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出版者:

作者:Pongracz, Judit/ Keen, Mary

出品人:

页数:236

译者:

出版时间:2009-1

价格:276.00元

装帧:

isbn号码:9780080451350

丛书系列:

图书标签:

• 教学书记
• Medical Biotechnology
• Biotechnology
• Medicine
• Healthcare
• Genetics
• Molecular Biology
• Pharmaceuticals
• Diagnostics
• Bioengineering
• Biomedical Engineering

《分子筛：材料科学与工业应用》 简介 本书深入探讨了分子筛这一类独特的多孔晶体材料，从其基础科学原理到广泛的工业应用，进行了一次全面而详尽的探索。分子筛，以其高度有序的微孔结构、精确的孔径控制以及可调控的化学组成，在现代科学技术和工业生产中扮演着至关重要的角色。它们如同微观尺度上的精密筛子，能够选择性地吸附、分离、催化或转化特定的分子，这一特性使其成为众多关键工艺不可或缺的组成部分。 本书旨在为材料科学家、化学工程师、以及对多孔材料及其应用感兴趣的广大学者和研究人员提供一个深入且全面的参考。我们不仅会剖析分子筛的晶体结构、形成机理以及表征技术，更会着重分析不同类型分子筛的性能特点，并详细阐述它们在石油化工、环境保护、气体分离、催化反应、医药制造以及能源存储等领域的杰出贡献和未来发展潜力。 第一部分：分子筛的基础科学 第一章：分子筛的定义、结构与分类 本章将首先明确分子筛的定义，强调其作为一类具有规则网络状孔隙结构的晶态硅酸盐（或其他氧化物）材料的独特性质。我们将详细介绍分子筛的微观结构特征，包括孔的尺寸、形状、连通性以及其内部存在的阳离子和亲水/疏水性。 我们将深入探讨国际沸石协会（IZA）提出的分子筛命名和分类系统，这是理解和区分不同分子筛体系的基石。我们将介绍最常见和具有代表性的分子筛骨架类型，例如沸石A、沸石X、沸石Y、ZSM-5、MCM-41、SAPO等，并解释它们在原子排布、孔道结构上的差异。 第二章：分子筛的合成方法 本章将系统介绍分子筛的各种合成方法。我们将从经典的溶胶-凝胶法出发，详细阐述水热合成和溶剂热合成的原理、关键工艺参数（如温度、压力、pH值、反应时间、原料配比）以及这些参数如何影响产物的晶体结构、粒径和孔道特性。 我们将进一步介绍模板剂在分子筛合成中的关键作用，包括有机模板剂（如季铵盐、胺类）如何导向特定孔结构的形成，以及无机模板剂（如金属离子、纳米颗粒）的应用。本书还将探讨无模板合成、微波辅助合成、超声波辅助合成等新兴合成技术，这些技术在提高合成效率、降低能耗、实现绿色合成方面具有显著优势。 第三章：分子筛的结构表征技术 准确的结构表征是理解分子筛性质和性能的基础。本章将详述用于分子筛表征的多种先进技术。 X射线衍射（XRD）：介绍XRD如何用于确定分子筛的晶体结构、晶格参数、相纯度以及结晶度。 扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）：阐述SEM和TEM在观察分子筛的形貌、粒径、聚集态结构以及微孔/介孔结构的二维和三维成像方面的应用。 氮气吸附-脱附等温线（BET法）：详细介绍BET法如何用于测定分子筛的比表面积、孔容和孔径分布，这是评估分子筛吸附性能的关键指标。 固体核磁共振（Solid-state NMR）：讲解NMR如何提供关于分子筛骨架原子（如Si, Al, P, O）及其连接方式的详细信息，有助于揭示结构缺陷和局域环境。 傅里叶变换红外光谱（FTIR）：介绍FTIR如何用于识别分子筛的骨架振动模式、表面官能团以及吸附在孔道内的物种。 拉曼光谱（Raman Spectroscopy）：阐述拉曼光谱在分析分子筛的化学键信息、晶格动力学以及表面改性方面的应用。 程序升温脱附（TPD/TPR/TPO）：介绍这些技术如何用于研究分子筛的酸碱性质、氧化还原性能以及吸附物与分子筛的相互作用。 X射线光电子能谱（XPS）：讲解XPS如何提供分子筛表面元素的组成、化学态信息，对于理解催化活性位点和表面改性效果至关重要。 第四章：分子筛的吸附与分离原理 本章将深入探讨分子筛在分子吸附与分离过程中的基本原理。