绿色催化过程与工艺

第1章绿色化学引论/ 1.1化学工业与可持续发展1.1.1可持续发展的基本概念1.1.2化学工业的特点和可持续发展之路1.2低碳经济与化学工业1.3绿色化学的诞生1.4绿色化学的含义及特点1.5绿色化工过程的相关术语和度量因子1.5.1原子经济性和原子利用率1.5.2环境因子和环境系数1.5.3质量强度1.5.4绿色组装过程1.5.5清洁生产 1.6绿色化学的研究内容与实现途径1.6.1绿色化学的研究内容1.6.2绿色化学的实现途径1.6.3绿色化学的12项准则1.6.4绿色化学准则的发展1.6.5绿色工程原则1.7美国“总统绿色化学挑战年度奖”简介附录参考文献第2章绿色化学品——碳酸二甲酯的合成及其应用/ 2.1碳酸二甲酯的性质2.2碳酸二甲酯工业化生产工艺2.2.1光气化法2.2.2酯交换法2.2.3甲醇液相氧化羰基化法2.2.4甲醇气相氧化羰基化两步法2.3甲醇气相氧化羰基化直接合成碳酸二甲酯2.3.1PdCl2 CuCl2KOAc/AC系催化剂2.3.2铜氧化物催化剂2.4甲醇尿素醇解法合成碳酸二甲酯2.5甲醇与CO2合成碳酸二甲酯2.6生物质甘油为初始原料合成碳酸二甲酯2.7甲醇、环氧丙烷、二氧化碳为原料直接合成碳酸二甲酯2.8碳酸二甲酯替代光气绿色合成异氰酸酯2.8.1光气的性质2.8.2异氰酸酯的光气化工业生产方法2.8.3碳酸二甲酯代替光气绿色合成甲苯二异氰酸酯2.8.4碳酸二甲酯代替光气绿色合成二苯甲烷二异氰酸酯2.8.5碳酸二甲酯代替光气绿色合成六亚甲基二异氰酸酯2.8.6氨基甲酸甲酯分解制异氰酸酯的反应机理2.9异氰酸酯的其他合成方法2.9.1尿素醇法合成异氰酸酯2.9.2二硝基苯还原羰基化反应合成甲苯二异氰酸酯2.9.3硝基苯还原羰基化法合成二苯甲烷二异氰酸酯2.9.4苯胺氧化羰基化法合成二苯甲烷二异氰酸酯2.9.5脲醇解法合成异氰酸酯2.9.6碳酸二甲酯和二苯基脲耦合法合成异氰酸酯2.9.7CO2一步法合成异氰酸酯2.10聚碳酸酯合成的新路线2.10.1利用碳酸二甲酯代替光气的熔融法2.10.2双酚A直接氧化羰基化合成路线2.11碳酸二苯酯合成路线2.11.1DPC光气化合成方法2.11.2酯交换合成法2.11.3苯酚氧化羰基化合成DPC法2.12碳酸二甲酯在甲基化反应中的应用2.12.1C甲基化反应2.12.2苯酚的O甲基化反应2.12.3碳酸二甲酯与硫醇的反应2.12.4苯胺的N甲基化反应2.13碳酸二甲酯在合成生物柴油中的应用2.13.1化学催化法2.13.2酶催化法2.13.3超临界法2.14碳酸二甲酯在大气保护中的应用2.14.1碳酸二甲酯作为汽油添加剂2.14.2碳酸二甲酯作为柴油添加剂2.14.3碳酸二甲酯用作取代CFC的制冷机的机油2.14.4碳酸二甲酯作为捕集CO2的溶剂2.15碳酸二甲酯在二甘醇双烯丙基碳酸酯(ADC)合成中的应用2.16碳酸二甲酯的其他应用参考文献第3章环境友好固体酸和酸性离子液体及其应用/ 3.1固体酸的定义、分类及测定3.1.1定义与分类3.1.2酸性测定3.2金属氧化物3.2.1氧化钛和氧化锆3.2.2氧化铌和氧化钽3.2.3氧化铝和氧化硅3.2.4固体磷酸3.3复合金属氧化物3.3.1酸性产生机理3.3.2影响二元氧化物酸碱性的因素3.3.3具有代表性的二元氧化物3.4黏土矿物3.4.1层状硅酸盐类3.4.2层状硅酸盐与交联黏土的酸性3.4.3层状硅酸盐催化剂上的有机反应3.4.4交联黏土的催化作用3.5沸石分子筛3.5.1沸石分子筛的结构3.5.2沸石的酸性3.5.3金属硅酸盐沸石的酸性3.5.4AlPO4n、SAPOn及其有关性质3.5.5沸石分子筛上的择形反应3.6杂多酸化合物3.6.1概述3.6.2制备与物性3.6.3固体状态的酸性质3.6.4酸催化作用3.6.5杂多酸催化剂在石油化工中的应用3.7离子交换树脂3.7.1离子交换树脂的结构3.7.2苯乙烯二乙烯基苯离子交换树脂的催化特性3.7.3NafionH所催化的有机反应3.8固体超强酸3.8.1概述3.8.2SO2-4/MxOy型固体超强酸3.8.3负载金属氧化物固体超强酸3.8.4固体超强酸在石油化工中的应用3.9