具体描述
本书为普通高等教育“十一五”规划教材。
本书介绍了有关环境问题和环境保护的基本知识，着重介绍环境工程方面内容，包括大气和水体环境问题的形成及控制原理，以及固体废物和噪声的危害及治理技术。本书主要阐述工业工程和生产生活中环境污染的来源、形成机理及危害，环境工程的基本原理，环保工程中防治技术的理论基础和主要方法，以及基本的环保设备和工艺流程。
本书可作为普通高等院校能源、机械、化工与动力类专业或其他非环境科学工科类专业的本科生教材，也可供从事环境工程和其他工业工程的科技及管理人员参考。
图书名称： 现代化学与可持续发展：原理、应用与未来展望 图书简介 本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，探讨现代化学的核心原理如何与全球可持续发展目标紧密结合。我们超越了传统化学教科书的范畴，聚焦于化学在解决当代环境、能源和材料挑战中的关键作用，尤其强调绿色化学原则的实际应用和前沿研究方向。 第一部分：化学的基石与可持续性的契合 第一章：原子结构、键合与宏观性质的再审视 本章从量子力学的基本概念出发，重新审视原子和分子的电子结构。我们将重点讨论分子间作用力（范德华力、氢键）如何决定物质的相变、溶解性和催化性能。不同于传统的结构化学介绍，本章特别关注这些基本性质如何影响材料的选择和反应路径的能耗，为后续的可持续性设计奠定理论基础。例如，我们将分析表面张力在乳化和分散系统中的作用，以及分子几何形状对生物活性和降解速率的影响。 第二章：热力学与动力学的可持续性视角 本章深入探讨化学热力学与反应速率理论在优化化学过程中的应用。核心内容包括吉布斯自由能、平衡常数和反应活化能的精确计算。我们将着重分析如何利用熵驱动过程和设计高选择性催化剂来降低过程的能量需求（降低 $E_a$ 和 $Delta G^{ddagger}$），从而减少化石燃料的使用。此外，本章将引入“过程强度”（Process Intensity）的概念，量化反应的效率和原子经济性。 第三章：酸碱平衡与环境介质的调控 酸碱理论不仅是理解化学反应的基础，更是水处理和土壤修复的核心。本章详细解析布朗斯特-洛里酸碱理论和路易斯酸碱理论，并将其应用于复杂环境体系，如溶解有机物（DOM）与金属离子的络合平衡。我们将分析pH值对污染物迁移、毒性和生物有效性的影响，并介绍缓冲体系的设计，以维持生态系统和工业过程的稳定性。 第二部分：绿色化学与可持续过程工程 第四章：绿色化学十二原则的深化应用 本章全面阐述和解析了绿色化学的十二项核心原则，并提供了大量来自工业界的成功案例。重点讨论了“原子经济性”的量化指标（如E-Factor和PMI），并展示了如何通过设计反应路径来最大限度地将原料原子转化为目标产物。我们将详细探讨溶剂替代技术，包括超临界流体（如 $ ext{scCO}_2$）、离子液体和深共晶溶剂（DESs）在萃取、反应和分离中的优势和挑战。 第五章：催化：实现高效转化的核心驱动力 催化是实现可持续化学转化的关键。本章分为均相催化、多相催化与生物催化三个部分。在多相催化方面，我们将聚焦于纳米结构材料（如金属氧化物、MOFs）的设计，以提高活性位点的暴露度和稳定性。在生物催化方面，我们将探讨酶工程在温和条件下进行高度选择性转化的潜力，尤其关注利用固定化酶进行工业规模生产的可行性。 第六章：可持续合成方法学的前沿进展 本章探索了突破传统合成限制的新型反应技术。内容涵盖光催化（利用可见光驱动氧化还原反应）、电化学合成（替代化学计量试剂）以及机械化学（无溶剂反应）。每种方法都将从能源消耗、试剂毒性和废物产生三个维度进行可持续性评估。例如，我们将分析光氧化还原催化在有机污染物降解中的潜力，以及电化学还原二氧化碳（$ ext{CO}_2 ext{RR}$）的最新进展。 第三部分：功能材料与资源循环 第七章：面向能源转化的化学材料 化学在解决全球能源危机中扮演核心角色。本章详细介绍用于能量存储和转换的先进材料。在电池技术方面，我们将探讨固态电解质、高镍正极材料的化学稳定性问题。在太阳能领域，重点分析钙钛矿太阳能电池（PSCs）的缺陷钝化机制和长期稳定性挑战。对于燃料电池，我们将深入研究质子交换膜（PEMs）的化学改性以提高高温下的性能。 第八章：聚合物科学与生物可降解性 本章关注聚合物的设计、合成及其生命周期管理。我们将讨论如何通过可控自由基聚合技术（如ATRP、RAFT）合成具有精确分子量分布和拓扑结构的先进聚合物。核心可持续性议题包括生物基聚合物（如PLA、PHA）的合成和性能提升，以及化学回收（解聚）技术，旨在将废弃聚合物重新转化为单体，实现真正的闭环循环。 第九章：水处理与污染物去除的高级氧化过程（AOPs） 本章侧重于新兴污染物（如内分泌干扰物、抗生素）在水环境中的去除技术。我们将深入探讨基于自由基的AOPs，如Fenton/类Fenton过程、臭氧氧化和紫外光催化降解。重点分析反应机理、自由基（如$cdot ext{OH}$, $ ext{SO}_4^{cdot-}$）的生成效率，以及如何优化反应条件以实现对难降解有机物的完全矿化，同时避免生成有毒的副产物。 第四部分：未来展望与系统整合 第十章：生命周期评估（LCA）与化学过程的量化可持续性 本章引入生命周期评估（LCA）方法学，指导读者从摇篮到坟墓（Cradle-to-Grave）的角度全面评价化学产品的环境足迹。我们将学习如何界定系统边界、建立物料和能量平衡，并使用如ReCiPe或TRACI等方法学进行影响评估。LCA的应用将作为衡量前述所有绿色化学策略有效性的客观工具。 第十一章：化学信息学与人工智能在可持续设计中的角色 展望未来，本章探讨计算化学和数据科学如何加速可持续化学的研发进程。内容包括利用密度泛函理论（DFT）预测催化剂活性、利用定量结构-活性关系（QSAR）模型预测分子毒性、以及应用机器学习（ML）算法优化反应条件和筛选新型功能材料。这将展示如何通过计算手段显著减少试错实验，缩短研发周期。 第十二章：化学工业的未来：循环经济与生物技术融合 本书的最后一部分将探讨化学工业向完全循环经济转型的愿景。重点讨论生物炼制技术（Biorefineries）的整合，即如何利用生物质而非化石资源生产化学品和燃料。我们还将探讨碳捕集、利用与封存（CCUS）技术中的化学转化路径，特别是将捕集的 $ ext{CO}_2$ 转化为高价值化学品（如聚碳酸酯、甲醇）的催化挑战和机遇。 本书结构严谨，内容前沿，通过将基础化学原理与实际的可持续性工程挑战紧密结合，旨在培养新一代具备环境责任感的化学工程师和科学家。
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