最新绿色过程工程基础2课件.ppt

1、3 绿色过程工程基础3.1 3.1 原子经济性反应原子经济性反应3.2 3.2 原料绿色化与生物质资源原料绿色化与生物质资源3.3 3.3 溶剂绿色化溶剂绿色化3.4 3.4 能源绿色化能源绿色化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术3.6 3.6 分离过程绿色化分离过程绿色化3.7 3.7 非传统过程非传统过程3.8 3.8 产品绿色化产品绿色化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术酸强度酸强度 对质子酸是指给出质子对质子酸是指给出质子的能力，对路易斯酸是指接的能力，对路易斯酸是指接受电子对的能力受电子对的能力 3.5.1 3.5.1 酸碱催化剂绿色化酸碱

2、催化剂绿色化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术碱强度碱强度 对质子碱是指其吸附酸以转对质子碱是指其吸附酸以转变成共轭碱的能力，对路易斯变成共轭碱的能力，对路易斯碱是指其给出电子对以吸附酸碱是指其给出电子对以吸附酸的能力，常用碱强度函数的能力，常用碱强度函数H H-表表征征 3.5.1 3.5.1 酸碱催化剂绿色化酸碱催化剂绿色化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术超强酸是指酸强度超过超强酸是指酸强度超过100%H100%H2 2SOSO4 4的酸强度的酸性物质。因为的酸强度的酸性物质。因为100%H100%H2 2SOSO4 4的的H H0 0=-11

3、.93=-11.93，所以，所以，H H0 0-11.93-11.93的酸可称为超强酸。的酸可称为超强酸。如如SbFSbF3 3-FSO-FSO3 3H H的的H H0 0-202626者称之为者称之为超强碱。如超强碱。如AlAl2 2O O3 3-NaOH-Na-NaOH-Na的的H H-=37=37，是很强的超强碱，是很强的超强碱 3.5.1 3.5.1 酸碱催化剂绿色化酸碱催化剂绿色化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术酸碱催化剂（酸碱催化剂（acid-base catalystacid-base catalyst）因物质的酸碱性质而起催化因物质的酸碱性质而起催化作用

4、的催化剂。有液体酸碱催作用的催化剂。有液体酸碱催化剂和固体酸碱催化剂。按酸化剂和固体酸碱催化剂。按酸碱的性质可分为碱的性质可分为:质子酸碱质子酸碱(亦亦称布朗斯台德酸碱，简称称布朗斯台德酸碱，简称B B酸、酸、B B碱碱)催化剂和路易斯酸碱催化剂和路易斯酸碱(简称简称L L酸、酸、L L碱碱)催化剂催化剂 3.5.1 3.5.1 酸碱催化剂绿色化酸碱催化剂绿色化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术 过程工程使用的催化剂中，过程工程使用的催化剂中，酸碱催化剂占绝对优势，特别酸碱催化剂占绝对优势，特别是硫酸、盐酸、磷酸、氢氟酸、是硫酸、盐酸、磷酸、氢氟酸、三氟化硼、三氯化铝等均

5、相酸三氟化硼、三氯化铝等均相酸性催化剂，占性催化剂，占70%70%以上。在烃类以上。在烃类异构化、烷基化、歧化、酯化、异构化、烷基化、歧化、酯化、酰化、水解、水合等领域有广酰化、水解、水合等领域有广泛的应用泛的应用 3.5.1 3.5.1 酸碱催化剂绿色化酸碱催化剂绿色化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术固体酸碱催化剂固体酸碱催化剂 固体酸催化剂（固体酸催化剂（solid acid catalystsolid acid catalyst）催化功能来源于固体表面上存在的酸性位的催化功能来源于固体表面上存在的酸性位的催化剂。如膨润士、天然沸石和合成分子筛、催化剂。如膨润士、天

6、然沸石和合成分子筛、氧化铝、硅铝胶、阳离子交换树脂，以及一氧化铝、硅铝胶、阳离子交换树脂，以及一些金属的硫酸盐些金属的硫酸盐(如如NiSONiSO4 4、CuSOCuSO4 4)、磷酸盐、磷酸盐(如如AlPOAlPO4 4、BPOBPO4 4)、卤化物、卤化物(如如AlClAlCl3 3、TiClTiCl3 3、CuClCuCl2 2)，载于硅胶、硅藻土等上的，载于硅胶、硅藻土等上的H H2 2SOSO4 4、H H3 3POPO4 4、H H3 3BOBO3 3等无机酸。用于催化裂化、催化等无机酸。用于催化裂化、催化重整、加氢裂化、异构化、甲苯歧化、醇类重整、加氢裂化、异构化、甲苯歧化、醇类