碳基固体酸3.9.1碳基固体酸的制备与性质3.9.2碳基固体酸在催化反应中的应用3.10应用固体酸取代液体酸的典型石油化工过程3.10.1苯与乙烯烷基化反应制备乙苯3.10.2苯与丙烯烷基化反应制备异丙苯3.10.3异丁烷与烯烃烷基化制备高辛烷值汽油调和组分3.10.4酯化、醚化及水合反应3.11酸性离子液体3.11.1离子液体的性质3.11.2离子液体制备和提纯方法3.11.3酸性离子液体类型3.11.4酸性离子液体制备3.11.5酸性离子液体表征3.11.6离子液体对催化反应性能的影响3.11.7离子液体在催化反应分离中的应用3.11.8酸性离子液体在聚合反应中的应用3.11.9酸性离子液体在烷基化反应中的应用3.11.10酸性离子液体在重排反应中的应用3.11.11酸性离子液体在酯化反应中的应用3.11.12酸性离子液体在缩合反应中的应用3.11.13离子液体实现产业化的挑战参考文献第4章超临界流体中的催化反应过程/ 4.1超临界流体中化学反应的相关基础4.1.1高压相行为4.1.2化学反应平衡4.1.3超临界条件下的反应动力学4.1.4超临界流体的共溶剂效应4.1.5超临界反应常用的流体介质4.2超临界流体中分子催化反应4.2.1分子催化简述4.2.2超临界流体中有机金属化合物的合成4.2.3超临界流体中有机化学反应4.2.4超临界流体中均相催化反应4.3超临界流体中的多相催化反应4.3.1超临界条件下的FT合成反应4.3.2应用超临界CO2合成碳酸丙烯酯4.3.3超临界状态下固体酸催化反应4.3.4超临界条件状态下多相催化氧化反应4.3.5超临界状态下其他多相催化反应4.4超临界CO2流体中高分子合成4.4.1超临界CO2的性质4.4.2超临界CO2作为聚合反应介质4.4.3超临界CO2条件下新型功能高分子材料的制备4.5超临界条件下的酶催化反应4.6超临界水的酸催化功能与反应性能4.6.1超临界水的溶剂特性4.6.2超临界水中的有机合成反应4.6.3超临界水中氧化反应4.6.4超临界水中纤维素水解糖化反应4.6.5超临界水中生物质(纤维素)气化制氢反应4.6.6超(近)临界水中的聚合物的降解反应4.7超临界甲醇法制备生物柴油过程4.7.1超临界甲醇法制备生物柴油过程的热力学行为4.7.2超临界流体技术制备生物柴油的反应机理及动力学4.7.3超临界流体二步法制备生物柴油及其动力学4.7.4工艺操作条件对超临界流体技术制备生物柴油的影响4.7.5微藻为原料在超临界醇(水)中合成生物柴油4.8超临界CO2离子液体(聚乙二醇、水)两相催化体系及其应用4.8.1CO2/ILs二元系相行为4.8.2含有CO2/ILs多元混合物相行为4.8.3超临界CO2/ILs 两相体系的催化反应性能4.8.4超临界CO2/聚乙二醇两相体系的催化反应性能4.8.5超临界CO2/水两相体系的催化反应性能4.9超临界流体在催化剂制备中的应用4.9.1利用物理性质制备催化剂4.9.2利用化学性质制备催化剂参考文献第5章烃类清洁催化氧化反应与工艺/ 5.1烃类清洁催化氧化反应类型5.1.1烃类晶格氧选择氧化反应5.1.2绿色氧化剂——过氧化氢的合成5.1.3氧分子的活化与催化反应5.2晶格氧为氧源的丁烷选择氧化制顺酐工艺5.2.1丁烷氧化制顺酐传统工艺5.2.2丁烷氧化制顺酐晶格氧氧化工艺5.2.3丁烷晶格氧氧化制顺酐催化剂及动力学5.3间二甲苯氨氧化制间苯二甲腈工艺5.3.1传统工艺5.3.2晶格氧氧化工艺5.4晶格氧部分氧化甲烷制合成气5.4.1合成气的制备方法5.4.2化学链重整技术(CLR)及其特点5.4.3甲烷CLR氧载体5.4.4甲烷CLR反应器系统5.5丙烷晶格氧氧化反应5.5.1丙烷晶格氧氧化脱氢制丙烯5.5.2丙烷晶格氧氧化制丙烯酸5.5.3丙烷晶格氧氧化制丙烯醛5.5.4MoVTeNbO催化剂用于丙烷选择氧化与氨氧化5.6双氧水为氧化剂的绿色化学反应用钛硅分子筛催化剂5.7钛硅分子筛上丙烯H2O2环氧化反应制环氧丙烷5.7.1氯醇法制环氧丙烷简介5.7.2钛硅沸石催化剂上丙烯环氧化反应5.7.3具有空心结构纳米钛硅沸石上丙烯环氧化反应5.7.4钛硅沸石上丙烯环氧化工艺5.7.5TS1催化丙烯环氧化反应器5.7.6丙烯环氧化与H2O2的集成过程5.8环己酮氨氧化制环己酮肟5.8.1环己酮肟的传统生产方法5.8.2钛硅分子筛TS1上环己酮氨氧化制环己酮肟反应性能5.8.3合成环己酮肟的反应机理和动力学5.8.4合成环己酮肟TS1催化剂改进5.8.5微乳条件下环己酮的氨肟化反应 