自組裝等手段製備具有特定宏觀形貌(如球形、中空結構、片層結構)的催化劑,以優化其在固定床、流化床反應器中的傳質性能和壓力降。討論瞭宏觀催化劑的成型技術(擠壓、壓片、噴霧乾燥)及其對內部結構和性能的影響。 第三部分:關鍵工業催化過程與應用 本部分結閤實際工業案例,闡述瞭催化技術在能源、環境和精細化工中的核心作用。 第九章 石化工業中的重要催化過程: 深入分析瞭石油煉製中的關鍵催化過程,包括催化裂化(FCC)的分子篩機理與催化劑創新;加氫精製(HDS/HDN)中硫化鈷鉬催化劑的活性中心;以及重整反應中貴金屬催化劑的性能調控。 第十章 能源轉化與清潔燃料催化: 聚焦於能源轉型中的催化挑戰。詳細討論瞭甲烷乾重整(DRM)的高效催化劑開發,以期實現二氧化碳的資源化利用;煤製油/氣過程中的閤成氣轉化(費托閤成)催化劑的孔結構設計;以及生物質催化轉化路綫,特彆是縴維素嚮高價值化學品的選擇性催化降解技術。 第十一章 環境催化:汙染控製技術: 涵蓋瞭大氣、水體和土壤汙染治理中的核心催化技術。重點分析瞭汽車尾氣淨化中的三元催化器工作原理、稀土材料的作用;工業煙氣脫硝(SCR)中的釩基和非釩基催化劑的機理與壽命研究;以及VOCs(揮發性有機化閤物)的低溫催化氧化技術。 第十二章 精細化工與選擇性氧化: 探討瞭在溫和條件下實現高選擇性轉化的挑戰。詳細介紹瞭幾種重要的選擇性氧化反應,如丙烯選擇性氧化製環氧丙烷、苯氨氧化製苯腈等。討論瞭新型金屬氧化物催化劑(如釩鈦係、鉬係復閤氧化物)在提升目標産物收率方麵的作用。 第四部分:前沿趨勢與未來展望 本部分展望瞭催化科學與工程的未來發展方嚮。 第十三章 反應工程與過程強化: 討論瞭如何將先進的反應器設計與催化劑技術相結閤以提高生産效率。內容包括微反應器技術在異相催化中的應用,電化學催化和光催化反應器的集成設計,以及如何利用過程模擬軟件(如Aspen Plus, CFD)對復雜催化反應器進行優化。 第十四章 新型催化體係探索: 介紹瞭當前研究熱點,包括:非貴金屬催化劑的崛起,特彆是基於鐵、銅、鎳的替代性催化體係;機器學習(ML)和高通量篩選技術在催化劑快速發現中的應用;以及如何通過原位/實時錶徵技術(如Operando XAS, XFEL)揭示催化劑在真實反應條件下的動態演化機製。 本書力求理論與實踐相結閤,不僅提供瞭深入的科學原理闡述,也為工程人員提供瞭解決實際生産問題的思路和方法。通過對上述關鍵領域的係統梳理,讀者將能夠全麵把握現代工業催化技術的脈絡,並對未來的技術發展方嚮有所預見。

著者信息

圖書目錄

圖書序言

圖書試讀

用戶評價

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《環境材料:新材料與應用技術叢書》給我帶來的震撼,遠不止於知識的更新,更是對未來發展方嚮的清晰指引。作為在颱灣地區長期從事環境工程設計工作的從業者,我深切體會到傳統材料在環境治理方麵所麵臨的瓶頸,以及開發新型環保材料的緊迫性。這本書恰好填補瞭這一空白。書中對於綠色建材的論述,從低碳混凝土到再生骨料的應用,再到生物質基保溫材料的研發,都提供瞭非常具體的技術指導和實踐案例。我特彆關注到其中關於“生態修復材料”的部分,書中詳細介紹瞭利用生物炭、礦物基吸附劑等材料修復受汙染土壤和水體的技術細節,包括材料的製備方法、吸附機理、以及在實際工程中的應用前景。這對於我們麵對的許多工業遺址修復和水體治理項目,提供瞭寶貴的解決方案。更讓我驚喜的是,書中還對智能環境材料,例如自修復塗料、環境響應性傳感器材料等前沿領域進行瞭探討,這些材料的齣現,預示著未來環境監測與治理將更加智能化、主動化。書中的圖錶清晰,數據詳實,使得復雜的技術原理也變得易於理解。作者在對不同材料的性能進行比較時,也充分考慮瞭其成本效益、環境影響和生命周期評價,這種全方位的考量,是我們在實際項目選擇材料時必須考慮的因素,也讓這本書的實用性大大增強。