7、脱水、烯烃水合等反应过程脱水、烯烃水合等反应过程 3.5.1 3.5.1 酸碱催化剂绿色化酸碱催化剂绿色化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术固体酸碱催化剂固体酸碱催化剂 超强酸固体催化剂是用超强酸超强酸固体催化剂是用超强酸处理固体载体而制得的。一般用于处理固体载体而制得的。一般用于制备固体超强酸的载体有非金属氧制备固体超强酸的载体有非金属氧化物、金属氧化物、离子交换树脂化物、金属氧化物、离子交换树脂和杂多酸等，通常的制备方法是真和杂多酸等，通常的制备方法是真空浸渍、焙烧。应用最多的是各类空浸渍、焙烧。应用最多的是各类酯化反应酯化反应 3.5.1 3.5.1 酸碱催化剂绿色

8、化酸碱催化剂绿色化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术固体酸碱催化剂固体酸碱催化剂 固体碱催化剂（固体碱催化剂（solid base catalystsolid base catalyst）因）因表面具有碱性位而起催化作用的固体催化剂。表面具有碱性位而起催化作用的固体催化剂。如载于硅胶或氧化铝上的碱如载于硅胶或氧化铝上的碱(NaOH(NaOH、KOHKOH等等)，分散在硅胶、氧化铝或高沸点矿物油中的碱分散在硅胶、氧化铝或高沸点矿物油中的碱金属或碱土金属，载于氧化铝上的胺、氨，金属或碱土金属，载于氧化铝上的胺、氨，碱金属和碱土金属的氧化物或碳酸盐，混合碱金属和碱土金属的氧化物

9、或碳酸盐，混合氧化物氧化物(SiO(SiO2 2CaOCaO、SiOSiO2 2CrOCrO、SiOSiO2 2BaOBaO等等)，用氨、胺处理过的活性炭，碱金属或碱，用氨、胺处理过的活性炭，碱金属或碱土金属交换的分子筛，阴离子交换树脂等。土金属交换的分子筛，阴离子交换树脂等。用于缩合、异构化、烷基化、聚合等反应过用于缩合、异构化、烷基化、聚合等反应过程程 3.5.1 3.5.1 酸碱催化剂绿色化酸碱催化剂绿色化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术杂多酸催化剂杂多酸催化剂 杂多酸（杂多酸（heteropolyacid heteropolyacid）是由不同）是由不同的含氧酸

10、缩合而制得的含氧多元酸的总的含氧酸缩合而制得的含氧多元酸的总称，是以杂原子称，是以杂原子P P+5+5、P P+3+3、GeGe+4+4、B B+3+3、AsAs+5+5、SiSi+4+4为中心原子，以为中心原子，以WOWO3 3、MoOMoO3 3、V V2 2O O5 5等为配体，形成的一类结构单元为等为配体，形成的一类结构单元为四面体，八面体，少数为二十面体的化四面体，八面体，少数为二十面体的化合物合物 3.5.1 3.5.1 酸碱催化剂绿色化酸碱催化剂绿色化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术杂多酸催化剂杂多酸催化剂*活性炭负载杂多酸活性炭负载杂多酸 *SiOSiO

11、2 2负载杂多酸负载杂多酸 *MCM-41MCM-41分子筛负载杂多酸分子筛负载杂多酸 *TiOTiO2 2负载杂多酸负载杂多酸 3.5.1 3.5.1 酸碱催化剂绿色化酸碱催化剂绿色化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术3.5.1 3.5.1 酸碱催化剂绿色化酸碱催化剂绿色化 3.5.2 3.5.2 分子筛催化剂分子筛催化剂 3.5.3 3.5.3 选择性催化氧化选择性催化氧化 3.5.4 3.5.4 生物催化剂生物催化剂 3.5.5 3.5.5 超临界非均相催化超临界非均相催化 3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术3.5.1 3.5.1 酸碱催化剂绿

12、色化酸碱催化剂绿色化 3.5.2 3.5.2 分子筛催化剂分子筛催化剂 3.5.3 3.5.3 选择性催化氧化选择性催化氧化 3.5.4 3.5.4 生物催化剂生物催化剂 3.5.5 3.5.5 超临界非均相催化超临界非均相催化 3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术 分子筛作为催化剂属于固体分子筛作为催化剂属于固体酸类催化剂，无毒、无味、可酸类催化剂，无毒、无味、可再生、无污染，是一类理想的再生、无污染，是一类理想的环境友好的催化剂。环境友好的催化剂。3.5.2 3.5.2 分子筛催化剂分子筛催化剂3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术 分子筛又称沸石或沸

13、石分子筛，分子筛又称沸石或沸石分子筛，是一类结晶型的硅铝酸盐，具有均是一类结晶型的硅铝酸盐，具有均一的孔结构而能在分子水平筛分物一的孔结构而能在分子水平筛分物质。最早使用的分子筛是天然沸石，质。最早使用的分子筛是天然沸石，主要用于气体的吸附分离。自然界主要用于气体的吸附分离。自然界有丰富的沸石矿，但含杂质较多，有丰富的沸石矿，但含杂质较多，分离提纯困难而不适宜作催化剂，分离提纯困难而不适宜作催化剂，用作催化剂的主要是用作催化剂的主要是A A、X X、Y Y、M M等等类型的合成分子筛。类型的合成分子筛。3.5.2 3.5.2 分子筛催化剂分子筛催化剂3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化