5.8.6环己酮氨氧化制环己酮肟工艺与传统工艺对比5.8.7合成环己酮肟的其他新方法5.9H2O2离子液体氧化反应体系5.9.1双氧水离子液体催化氧化反应制备己二酸5.9.2双氧水离子液体催化氧化柴油脱硫反应体系5.9.3双氧水离子液体中的其他反应体系5.10饱和烷烃的氧化反应5.11苯胺的氧化反应5.12烯烃的环氧化反应5.13苯酚氧化反应5.14双氧水为氧化剂的其他氧化反应5.15环己烷分子氧选择性氧化制环己醇(酮)5.15.1均相催化氧化5.15.2非均相催化氧化5.15.3Mn(Ⅲ)TPPAu/SiO2复合催化剂及在空气氧化环己烷中的应用5.16混合导体透氧膜反应器及在烃类选择氧化中的应用5.16.1混合导体透氧膜的氧渗透原理5.16.2混合导体透氧膜的材料种类及结构5.16.3混合导体透氧膜反应器5.16.4膜反应器在甲烷部分氧化反应中的应用5.16.5膜反应器在甲烷氧化偶联制乙烷和乙烯中的应用5.16.6膜反应器在乙烷氧化脱氢制乙烯中的应用5.16.7膜反应器在氧化物催化分解脱氧中的应用参考文献第6章催化反应过程集成及简单化工艺/ 6.1纳米尺度反应过程集成构成的简单化反应过程6.1.1环氧烷烃、二氧化碳及甲醇直接合成碳酸二甲酯集成系统6.1.2合成气为原料直接合成二甲醚集成系统6.1.3CO2加氢直接合成二甲醚集成系统6.1.4丙烯、氧气及氢气直接合成环氧丙烷集成系统6.1.5甲醇氧化直接合成二甲氧基甲烷集成系统6.1.6Ru/HT双功能催化剂上直接合成反应集成系统6.1.7以苯为原料直接合成环己醇集成系统6.1.8环己酮氨氧化直接合成己内酰胺集成系统6.1.9合成苯氨基甲酸甲酯反应与其缩合反应过程的集成系统6.1.10以硝基苯为原料直接合成对氨基苯酚的集成系统6.1.11以苯甲酸甲酯、甲醇及水为原料直接合成苯甲醛的集成系统6.2微米尺度反应过程集成构成的简单化反应过程6.2.1包覆膜催化剂及合成气一步合成异构烷烃(FT合成)的集成系统6.2.2酸碱催化的连串反应集成系统6.2.3双结构分子筛中重油裂化与择形催化反应集成系统6.2.4核壳双功能催化剂上 CO2 H2 直接合成二甲醚集成反应系统6.2.5核壳双功能催化剂上H2、O2、丙烯直接合成环氧丙烷集成反应系统6.2.6无机膜反应器中H2、O2、苯直接合成苯酚集成反应系统6.2.7用于化工过程安全的纳/微尺度绿色反应集成系统展望6.3直接化催化反应过程与工艺6.3.1苯为初始原料直接催化合成苯胺6.3.2苯为初始原料直接催化合成苯酚6.3.3精细化学品合成中的直接化反应6.4宏观尺度零排放集成工艺6.4.1碳酸二甲酯洁净合成的绿色集成系统6.4.2异氰酸酯洁净催化合成的宏观绿色集成系统6.4.3碳酸二苯酯洁净催化合成的宏观绿色集成系统6.4.4生物甘油、烟气及苯为初始原料合成 MDI 的宏观绿色集成系统6.4.5氧化羰化法 酯交换法合成碳酸二甲酯绿色集成系统参考文献

一种新型催化剂和新催化工艺的研制或开发成功往往会引起化学工业的发展和变革。本书介绍绿色催化的基本知识和研究现状，及近10年的研究新进展，同时对一些新概念和新研究领域进行概述。本书从催化剂和催化反应的角度阐述了相关的绿色化学反应和工艺过程。全书共分六章，分别为绿色化学论、绿色化学品——碳酸二甲酯的合成及其应用、环境友好固体酸和酸性离子液体及其应用、超临界流体中的催化反应过程、烃类清洁催化氧化反应与工艺、催化化反应过程集成及简单化工艺。 本书可作为化工、环境领域的研究生、本科高年级学生教学用书，也可供相关科研、工程技术人员参考。【作者简介】王延吉，河北工业大学，副校长，教授，教育部化学工程与工艺专业教学指导分委员会委员，中国化学会绿色化学专业委员会委员，《化工学报》等杂志编委。 “化学工程与工艺”国家级教学团队（2009）等质量工程建设项目负责人。