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第1章 绪论1

1.1 国内外化工学科发展态势1

1.1.1 科学意义1

1.1.2 社会经济需求1

1.1.3 总体发展趋势3

1.1.4 小结8

1.2 我国化工学科的发展状况8

1.2.1 学科整体研究水平已步入世界前列8

1.2.2 化工学科为推动我国化工产业发展作出了重要贡献11

1.2.3 化工学科的快速发展得益于国家的资金资助13

1.2.4 我国化工学科已拥有高水平的研究队伍13

1.2.5 小结与展望15

1.3 化工学科发展的指导思想与战略目标15

1.3.1 国家自然科学基金对化工学科发展的作用15

1.3.2 指导思想17

1.3.3 总体发展目标与战略17

1.3.4 保障措施19

第2章 反应工程与分离工程若干最新进展21

2.1 背景与意义21

2.2 研究现状与发展趋势21

2.3 重要科学问题与技术关键22

2.4 若干重要研究进展22

2.4.1 多相复杂反应流动的先进测试和模拟技术22

2.4.2 微尺度流动、传递和反应性能32

2.4.3 大型高效精馏技术40

2.4.4 天然活性物质高效分离技术46

2.4.5 低能耗渗透气化膜分离技术49

2.5 发展方向与思路51

参考文献52

第3章 化工过程中的表（界）面科学与工程65

3.1 背景与意义65

3.2 研究现状与趋势66

3.2.1 表（界）面现象的基础研究66

3.2.2 催化剂表（界）面结构的理论研究与实验表征研究现状70

3.2.3 催化剂表（界）面结构的调控及其应用研究现状74

3.2.4 催化剂表（界）面研究的发展趋势76

3.3 重要科学问题与技术关键76

3.3.1 固体表面润湿性的多尺度物理机理76

3.3.2 气液、液液界面结构及其对传递过程的影响77

3.3.3 催化剂表（界）面结构与催化机理的多尺度模拟77

3.3.4 催化剂表（界）面结构在反应过程中的动态变化及实时表征77

3.3.5 催化剂表（界）面结构制备以及调控技术77

3.4 重要研究进展78

3.4.1 金属-金属氧化物界面结构与CO2活化的密度泛函理论研究进展78

3.4.2 新型低温氧化纳米催化剂的结构表征与应用进展80

3.4.3 能量高效转化催化的基础研究84

3.4.4 煤的结构特征及其与反应性的关系和调变88

3.4.5 绿色氧化新工艺及产业化92

3.4.6 列管式反应器原位表面调控防结焦技术及应用93

3.4.7 基于化学工程原理与方法的纳米材料合成与结构调控95

3.4.8 多相界面流体结构的密度泛函理论及其应用97

3.5 发展方向与思路107

参考文献107

第4章 计算化学工程119

4.1 背景与意义119

4.1.1 电子尺度120

4.1.2 原子尺度121

4.1.3 介观尺度122

4.1.4 连续尺度124

4.2 研究现状与趋势124

4.2.1 经典分子动力学模拟与蒙特卡罗模拟在化学工程方向的研究进展124

4.2.2 流体力学方法在化学工程方向的研究进展125

4.3 重要科学问题与技术关键127

4.4 重点发展方向130

4.4.1 受限条件下流体的分子模拟及纳／微尺度和表（界）面的量化计算与分子模拟130

4.4.2 新型分离与反应过程中材料的分子设计、结构筛选与性能计算132

4.4.3 解决描述化学工程中分离、反应及其大系统过程优化的理论模型化及其求解问题137

4.4.4 大分子、生化体系及仿生材料的模拟140

参考文献147

第5章 化工过程放大的科学基础152

5.1 背景与意义152

5.2 研究现状与趋势152

5.3 重要科学问题与技术关键建议153

5.3.1 化工反应器的设计、优化和放大153

5.3.2 用于化工过程放大的实验、数学模型和数值模拟154

5.4 重要研究进展158

5.4.1 多相反应器设计和放大的化学反应工程基础研究158

5.4.2 搅拌反应器放大中的科学问题与研究进展165

5.4.3 工业生物过程放大中的科学问题与研究进展168

5.4.4 聚合反应与聚合物材料制备过程中的放大179

5.4.5 精馏与集成过程放大中的科学问题与研究进展190

5.5 发展方向与思路200

参考文献201

第6章 化学产品工程205

6.1 背景与意义205

6.2 研究现状与趋势206

6.3 重要科学问题与技术关键207

6.4 重要研究进展208

6.4.1 插层组装与产品工程208

6.4.2 微球、微囊材料的可控制备及其在生物技术中的应用212

6.4.3 染料分子功能强化214

6.4.4 基于活性自由基聚合的高分子可控制造技术217

6.5 发展方向与思路218

参考文献220

第7章 多尺度复杂化工过程226

7.1 背景与意义226

7.1.1 化学工程面临的挑战与机遇226

7.1.2 介尺度结构的量化与调控是复杂化工过程的共性科学问题228

7.2 国内外研究现状229

7.2.1 以多尺度结构和复杂系统研究为契机，化学工程及其相关学科正从分化再度走向融合，孕育着新的发展与突破230

7.2.2 多尺度研究的核心和难点在于介尺度，而且正在孕育向介尺度研究的深化231

7.2.3 高性能计算理论与技术、高精度测量方法为介尺度研究提供了有效手段，而其发展瓶 颈也在于介尺度结构232

7.3 重要科学问题与关键技术234

7.4 重要研究进展234

7.4.1 针对复杂多相系统的多尺度模拟研究与应用235

7.4.2 复杂物系多尺度结构调控与相关材料性能-结构-制备关系的研究242

7.4.3 多相聚合反应体系的时空多尺度结构及其实验表征251

7.5 发展方向与思路257