14、剂与催化技术第二代中以第二代中以高硅三维交叉直通结高硅三维交叉直通结构构为代表，型号以为代表，型号以ZSMZSM来区别，来区别，目前已达目前已达ZSM-35ZSM-35，主要用于石，主要用于石油化工中的择形催化和定向反油化工中的择形催化和定向反应。应。SilicaliteSilicalite和和沸石分子沸石分子筛的出现，拓展了第二代合成筛的出现，拓展了第二代合成沸石分子筛的应用领域沸石分子筛的应用领域 3.5.2 3.5.2 分子筛催化剂分子筛催化剂3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术第三代沸石分子筛是非硅、铝骨第三代沸石分子筛是非硅、铝骨架的磷酸盐系列分子筛，最简架的磷酸

15、盐系列分子筛，最简单的是磷酸铝分子筛，以单的是磷酸铝分子筛，以APOAPO表表示，如果再引人其他金属，则示，如果再引人其他金属，则以以MeAPOMeAPO表示。若再将硅引入骨表示。若再将硅引入骨架，就以架，就以MeAPSOMeAPSO表示，称为杂表示，称为杂原子磷酸盐分子筛。原子磷酸盐分子筛。3.5.2 3.5.2 分子筛催化剂分子筛催化剂3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术 沸石分子筛作为催化剂，广泛用于催化裂化、沸石分子筛作为催化剂，广泛用于催化裂化、芳烃烷基化、歧化、异构化、芳构化、加氢、芳烃烷基化、歧化、异构化、芳构化、加氢、脱氢、聚合、水合以及烷基转移等石油加工脱

16、氢、聚合、水合以及烷基转移等石油加工和石油化学工业。在精细有机合成中，主要和石油化学工业。在精细有机合成中，主要是用于醇类化合物、醛类化合物、酯类化合是用于醇类化合物、醛类化合物、酯类化合物、酮类化合物、醚类化合物、酚类化合物、物、酮类化合物、醚类化合物、酚类化合物、胺类和吡啶类化合物、硝基化合物、肟类化胺类和吡啶类化合物、硝基化合物、肟类化合物、腈类化合物、烃类卤代物、含硫化合合物、腈类化合物、烃类卤代物、含硫化合物的合成，杂环化合物的乙酰化以及催化氧物的合成，杂环化合物的乙酰化以及催化氧化反应，使这些典型的精细有机合成反应绿化反应，使这些典型的精细有机合成反应绿色化。色化。3.5.2 3.

17、5.2 分子筛催化剂分子筛催化剂3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术用用B B、P P、BeBe、GaGa、TiTi等元素取代等元素取代分子筛骨架中分子筛骨架中SiSi原子而构成的原子而构成的杂原子分子筛，例如在纯硅分杂原子分子筛，例如在纯硅分子筛骨架中引入子筛骨架中引入TiTi构成的构成的TSTS型型分子筛，是很好的定向氧化催分子筛，是很好的定向氧化催化剂，对有机物选择性氧化具化剂，对有机物选择性氧化具有优异的催化功能。有优异的催化功能。3.5.2 3.5.2 分子筛催化剂分子筛催化剂3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术 用用TSTS型分子筛作催化剂，

18、型分子筛作催化剂，H H2 2O O2 2稀稀水溶液作氧化剂，还可使苯酚氧化水溶液作氧化剂，还可使苯酚氧化合成苯二酚，苯胺氧化制氧化偶氮合成苯二酚，苯胺氧化制氧化偶氮苯，丙胺氧化制丙醛肟，环己烷氧苯，丙胺氧化制丙醛肟，环己烷氧化制环己酮，四氢呋喃氧化为化制环己酮，四氢呋喃氧化为丁内酯等等严重污染环境的一些过丁内酯等等严重污染环境的一些过程工程转变成原子经济性的绿色化程工程转变成原子经济性的绿色化生产过程工程。生产过程工程。3.5.2 3.5.2 分子筛催化剂分子筛催化剂3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术3.5.1 3.5.1 酸碱催化剂绿色化酸碱催化剂绿色化 3.5.2

19、3.5.2 分子筛催化剂分子筛催化剂 3.5.3 3.5.3 选择性催化氧化选择性催化氧化 3.5.4 3.5.4 生物催化剂生物催化剂 3.5.5 3.5.5 超临界非均相催化超临界非均相催化 3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术3.5.1 3.5.1 酸碱催化剂绿色化酸碱催化剂绿色化 3.5.2 3.5.2 分子筛催化剂分子筛催化剂 3.5.3 3.5.3 选择性催化氧化选择性催化氧化 3.5.4 3.5.4 生物催化剂生物催化剂 3.5.5 3.5.5 超临界非均相催化超临界非均相催化 3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术 在催化过程生产的有机化学

