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內容簡介：
《离子液体纳微结构与过程强化》是《化工过程强化关键技术丛书》的一个分册。本书以离子液体纳微结构为核心开展过程强化研究，从纳微结构计算模拟方法及结构设计、预测和调控出发，阐述了离子液体纳微结构强化反应、分离、电化学、材料合成等过程，是一本全面介绍离子液体纳微结构调控与过程强化的专著。本书涉及计算化学、物理化学、化学工程、材料科学、生物学等许多基础学科和应用学科，是多学科交叉的研究成果。本书可为从事化工、化学、材料、能源、环境等领域新技术开发的科技人员及高等院校相关专业的师生提供参考。
關於作者：
张锁江，男，1964年11月生，中国科学院院士，中国科学院过程工程研究所研究员，中国化工学会副理事长，中国化工学会离子液体专业委员会主任。1994年于浙江大学化学系获博士学位，之后进入北京化工大学作博士后，1995年获日本文部省奖学金与小岛和夫教授合作开展研究，1997年受聘于日本三菱化学公司，2001年到中国科学院过程工程研究所工作，2008年起先后任中国科学院过程工程研究所常务副所长、所长，2017年起任中国科学院大学化工学院院长，2019年起担任中国科学院绿色过程制造创新研究院筹备组组长。主要从事离子液体与绿色过程研究，突破了离子液体规模制备、工艺创新和系统集成的难题，实现了多项绿色成套技术的工业应用。担任Green Energy and Environment(GEE)、《过程工程学报》主编，IEC Res、Green Chem等国际期刊编委。创办全国离子液体会议及亚太离子液体大会，并多次应邀做大会学术报告。获国家自然科学二等奖、中国科学院科技促进发展奖、侯德榜化工科技成就奖等。
目錄
第一章 绪论/1第一节 离子液体简介及其纳微结构认识历程1一、离子液体简介1二、离子液体结构认识历程2三、离子液体不同尺度上的纳微结构4第二节 离子液体纳微结构调控及过程应用9一、离子液体纳微结构强化反应过程9二、离子液体应用于分离转化过程10三、电环境和磁环境下的离子液体纳微介质11第三节 总结与展望12参考文献12第二章 离子液体纳微结构模拟计算/17第一节 引言17第二节 纳微结构的计算模拟方法18一、量子力学方法19二、分子模拟22第三节 纯离子液体的纳微结构28一、氢键及其网络29二、纳米簇（离子簇）/集聚37三、Z-键42四、小结45第四节 离子液体混合体系的纳微结构45一、离子液体-离子液体体系46二、离子液体-水体系50三、离子液体-其他分子体系59第五节 界面上离子液体的纳微结构62一、气液/液液界面62二、固液界面66第六节 总结与展望72参考文献72第三章 离子液体纳微结构强化反应过程/81第一节 引言81第二节 离子液体纳微调控均相催化过程81一、酰化反应82二、卤代反应82三、醚化反应83四、异构化84五、酯化反应85第三节 离子液体调控多相反应过程88一、调控固定CO2环化反应89二、调控酯化反应94三、调控加氢反应96四、调控氧化脱硫反应98五、离子液体调控其他反应99六、烷基化反应100第四节 离子液体强化生物质转化过程104一、离子液体强化纤维素的催化转化106二、离子液体中半纤维素的催化转化110三、离子液体强化木质素的催化转化110四、离子液体和产物的分离及离子液体的回收115五、影响离子液体强化生物质转化的其他因素116六、思考及展望117第五节 离子液体中的生物催化过程117一、离子液体在生物催化中的研究118二、基于离子液体介质体系121三、离子液体微乳体系在生物催化中的应用124四、离子液体在全细胞催化中的应用126参考文献129第四章 离子液体纳微结构强化分离过程/137第一节 离子液体/scCO2体系强化研究137一、概述137二、超临界状态与超临界二氧化碳138三、scCO2-离子液体体系139四、scCO2-IL体系在HMF制备中的应用141第二节 离子液体气液两相流研究144一、离子液体体系气泡流体动力学实验研究145二、离子液体中气泡流动的数值模拟151三、离子液体中多气泡流动数值模拟157四、离子液体体系CO2传递规律数值模拟研究163第三节 离子液体强化气体分离的研究169一、CO2吸收分离170二、离子液体强化氨的吸收分离181第四节 磁场强化离子液体过程研究186一、磁性装置及强磁场原位检测装置的研制186二、磁性离子液体的应用190三、强磁场环境下离子液体的性能研究191四、强磁场在化工领域的应用展望193第五节 离子液体在天然产物分离中的应用194一、液-液萃取194二、液-固萃取195三、双水相萃取195四、辅助萃取196参考文献197第五章 离子液体纳微结构强化电化学过程/205第一节 引言205第二节 离子液体强化电化学基础207一、离子液体电化学的基本实验技术207二、参比电极的选择与制作208三、离子液体的电化学窗口211第三节 离子液体强化氧还原阴极过程214一、离子液体用于木质素解聚的研究进展216二、碱性水溶液中原位产生ROS及其对木质素的解聚行为221三、非质子型离子液体中原位产生ROS及其对PBP的解聚行为222四、质子型离子液体中原位产生ROS及其对PBP的解聚行为225五、离子液体强化氧还原阴极过程用于解聚木质素226六、离子液体的循环利用229七、小结与展望229第四节 离子液体中电沉积金属230第五节 离子液体的电化学应用239一、离子液体在锂离子电池中的应用239二、离子液体在超级电容器中的应用242三、离子液体在液流电池中的应用245参考文献249第六章 