参考文献258

第8章 非常规化工过程的科学基础263

8.1 超重力强化化工过程的科学基础263

8.1.1 超重力技术背景与发展历史263

8.1.2 超重力技术的研究进展265

8.1.3 超重力技术的工业应用275

8.1.4 重要科学问题与技术关键288

8.1.5 超重力技术展望288

8.2 等离子体强化化工过程的科学基础289

8.2.1 物质第四态——等离子体态289

8.2.2 等离子体强化化工过程研究进展290

8.2.3 等离子体强化化工过程拟解决的关键科学问题291

8.2.4 等离子体强化化工过程未来发展展望292

8.3 新介质强化原理及应用294

8.3.1 导论294

8.3.2 在离子液体介质中的化工过程294

8.3.3 在超临界介质中的化工过程300

8.4 微化工技术309

8.4.1 导论309

8.4.2 微化工技术的科学基础310

8.4.3 微化工技术的工业应用313

8.4.4 微化工技术的发展前景315

参考文献315

第9章 生物与食品化工328

9.1 背景与意义328

9.1.1 工业生物技术328

9.1.2 食品化工技术329

9.2 研究现状与趋势330

9.2.1 工业生物技术330

9.2.2 食品化工技术332

9.3 重要科学问题与技术关键334

9.3.1 工业生物技术334

9.3.2 食品化工技术336

9.4 重要研究进展339

9.4.1 工业生物技术339

9.4.2 食品化工技术347

9.5 发展方向与思路354

9.5.1 工业生物技术354

9.5.2 食品化工技术358

参考文献361

第10章 能源化工364

10.1 背景与意义364

10.2 研究现状与趋势366

10.2.1 煤化工366

10.2.2 石油化工369

10.2.3 天然气化工371

10.2.4 生物质能373

10.2.5 太阳能（光伏发电）377

10.2.6 氢能（氢燃料电池）379

10.2.7 微藻380

10.3 重要科学问题与技术关键383

10.4 重要研究进展385

10.4.1 煤化工385

10.4.2 石油化工388

10.4.3 天然气化工391

10.4.4 生物质能及微藻393

10.4.5 太阳能395

10.4.6 氢能（燃料电池）400

10.5 发展方向与思路404

参考文献407

第11章 材料化工409

11.1 背景与意义409

11.2 研究现状与趋势409

11.3 重要科学问题与技术关键410

11.4 重要研究进展410

11.4.1 环境响应型智能膜与控制释放载体材料的化工基础研究410

11.4.2 混合导体透氧膜与膜过程基础研究418

11.4.3 活性自由基聚合反应工程基础研究进展428

11.4.4 面向应用过程的陶瓷膜设计与制备方法435

11.4.5 纳米材料结构调控及过程放大451

11.5 发展方向与思路457

11.5.1 材料结构与性能的构效关系研究457

11.5.2 材料制备的化学工程方法研究457

11.5.3 材料的化学工程应用基础研究457

参考文献457

第12章 资源与环境化工466

12.1 背景与意义466

12.1.1 作为化工原料的矿产、海洋和生物质资源状况及开发意义467

12.1.2 典型清洁合成方法和环境化工状况及开发意义470

12.2 研究现状与趋势471

12.2.1 作为化工原料的矿产、海洋和生物质资源研究现状与趋势471

12.2.2 典型清洁合成方法和环境化工研究现状与发展趋势474

12.3 重要科学问题与技术关键476

12.3.1 作为化工原料的自然资源高效转化与高值利用的重要科学问题与技术关键476

12.3.2 典型清洁合成方法和环境化工中重要科学问题与技术关键477

12.3.3 环境化工中的重要科学问题与技术关键478

12.4 重要研究进展479

12.4.1 镁化合物功能材料的开发和利用479

12.4.2 海水提钾技术研究483

12.4.3 贵金属纳米材料的生物质还原制备技术485

12.4.4 湿法磷酸净化与磷化工清洁生产工艺488

12.4.5 杂环芳烃氟化制备技术和新功能的精细氟化物与应用489

12.4.6 工业木质素资源化高效利用研究与应用492

12.4.7 淀粉化学品研究进展498

12.4.8 离子液体及其清洁化工过程的基础研究509

12.4.9 铁基离子液体中硫化氢酸性脱硫技术518

12.4.10 水处理高级氧化技术的机理及污染物氧化反应过程521

12.5 发展方向与思路529

12.5.1 镁529

12.5.2 钾530

12.5.3 生物质还原制备贵金属纳米颗粒530

12.5.4 磷、硫资源531

12.5.5 氟531

12.5.6 生物质木质素和淀粉531

12.5.7 离子液体532

12.5.8 工业过程气中硫化氢脱硫资源耦合技术发展方向和思路532

12.5.9 水处理高级氧化技术发展方向与思路533

参考文献533

第13章 过程系统工程与化工过程安全544

13.1 背景与意义544

13.2 研究现状与趋势544

13.2.1 过程系统集成544

13.2.2 过程系统的建模、优化和控制549

13.2.3 化工过程安全553

13.2.4 化工过程的全生命周期评价和可持续性研究555

13.3 重要科学问题与技术关键561

13.4 重要研究进展563

13.4.1 过程系统优化和控制563

13.4.2 过程系统集成564

13.4.3 化工过程安全568

13.4.4 ？生命周期分析的过程可持续性评估与应用571

13.5 发展方向与思路573

参考文献574