20、在催化过程生产的有机化学品中，催化选择氧化生产的产品中，催化选择氧化生产的产品约占品约占25%25%。氧化反应大多采用。氧化反应大多采用氧气或空气在气相中进行，如氧气或空气在气相中进行，如甲醇在负载银催化剂上氧化制甲醇在负载银催化剂上氧化制甲醛，丙烯氨氧化制丙烯腈等。甲醛，丙烯氨氧化制丙烯腈等。3.5.3 3.5.3 选择性催化氧化选择性催化氧化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术 2020世纪世纪8080年代以来随着石油化工原料逐年代以来随着石油化工原料逐步从烯烃转向资源丰富的天然气和饱和烷烃，步从烯烃转向资源丰富的天然气和饱和烷烃，烃类选择氧化发展迅速，大都采用烃与空气

21、烃类选择氧化发展迅速，大都采用烃与空气(或氧气或氧气)共进料模式在流化床反应器内反应。共进料模式在流化床反应器内反应。反应物在流化床中返混严重，加之选择氧化反应物在流化床中返混严重，加之选择氧化的目标产物大多是在热力学上不稳定的中间的目标产物大多是在热力学上不稳定的中间化合物，在反应条件下很容易进一步深度氧化合物，在反应条件下很容易进一步深度氧化为化为COCO2 2和水，其选择性是各类催化反应中最和水，其选择性是各类催化反应中最低的，不仅造成资源浪费和环境污染，而且低的，不仅造成资源浪费和环境污染，而且给产品分离和纯化带来困难。给产品分离和纯化带来困难。3.5.3 3.5.3 选择性催化氧化选

22、择性催化氧化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术技术关键：技术关键：控制氧化反应深度，提控制氧化反应深度，提高目的产物的选择性始终高目的产物的选择性始终是烃类选择氧化研究中最是烃类选择氧化研究中最具挑战性的难题。具挑战性的难题。3.5.3 3.5.3 选择性催化氧化选择性催化氧化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术 循环流化床循环流化床 反应器反应器 丁烷晶格氧氧化丁烷晶格氧氧化制顺酐制顺酐 3.5.3 3.5.3 选择性催化氧化选择性催化氧化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术由于晶格氧氧化具有潜在的优点，已成为由于晶格氧氧化具有潜

23、在的优点，已成为选择氧化研究中的前沿。工业上重要的选择氧化研究中的前沿。工业上重要的邻二甲苯氧化制苯酐、丙烯和丙烷氧化邻二甲苯氧化制苯酐、丙烯和丙烷氧化制丙烯腈均可进行晶格氧氧化反应的探制丙烯腈均可进行晶格氧氧化反应的探索。关于晶格氧氧化的研究与开发，一索。关于晶格氧氧化的研究与开发，一方面要根据不同的烃类氧化反应，开发方面要根据不同的烃类氧化反应，开发选择性好、载氧能力强、耐磨强度好的选择性好、载氧能力强、耐磨强度好的新催化材料；另一方面要根据催化剂的新催化材料；另一方面要根据催化剂的反应特点，开发相应的反应器及其工艺。反应特点，开发相应的反应器及其工艺。3.5.3 3.5.3 选择性催化氧

24、化选择性催化氧化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术3.5.1 3.5.1 酸碱催化剂绿色化酸碱催化剂绿色化 3.5.2 3.5.2 分子筛催化剂分子筛催化剂 3.5.3 3.5.3 选择性催化氧化选择性催化氧化 3.5.4 3.5.4 生物催化剂生物催化剂 3.5.5 3.5.5 超临界非均相催化超临界非均相催化 3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术3.5.1 3.5.1 酸碱催化剂绿色化酸碱催化剂绿色化 3.5.2 3.5.2 分子筛催化剂分子筛催化剂 3.5.3 3.5.3 选择性催化氧化选择性催化氧化 3.5.4 3.5.4 生物催化剂生物催化剂

25、 3.5.5 3.5.5 超临界非均相催化超临界非均相催化 3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术生命科学生命科学是当前科学发展的重要前沿，是当前科学发展的重要前沿，化学工程向生命科学领域渗透正是化学工程向生命科学领域渗透正是当前过程工程科学发展最活跃的领当前过程工程科学发展最活跃的领域。由于生物的生命过程可以局部域。由于生物的生命过程可以局部地抗拒熵增的宇宙总趋势，表现为地抗拒熵增的宇宙总趋势，表现为“反熵反熵”过程，所以，生物催化的过程，所以，生物催化的研究和发展就更具有特殊的科学意研究和发展就更具有特殊的科学意义义。3.5.4 3.5.4 生物催化剂生物催化剂3.5 3