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《環境材料:新材料與應用技術叢書》所展現齣的科技前沿性,讓我作為一名資深的環境谘詢師,受益匪淺。在為企業提供環境閤規和可持續發展谘詢服務時,我常常需要瞭解最新的材料技術如何能夠幫助企業降低環境足跡,實現綠色生産。這本書恰恰提供瞭大量寶貴的參考信息。書中對“循環經濟材料”的詳細闡述,例如如何從工業廢棄物中提取有價值的材料,以及如何設計産品以便於拆解和迴收,都給我提供瞭新的思路。我特彆關注到書中關於“建築垃圾資源化利用”的部分,詳細介紹瞭如何將廢棄混凝土、磚瓦等轉化為再生骨料,用於道路基層、填方等工程,以及如何利用這些再生材料生産新型建材,如再生混凝土砌塊等。這些技術對於幫助企業降低建築成本、減少填埋量、以及提升資源利用效率具有直接的指導意義。此外,書中對“碳縴維復閤材料在減排中的應用”的討論,也讓我看到瞭一些創新性的解決方案,例如在交通運輸領域,輕質高強的碳縴維材料能夠有效降低車輛的能耗,從而減少溫室氣體排放。這本書的專業性和前瞻性,為我提供瞭強大的知識後盾。

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《環境材料:新材料與應用技術叢書》的邏輯嚴謹與內容翔實,讓我這個在環境監測領域工作多年的技術人員,對現有技術有瞭更深的認識,也對未來發展方嚮有瞭更清晰的把握。書中關於“汙染物吸附材料”的分類和性能比較,可謂是麵麵俱到。從傳統的活性炭、沸石,到新型的介孔材料、金屬氧化物納米顆粒,再到具有高選擇性的離子交換樹脂,書中都對其吸附機理、吸附容量、以及在實際應用中的優缺點進行瞭詳盡的分析。我特彆欣賞書中對“吸附材料再生與循環利用”的探討,這解決瞭許多吸附技術在實際應用中麵臨的成本和效率問題。例如,書中介紹瞭利用超臨界水、超聲波、微波等技術來再生吸附劑,以及如何設計可再生吸附材料,使其能夠多次重復使用。此外,書中對“生物傳感器材料”的論述,也讓我看到瞭環境監測技術的發展趨勢,例如利用酶、抗體、核酸等生物分子與納米材料結閤,開發高靈敏度、高選擇性的環境汙染物檢測探針。這些內容對於我們改進現有的監測方法,開發更快速、更便攜的現場監測技術,具有重要的參考價值。

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《環境材料:新材料與應用技術叢書》不僅僅是一本技術手冊,更是一部關於人類如何與自然和諧共生的智慧結晶。我作為一名在颱灣地區高校從事環境教育多年的教師,一直在思考如何將前沿的環保科技知識傳達給下一代。這本書的齣現,正好解決瞭我的這一難題。書中用通俗易懂的語言,結閤生動形象的插圖,將復雜的材料科學原理轉化為易於理解的知識。例如,在介紹“海綿城市”建設中用到的透水材料時,書中不僅解釋瞭材料的孔隙結構如何實現雨水的滲透和儲存,還展示瞭這些材料如何應用於城市道路、屋頂綠化等場景,並分析瞭其對緩解城市內澇、改善微氣候的積極作用。我尤其喜歡書中關於“環境友好型能源材料”的部分,例如有機太陽能電池、固態電解質電池等,這些都代錶著未來能源發展的重要方嚮。書中對這些材料的製備、性能特點、以及潛在的産業化前景都進行瞭詳細的介紹。這些內容對於我的課堂教學,將是極好的補充材料,能夠激發學生對環境科學和材料科學的興趣,培養他們成為未來綠色科技的推動者。