离子液体纳微结构强化材料合成/257第一节 引言257第二节 离子液体强化配位聚合物的合成258一、离子液体的电荷补偿和结构导向剂作用259二、混合离子液体作溶剂合成配位多孔材料260三、离子液体溶剂在稀土配合物合成中的作用261第三节 离子液体反应介质合成纳米级金属化合物262第四节 羧基功能化离子液体合成金属-有机骨架材料262第五节 离子液体强化分子筛材料的合成265第六节 离子液体在合成光电催化材料方面的应用274一、光电催化的基本原理274二、基于离子液体构筑多金属氧酸盐及其催化应用275三、离子液体为金属源强化合成纳米金属氧化物277四、离子液体在TiO2合成中的强化作用278五、离子液体在光电化学传感器上的强化作用278六、离子液体在电沉积膜上的强化作用279七、离子液体电极电催化降解双酚A的强化作用279参考文献279第七章 未来展望/285第一节 纳微结构的特性和动态稳定机理287第二节 过程强化中纳微结构的作用机制及调控规律290第三节 离子液体纳微结构化工过程的应用和发展291参考文献294本书离子液体速查表/296索 引/310
內容試閱
化学工业是国民经济发展的支柱产业之一，然而其高能耗、高污染和高物耗的问题严重制约着化学工业的可持续发展。通过过程强化可以提高化工生产效率、降低能耗、减少污染，是解决上述一系列问题和实现可持续发展的有效手段之一，也是国内外化工界长期奋斗的目标，近年来更加受到重视。化工过程强化的方法有很多种，其中介质强化是最有效的手段之一。对于介质强化而言，认识纳微结构强化的机理与机制是化工过程强化技术的关键，也是化学工业转型升级的突破口。目前大多数化工过程涉及气液、液液、气液固等多相复杂反应及分离体系，但仍限于传统的静态、离线、宏观的研究模式，无法实现在纳微层次上深入解析反应和传递行为。将化工研究从现有的宏观静态“三传一反”推进到纳微（米）层次研究水平，实现传统化工过程的根本性突破，是摆在国内外化工科学家面前的科学难题。与纳米、生物、材料等新兴学科相比，介质纳微结构强化研究尚未获得足够的重视，在理论和应用方面都没有提升到应有的高度。非常规介质，如离子液体应用于化工过程，已显示出绿色、高效的特性，模拟计算揭示了强化的微观机制，并获原位实验验证。离子液体经过几十年的创新发展，从初期的探索研究，经历了科学基础研究爆发，目前已发展到工业化实践的阶段，引起了学术界、工业界及各国政府的高度关注，成为化工过程强化的国际科学前沿和研究热点。特别是近年来对离子液体纳微结构科学本质的认识不断深入，逐步形成了从最初的氢键到“Z键”的科学认识，并进一步揭示了离子团簇形成机理及调控机制，进而提出了“准液体”新概念，将离子液体从三维深入到零维、一维、二维，形成了离子液体化工过程强化的科学基础。本书以离子液体纳微结构强化化工过程为核心，从与化工过程相关的纳微结构计算模拟方法及结构设计、预测和调控出发，阐述了离子液体纳微结构强化反应、分离、电化学、材料合成等过程的研究进展，并结合国内外最新研究成果，对一些典型应用实例进行分析和讨论，为建立从分子工程微观世界到化学工程宏观世界之间不同尺度的关联性，提供新思路和新方法。本书是化学工业出版社组织专家、学者编写的《化工过程强化关键技术丛书》中的一个分册，由中国科学院过程工程研究所（以下简称中科院过程工程所）张锁江院士组织撰写，并提出撰写思路和提纲。根据离子液体纳微结构特点及强化过程应用，本书分为七章。第一章 绪论，撰写人员：中科院过程工程所张锁江院士、李垚助理研究员；第二章 离子液体纳微结构模拟计算，撰写人员：北京化工大学于光认教授、刘志平教授等；第三章 离子液体纳微结构强化反应过程，撰写人员：河北科技大学张娟副教授、中国人民大学牟天成副教授、北京林业大学薛智敏副教授、中科院过程工程所张瑞锐副研究员等；第四章 离子液体纳微结构强化分离过程，撰写人员：中科院过程工程所董海峰研究员、石春艳副研究员、张瑞锐副研究员等；第五章 离子液体纳微结构强化电化学过程，撰写人员：北京化工大学陈咏梅教授、中科院过程工程所钱伟伟助理研究员等；第六章离子液体纳微结构强化材料合成，撰写人员：北京工商大学王轶博副教授、中科院过程工程所韩丽君副研究员；第七章 未来展望，撰写人员：中科院过程工程所张锁江院士、姚晓倩副研究员。本书是国家重点基础研究发展计划项目：离子液体介质强化反应过程节能的新原理（2015CB251401）；国家自然科学基金重大研究计划重点项目：离子液体介尺度结构/界面的形成机制及调控规律（91434203）；国家自然科学基金杰出青年基金项目：面向绿色化工的分子热力学和系统集成（21425625）；国家自然科学基金优秀青年基金项目：绿色催化反应过程（21422607）；国家自然科学基金重大研究计划培育项目：离子液体-水体系的介尺度结构和催化机制（91534116），离子液体固液界面介尺度结构的形成机制和电场调控（91534109）等多项成果的结晶，在此衷心感谢国家科学技术部、国家自然科学基金委员会等大力资助！本书涉及计算化学、物理化学、化学工程、材料科学、生物学等许多基础学科和应用学科，是多学科交叉的研究成果汇集，可为变革传统化工过程提供理论知识，促进化工过程强化技术的发展及应用，并提高理论深度。本书可为从事化工、化学、材料、能源、环境等领域的科技人员及高等院校相关专业的师生提供参考。在此谨向所有参与本书编著及核校的人员表示感谢！限于撰写人员的水平学识，本书有不足之处，敬请广大读者不吝赐教！编著者 2020年5月
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