26、.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术生命科学主要与两个化学反应有关生命科学主要与两个化学反应有关 植物生命活动：植物生命活动：动物生命活动：动物生命活动：3.5.4 3.5.4 生物催化剂生物催化剂 太阳能22COOHCH2On+O2CH2On 222COOHO放出能量3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术 这两个过程及其它重要的生命这两个过程及其它重要的生命化学过程都是在生物催化剂化学过程都是在生物催化剂酶存酶存在下进行的。酶是一种特殊的蛋白在下进行的。酶是一种特殊的蛋白质，对化学反应和生物化学反应有质，对化学反应和生物化学反应有催化作用，但与化学催化剂不同，催化

27、作用，但与化学催化剂不同，酶的催化效率比化学催化高得多，酶的催化效率比化学催化高得多，一般是化学催化的一般是化学催化的10107 7倍，甚至可倍，甚至可达达10101414倍。倍。3.5.4 3.5.4 生物催化剂生物催化剂3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术 由于酶具有生物活性，其本身就由于酶具有生物活性，其本身就是蛋白质，所以酶对反应底物的生是蛋白质，所以酶对反应底物的生物结构和立体结构具有高度的专一物结构和立体结构具有高度的专一性，特别是对反应底物的手性、旋性，特别是对反应底物的手性、旋光性和异构体具有高度的识别能力。光性和异构体具有高度的识别能力。也就是说，如果反应

28、底物有多种异也就是说，如果反应底物有多种异构体，且具有旋光性，那么一种酶构体，且具有旋光性，那么一种酶只对其中一种异构体的一种旋光体只对其中一种异构体的一种旋光体起催化作用。起催化作用。3.5.4 3.5.4 生物催化剂生物催化剂3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术 目前已发现的酶有几千种，目前已发现的酶有几千种，可以在条件温和、设备简单、可以在条件温和、设备简单、选择性好、副反应少、产品性选择性好、副反应少、产品性质优良、环境友好的条件下生质优良、环境友好的条件下生产多种化学品。已开发成功从产多种化学品。已开发成功从葡萄糖酶催化反应制造苯醌、葡萄糖酶催化反应制造苯醌、1,

29、3-1,3-丙二醇、乙醇、丁二醇、丙二醇、乙醇、丁二醇、乳酸、乳酸、1,2-1,2-苯二酚等多种产品。苯二酚等多种产品。3.5.4 3.5.4 生物催化剂生物催化剂3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术 从理论上讲，酶可以在常温常压下催化从理论上讲，酶可以在常温常压下催化任何化学反应。但是酶催化剂的催化活任何化学反应。但是酶催化剂的催化活性对体系的物理和化学因素特别敏感，性对体系的物理和化学因素特别敏感，体系的酸碱性，体系的温度、压力、某体系的酸碱性，体系的温度、压力、某些金属离子对酶的催化活性有决定性影些金属离子对酶的催化活性有决定性影响。这反映了酶催化剂的不稳定性和易响。

30、这反映了酶催化剂的不稳定性和易变性，给酶催化反应的控制带来很大困变性，给酶催化反应的控制带来很大困难。另外，酶的提取和纯化，酶的固定难。另外，酶的提取和纯化，酶的固定化等，也是一项技术难度较高的工作，化等，也是一项技术难度较高的工作，这给酶催化剂的工业应用带来不少困难。这给酶催化剂的工业应用带来不少困难。3.5.4 3.5.4 生物催化剂生物催化剂3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术3.5.1 3.5.1 酸碱催化剂绿色化酸碱催化剂绿色化 3.5.2 3.5.2 分子筛催化剂分子筛催化剂 3.5.3 3.5.3 选择性催化氧化选择性催化氧化 3.5.4 3.5.4 生物催化

31、剂生物催化剂 3.5.5 3.5.5 超临界非均相催化超临界非均相催化 3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术3.5.1 3.5.1 酸碱催化剂绿色化酸碱催化剂绿色化 3.5.2 3.5.2 分子筛催化剂分子筛催化剂 3.5.3 3.5.3 选择性催化氧化选择性催化氧化 3.5.4 3.5.4 生物催化剂生物催化剂 3.5.5 3.5.5 超临界非均相催化超临界非均相催化 3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术 在非均相催化反应中，由于存在在非均相催化反应中，由于存在相界面，就会存在传质和传热阻力。相界面，就会存在传质和传热阻力。相对于液体，相对于液体，SC