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《環境材料:新材料與應用技術叢書》的全球視野和前沿視角,為我這個在國際貿易領域工作的從業者,提供瞭寶貴的市場信息和發展洞察。《環境材料》在國際上的研究熱點和産業趨勢,書中都得到瞭充分的體現。我特彆關注書中關於“綠色包裝材料”的市場分析和發展預測,從生物降解塑料的市場份額,到可迴收包裝材料的創新應用,都讓我對未來的綠色消費趨勢有瞭更深刻的理解。書中對植物縴維基包裝材料的介紹,例如竹縴維、木漿縴維等,以及它們如何替代傳統的塑料包裝,都為我提供瞭新的貿易機會。此外,書中對“環境友好型塗料與粘閤劑”的市場分析,也讓我看到瞭巨大的商業潛力。例如,低VOC(揮發性有機化閤物)塗料、水性塗料、以及生物基粘閤劑,這些産品在建築、傢居、汽車等領域都有著廣闊的應用前景。書中對這些産品性能的介紹,以及對相關法規政策的分析,為我開展國際貿易活動提供瞭重要的支持。總的來說,這本書不僅是一本技術參考書,更是一份關於全球綠色産業發展的“路綫圖”。

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《環境材料:新材料與應用技術叢書》的實用性和前沿性結閤得恰到好處,對於我這樣在基層從事環保技術推廣工作的技術人員來說,是一本非常難得的學習資料。書中關於“汙水處理與迴用材料”的介紹,非常貼閤實際需求。我特彆關注到書中對“高效膜分離材料”的最新進展,例如納米縴維膜、石墨烯膜等,以及它們在去除微汙染物、病毒、以及實現深度處理和迴用方麵的優勢。書中對不同膜材料的製備工藝、過濾精度、抗汙染性能以及在實際汙水處理廠的應用案例都進行瞭詳細的介紹。這對於我們為當地企業和社區提供汙水處理解決方案,具有非常直接的指導意義。此外,書中對“固廢資源化利用”的探討,例如如何利用廢棄塑料、橡膠等製備高性能建築材料、道路材料,也讓我看到瞭為當地的固廢處理提供創新解決方案的可能性。書中提供的技術參數和經濟效益分析,也為我們在項目可行性研究方麵提供瞭重要的參考。這本書讓我看到瞭將先進的環境材料技術轉化為實際生産力的廣闊前景。

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《環境材料:新材料與應用技術叢書》的齣版,對於我這樣一個對可持續發展和綠色科技充滿熱情但非專業背景的讀者來說,是一次非常難得的學習機會。我原以為這類書籍會非常晦澀難懂,但這本書的敘述方式卻非常生動且富有條理。作者並沒有迴避復雜的科學概念,而是通過清晰的邏輯、豐富的圖例和貼近生活的案例,將深奧的材料科學知識層層剝開,讓我這個“門外漢”也能逐漸領悟其精髓。書中對於生物降解塑料在包裝行業的應用,從微觀的分子結構變化到宏觀的垃圾填埋場中降解速度的對比,都進行瞭非常形象的描繪。我印象特彆深刻的是,書中還探討瞭如何通過調整材料的配方和結構,來優化其在特定環境下的生物降解速率,以及如何利用生物技術來加速這一過程。此外,對於再生縴維素材料、以及利用廢棄物製備的復閤材料,也進行瞭詳細的介紹,這讓我看到瞭循環經濟在材料領域的巨大潛力。書中還穿彡綴瞭一些關於材料迴收與再利用的技術挑戰和解決方案,例如塑料的化學迴收技術,以及金屬廢料的精煉與再閤金化等,這些內容都非常具有前瞻性。讀完這本書,我不僅對環境材料有瞭更深入的瞭解,也對未來的綠色生活和産業發展充滿瞭信心。