32、FSCF的扩散系数大，的扩散系数大，粘度小，张力也小，有利于反应物粘度小，张力也小，有利于反应物的扩散；物质在的扩散；物质在SCFSCF中的溶解度比中的溶解度比气体大，又具有液体所不具有的溶气体大，又具有液体所不具有的溶解选择性，可以提高反应物的浓度，解选择性，可以提高反应物的浓度，加速反应。加速反应。3.5.5 3.5.5 超临界非均相催化超临界非均相催化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术 特别是特别是SCFSCF可以与一些气体如可以与一些气体如H H2 2、O O2 2等任意混合，使得氧化和等任意混合，使得氧化和氢化反应加快，并易于控制。氢化反应加快，并易于控制。相对

33、气体而言，相对气体而言，SCFSCF具有很高的具有很高的热导率，因此对于放热的气相热导率，因此对于放热的气相反应来说，在反应来说，在SCFSCF体系中，将有体系中，将有利于及时排除热量。利于及时排除热量。3.5.5 3.5.5 超临界非均相催化超临界非均相催化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术SCFSCF流体允许人为地控制相行为。流体允许人为地控制相行为。反应物的溶解，产物和催化剂反应物的溶解，产物和催化剂的析出以及反应速率和反应的的析出以及反应速率和反应的选择性，都可以通过温度和压选择性，都可以通过温度和压力的微小变化得以实现。力的微小变化得以实现。3.5.5 3.5.

34、5 超临界非均相催化超临界非均相催化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术非均相催化剂失活的主要原因是催化剂表非均相催化剂失活的主要原因是催化剂表面积炭、结焦，活性中心中毒，活性组面积炭、结焦，活性中心中毒，活性组分、载体烧结等。利用分、载体烧结等。利用SCFSCF优异的溶解优异的溶解能力可抽提出催化剂表面上的积炭、结能力可抽提出催化剂表面上的积炭、结焦和毒物，使催化剂恢复活性，延长催焦和毒物，使催化剂恢复活性，延长催化剂的使用寿命。在易于失活的化剂的使用寿命。在易于失活的Y Y型分型分子筛催化的苯烷基化反应中，当反应在子筛催化的苯烷基化反应中，当反应在液相进行时，催化剂活性

35、经过液相进行时，催化剂活性经过l2hl2h后明后明显下降，而在显下降，而在SCFSCF相中，却可以保持相中，却可以保持55h55h。3.5.5 3.5.5 超临界非均相催化超临界非均相催化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术SCFSCF相转移催化和相转移催化和SCFSCF酶催化过程酶催化过程将为非均相催化提供环境友好将为非均相催化提供环境友好的新途径。由于的新途径。由于SCFSCF的特殊性质，的特殊性质，使其在烷基化反应、氨基化反使其在烷基化反应、氨基化反应、裂解反应、酯化反应、费应、裂解反应、酯化反应、费托反应、加氢反应、异构化反托反应、加氢反应、异构化反应以及氧化反应等

36、非均相催化应以及氧化反应等非均相催化反应中有着广泛的应用。反应中有着广泛的应用。3.5.5 3.5.5 超临界非均相催化超临界非均相催化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术3.5.1 3.5.1 酸碱催化剂绿色化酸碱催化剂绿色化 3.5.2 3.5.2 分子筛催化剂分子筛催化剂 3.5.3 3.5.3 选择性催化氧化选择性催化氧化 3.5.4 3.5.4 生物催化剂生物催化剂 3.5.5 3.5.5 超临界非均相催化超临界非均相催化 3 绿色过程工程基础3.1 3.1 原子经济性反应原子经济性反应3.2 3.2 原料绿色化与生物质资源原料绿色化与生物质资源3.3 3.3 溶

37、剂绿色化溶剂绿色化3.4 3.4 能源绿色化能源绿色化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术3.6 3.6 分离过程绿色化分离过程绿色化3.7 3.7 非传统过程非传统过程3.8 3.8 产品绿色化产品绿色化3 绿色过程工程基础3.1 3.1 原子经济性反应原子经济性反应3.2 3.2 原料绿色化与生物质资源原料绿色化与生物质资源3.3 3.3 溶剂绿色化溶剂绿色化3.4 3.4 能源绿色化能源绿色化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术3.6 3.6 分离过程绿色化分离过程绿色化3.7 3.7 非传统过程非传统过程3.8 3.8 产品绿色化产品绿色化3 绿

38、色过程工程基础3.6.1 3.6.1 结晶分离新技术结晶分离新技术3.6.2 3.6.2 短程蒸馏技术短程蒸馏技术3.6.3 3.6.3 异构体的绿色分离技术异构体的绿色分离技术3.6.4 3.6.4 磁性分离技术磁性分离技术3.6.5 3.6.5 超声结晶分离技术超声结晶分离技术3.6.6 3.6.6 超临界络合萃取技术超临界络合萃取技术3.6.7 3.6.7 反胶团萃取技术反胶团萃取技术3.6.8 3.6.8 新型亲和分离技术新型亲和分离技术3.6.9 3.6.9 纳滤膜分离技术纳滤膜分离技术3.6.10 3.6.10 微波萃取技术微波萃取技术3.6.11 3.6.11 磁稳流化床分离技术

39、磁稳流化床分离技术3.6 3.6 分离过程绿色化分离过程绿色化3 绿色过程工程基础3.1 3.1 原子经济性反应原子经济性反应3.2 3.2 原料绿色化与生物质资源原料绿色化与生物质资源3.3 3.3 溶剂绿色化溶剂绿色化3.4 3.4 能源绿色化能源绿色化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术3.6 3.6 分离过程绿色化分离过程绿色化3.7 3.7 非传统过程非传统过程3.8 3.8 产品绿色化产品绿色化3 绿色过程工程基础3.1 3.1 原子经济性反应原子经济性反应3.2 3.2 原料绿色化与生物质资源原料绿色化与生物质资源3.3 3.3 溶剂绿色化溶剂绿色化3.4 3

40、.4 能源绿色化能源绿色化3.5 3.5 绿色催化剂与催化技术绿色催化剂与催化技术3.6 3.6 分离过程绿色化分离过程绿色化3.7 3.7 非传统过程非传统过程3.8 3.8 产品绿色化产品绿色化3.7 3.7 非传统过程非传统过程 非传统过程是指采用超临界、超声非传统过程是指采用超临界、超声波、超短接触、等离子体、微波、辐射、波、超短接触、等离子体、微波、辐射、光电磁能、非定态等极端操作条件去完光电磁能、非定态等极端操作条件去完成常规条件下难以进行的生产过程。成常规条件下难以进行的生产过程。本节介绍等离子体、微波、辐射、本节介绍等离子体、微波、辐射、非定态等非传统的绿色技术。非定态等非传统

41、的绿色技术。3.7 3.7 非传统过程非传统过程3.7.1 3.7.1 等离子体技术等离子体技术 3.7.2 3.7.2 微波技术微波技术 3.7.3 3.7.3 微波等离子体技术微波等离子体技术 3.7.4 3.7.4 辐射技术辐射技术3.7.5 3.7.5 超声技术超声技术3.7.6 3.7.6 非定态反应技术非定态反应技术 3.7 3.7 非传统过程非传统过程3.7.1 3.7.1 等离子体技术等离子体技术 3.7.2 3.7.2 微波技术微波技术 3.7.3 3.7.3 微波等离子体技术微波等离子体技术 3.7.4 3.7.4 辐射技术辐射技术3.7.5 3.7.5 超声技术超声技术3

42、.7.6 3.7.6 非定态反应技术非定态反应技术 3.7 3.7 非传统过程非传统过程 等离子体是电离状态的气体物等离子体是电离状态的气体物质，由电子、离子、原子、分子质，由电子、离子、原子、分子或自由基等粒子组成的非凝聚体或自由基等粒子组成的非凝聚体系，具有宏观尺度内的电中性与系，具有宏观尺度内的电中性与高导电性。与物质的固态、液态、高导电性。与物质的固态、液态、气态并列，被称为物质存在的第气态并列，被称为物质存在的第四态。四态。3.7.1 3.7.1 等离子体技术等离子体技术3.7 3.7 非传统过程非传统过程 等离子体是由最清洁的高能粒子组成，等离子体是由最清洁的高能粒子组成，不会造成

43、环境污染，对生态系统无不良影不会造成环境污染，对生态系统无不良影响，加上等离子体反应速度快，反应完全，响，加上等离子体反应速度快，反应完全，使原料的转化率大大提高，有可能实现原使原料的转化率大大提高，有可能实现原子经济反应。等离子体中的离子、电子、子经济反应。等离子体中的离子、电子、激发态原子、分子及自由基都是极活泼的激发态原子、分子及自由基都是极活泼的反应性物种，使通常条件下难以进行或速反应性物种，使通常条件下难以进行或速度很慢的反应变得十分快速，尤其有利于度很慢的反应变得十分快速，尤其有利于难消解污染物的处理。难消解污染物的处理。3.7.1 3.7.1 等离子体技术等离子体技术3.7 3.

44、7 非传统过程非传统过程根据等离子体的能量状态、气体温度根据等离子体的能量状态、气体温度和粒子密度，等离子体可分为：和粒子密度，等离子体可分为：#高温等离子体（气体温度高温等离子体（气体温度10104 4K K）*平衡等离子体平衡等离子体(或热等离子体或热等离子体)*非平衡等离子体非平衡等离子体(或冷等离子体或冷等离子体)#低温等离子体（气体温度低温等离子体（气体温度10104 4K K）3.7.1 3.7.1 等离子体技术等离子体技术3.7 3.7 非传统过程非传统过程 应用应用 甲烷等离子体化学转化过程甲烷等离子体化学转化过程 等离子体甲烷转化制合成气主要有等离等离子体甲烷转化制合成气主要