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初翻開《環境材料:新材料與應用技術叢書》,撲麵而來的那種嚴謹而前瞻的學術氣息,讓我瞬間沉浸其中。身為一名長期關注環保議題的工程師,我深知材料科學在解決環境挑戰中的核心地位。這本書的內容,從理論的深度到應用的廣度,都給我留下瞭深刻的印象。它不僅僅是簡單羅列各種環境材料的性能參數,而是深入剖析瞭這些材料的分子結構、閤成機理,以及它們如何在實際應用中發揮作用。例如,書中對於可降解高分子材料的詳細闡述,從生物基單體的選擇,到聚閤工藝的優化,再到最終降解途徑的探討,無不體現齣作者紮實的功底和細緻的觀察。尤其讓我印象深刻的是,書中不僅介紹瞭成熟的技術,也對一些處於研發階段的前沿材料進行瞭預判和分析,比如在碳捕獲與儲存(CCS)領域,新型吸附材料的結構設計與吸附效率提升的策略,以及在海水淡化領域,高性能離子交換膜的開發方嚮。這些內容對於我理解行業發展趨勢、尋找新的研發靈感具有極大的啓發性。此外,書中對不同材料在能源、水處理、汙染治理等多個領域的應用案例進行瞭詳盡的介紹,並結閤實際的經濟效益和社會效益進行評估,使得理論研究與實際應用之間的鴻溝得以有效彌閤。這種係統性的梳理和深入的分析,讓讀者能夠清晰地認識到環境材料發展的脈絡和未來方嚮,對於正在積極尋求綠色轉型和可持續發展解決方案的企業和科研機構來說,無疑是一本不可多得的寶貴參考。

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《環境材料:新材料與應用技術叢書》在材料製備與性能調控方麵的深入探討,對我這個在實驗室進行基礎研究的博士後研究員來說,是極具啓發性的。書中對“仿生材料”的論述,讓我對自然界材料的精妙結構和功能有瞭全新的認識,並從中獲得瞭設計新型環境材料的靈感。例如,書中對蜘蛛絲蛋白的結構模仿,用於製備高強度、高韌性的生物可降解縴維,以及對荷葉錶麵“超疏水”效應的模仿,用於開發自清潔、防汙的錶麵材料。這些仿生設計理念,為我們開發高性能、多功能的環保材料提供瞭新的途徑。我特彆欣賞書中關於“材料結構-性能關係”的詳細分析,例如如何通過調控納米晶體的尺寸、形貌,以及顆粒間的堆積方式,來優化材料的光學、電學、催化性能。書中還對“多尺度模擬與計算材料科學”在環境材料設計中的應用進行瞭介紹,這為我們通過理論計算來預測和優化材料性能提供瞭有力的工具。總的來說,這本書為我們在探索環境材料的科學前沿提供瞭豐富的知識和深刻的啓示。

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《環境材料:新材料與應用技術叢書》的深度與廣度,令我作為一個在材料研發領域摸爬滾打多年的科研人員,也感到相當的欽佩。書中對納米材料在環境應用方麵的論述,可謂是鞭闢入裏。從量子點在光催化降解汙染物中的應用,到石墨烯及其衍生物在吸附重金屬離子方麵的優勢,再到金屬有機框架(MOFs)在氣體儲存和分離中的巨大潛力,都進行瞭深入的剖析。我特彆欣賞書中關於MOFs結構的調控與功能化的部分,作者詳細闡述瞭如何通過改變有機配體和金屬節點,來設計具有特定孔道結構和錶麵性質的MOFs,從而實現對目標汙染物的選擇性吸附和高效去除。這種精細化的材料設計理念,對於我們實驗室的研究方嚮提供瞭重要的參考。書中還對新型催化劑載體材料的開發進行瞭探討,例如多孔陶瓷、金屬泡沫等,以及它們在工業廢水處理中的應用。此外,書中對材料在環境監測領域的應用,如開發高靈敏度的化學傳感器和生物傳感器,也進行瞭詳盡的介紹,這對於我們開發更精準、更快速的環境監測技術具有重要的指導意義。總的來說,這本書為我們提供瞭一個全麵而深入的視角,去理解和探索環境材料的無限可能。

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