45、有等离子体甲烷部分氧化和等离子体甲烷子体甲烷部分氧化和等离子体甲烷COCO2 2重整重整两个反应途径。两个反应途径。甲烷氧化制甲醇在热力学上是可行的。甲烷氧化制甲醇在热力学上是可行的。等离子体甲烷转化正在被证明是一种工等离子体甲烷转化正在被证明是一种工艺简单、设备小、不要求规模效益、原料利艺简单、设备小、不要求规模效益、原料利用率高、投资少、无污染、高效的合成方法用率高、投资少、无污染、高效的合成方法 3.7.1 3.7.1 等离子体技术等离子体技术3.7 3.7 非传统过程非传统过程 分子筛催化中的等离子体技术分子筛催化中的等离子体技术 沸石分子筛具有很强的固体酸性、择形沸石分子筛具有很强的

46、固体酸性、择形选择性以及阴阳离子之间形成的静电场，选择性以及阴阳离子之间形成的静电场，在催化领域的应用发展极为迅速。利用等在催化领域的应用发展极为迅速。利用等离子体的独特性能对分子筛制备、活化、离子体的独特性能对分子筛制备、活化、再生处理以及等离子体增强分子筛改性的再生处理以及等离子体增强分子筛改性的研究相当活跃。研究相当活跃。等离子体技术制备分子筛负载金属催等离子体技术制备分子筛负载金属催化剂，具有金属分散度高、处理时间短、化剂，具有金属分散度高、处理时间短、能耗少、温度低、不破坏分子筛骨架结构能耗少、温度低、不破坏分子筛骨架结构等特点。等特点。3.7.1 3.7.1 等离子体技术等离子体技

47、术3.7 3.7 非传统过程非传统过程 高分子材料等离子体表面改性高分子材料等离子体表面改性 高分子领域中应用的等离子体表面处理高分子领域中应用的等离子体表面处理技术，是指利用非聚合性气体技术，是指利用非聚合性气体(如如ArAr、N N2 2、COCO、NHNH3 3、O O2 2、H H2 2等等)等离子体与高分子材料等离子体与高分子材料表面相互作用，使在表面上形成新的官能表面相互作用，使在表面上形成新的官能团和改变高分子链结构，以改善亲团和改变高分子链结构，以改善亲(疏疏)水水性、粘接性、表面电学性能、光学性能、性、粘接性、表面电学性能、光学性能、生物相容性等。参与表面反应的活性种有生物相

48、容性等。参与表面反应的活性种有激发态分子、离子、自由基及紫外辐射光激发态分子、离子、自由基及紫外辐射光子。子。3.7.1 3.7.1 等离子体技术等离子体技术3.7 3.7 非传统过程非传统过程 等离子引发接枝聚合等离子引发接枝聚合 等离子体引发聚合是指利用等离子等离子体引发聚合是指利用等离子体产生的活性物种引发特定单体聚合的体产生的活性物种引发特定单体聚合的一种新的聚合方法，分为引发本体、溶一种新的聚合方法，分为引发本体、溶液、乳液、悬浮聚合和引发单体在其他液、乳液、悬浮聚合和引发单体在其他被处理材料的表面进行接枝聚合两大类被处理材料的表面进行接枝聚合两大类型。型。3.7.1 3.7.1 等

49、离子体技术等离子体技术3.7 3.7 非传统过程非传统过程3.7.1 3.7.1 等离子体技术等离子体技术 3.7.2 3.7.2 微波技术微波技术 3.7.3 3.7.3 微波等离子体技术微波等离子体技术 3.7.4 3.7.4 辐射技术辐射技术3.7.5 3.7.5 超声技术超声技术3.7.6 3.7.6 非定态反应技术非定态反应技术 3.7 3.7 非传统过程非传统过程3.7.1 3.7.1 等离子体技术等离子体技术 3.7.2 3.7.2 微波技术微波技术 3.7.3 3.7.3 微波等离子体技术微波等离子体技术 3.7.4 3.7.4 辐射技术辐射技术3.7.5 3.7.5 超声技术

50、超声技术3.7.6 3.7.6 非定态反应技术非定态反应技术 3.7 3.7 非传统过程非传统过程 微波作为一种高效、节能、方便、节时的微波作为一种高效、节能、方便、节时的特殊加热能源广泛应用于食品、材料、化特殊加热能源广泛应用于食品、材料、化工等领域。在食品加热、灭酶、焙烤、解工等领域。在食品加热、灭酶、焙烤、解冻、膨化和杀菌消毒等加工过程都有应用。冻、膨化和杀菌消毒等加工过程都有应用。应用在化学反应、化学分析和环境保护等应用在化学反应、化学分析和环境保护等领域，表现出节省能源和时间、简化操作领域，表现出节省能源和时间、简化操作程序、减少有机溶剂使用、提高反应速率程序、减少有机溶剂使用、提高