我们将详细分析以下关键概念： 选择性吸附：解释分子筛如何利用其精确的孔径、表面化学性质（亲水性/疏水性）以及孔道内的静电场等因素，实现对不同尺寸、形状、极性或化学性质分子的选择性吸附。 吸附动力学：介绍分子筛吸附过程中的传质机理，包括外部传质和内部扩散，以及影响吸附速率的因素。 吸附热力学：探讨吸附等温线、吸附热以及吸附平衡的概念，解释Langmuir、Freundlich、Langmuir-Freundlich等吸附模型在描述分子筛吸附行为中的应用。 分子筛在气相和液相分离中的应用：分析分子筛如何被广泛应用于空气分离（氮氧分离）、天然气净化（脱水、脱硫）、异构体分离（如对二甲苯/邻二甲苯）、同位素分离等领域。 第五章：分子筛的催化性能 分子筛是多相催化领域最重要的催化剂载体和活性组分之一。本章将重点阐述分子筛的催化性能。 酸碱催化：详细介绍分子筛中的路易斯酸和布朗斯台德酸位点，以及它们在碳十四碳键断裂、烷基化、异构化、裂化等催化反应中的作用。我们将以ZSM-5在催化裂化中的应用为例进行深入分析。 氧化还原催化：讨论如何通过引入金属离子（如Fe, Cu, V, Ti）或构建金属纳米颗粒，赋予分子筛氧化还原催化活性，例如在选择性氧化、脱硝（SCR）等反应中的应用。 催化反应器设计与工程应用：结合分子筛催化剂的特性，探讨固定床、流化床等催化反应器的设计原则，以及如何优化反应条件以实现高效催化。 催化反应机理研究：介绍同步辐射、原位光谱等技术在揭示分子筛催化反应机理中的应用。 第二部分：分子筛的工业应用 第六章：石油化工领域的应用 石油化工是分子筛最主要的工业应用领域之一。本章将详细介绍分子筛在这一领域的关键作用。 催化裂化（FCC）：详细分析沸石Y（Y zeolite）在催化裂化中的核心地位，以及如何通过调控沸石的酸性、孔道结构以及添加剂来优化汽油收率和辛烷值。 加氢裂化：讨论分子筛与贵金属催化剂（如Pt, Pd）复合在加氢裂化中的应用，用于生产高品质的柴油和航空煤油。 异构化：介绍分子筛在烷烃（如正丁烷、正戊烷）异构化生产高辛烷值组分中的应用。 重整：分析分子筛在芳烃生产（如甲苯歧化、二甲苯异构化）中的作用。 烷基化：探讨分子筛在烯烃与烷烃烷基化生产高辛烷值汽油组分中的潜力。 石油炼制中的吸附分离：例如，在炼油过程中使用分子筛进行脱水、脱硫、脱氮等。 第七章：环境保护领域的应用 随着全球对环境问题的日益关注，分子筛在环境保护领域展现出巨大的应用潜力。 汽车尾气净化：分析催化剂载体（如沸石）在三效催化剂（TWC）中的作用，用于同时转化CO、HC和NOx。讨论新型分子筛在提高NOx吸附和转化效率方面的进展。 工业废气处理：介绍分子筛在吸附和催化氧化挥发性有机化合物（VOCs）、硫氧化物（SOx）、氮氧化物（NOx）等污染物中的应用。 水污染治理：探讨分子筛在吸附重金属离子、有机污染物、放射性核素等方面的应用，以及作为膜材料用于水处理。 温室气体捕获与转化：研究分子筛在CO2捕获、存储与转化（如CO2加氢制甲醇）中的应用。 第八章：气体分离与储存 分子筛的精确孔径和选择性吸附能力使其成为气体分离和储存的理想材料。 空气分离：详细介绍使用沸石分子筛进行深度制氧和制氮，例如在PSA（变压吸附）或TSA（变温吸附）技术中的应用。 天然气处理：分析分子筛在天然气脱水（去除水分）、脱碳（去除CO2）、脱硫（去除H2S）等过程中的应用，以提高天然气的品质和安全性。 氢气储存：研究高比表面积和特定孔结构的分子筛在吸附储存氢气方面的潜力，以解决氢能储存的难题。 甲烷储存：探讨分子筛在吸附储存天然气（CNG）方面的应用，提高储存密度。 稀有气体分离：介绍分子筛在分离氦、氖、氩、氪、氙等稀有气体中的应用。 第九章：医药与生物技术领域的应用 虽然与“Medical Biotechnology”书名相似，但本章的重点将放在分子筛在传统医药领域的辅助应用，而非生物技术的核心内容。 药物缓释载体：研究具有特定孔径和表面性质的分子筛如何作为药物的载体，通过控制药物的释放速率和释放方式，提高药物疗效并减少副作用。 药物吸附与净化：探讨分子筛在分离和纯化药物分子中的应用。 诊断试剂的辅助材料：某些分子筛的特定功能可能被用于诊断过程中，例如作为固相载体或吸附剂。 （非生物技术）分离与纯化：在某些精细化学品或生物活性物质的合成过程中，分子筛可能被用作吸附剂或催化剂，间接辅助医药产品的生产。 第十章：能源与材料科学领域的其他应用 燃料电池：研究分子筛作为质子交换膜材料或催化剂载体的潜力。 电池储能：探讨分子筛在锂离子电池、钠离子电池等储能设备中作为电解质或电极材料的应用。 传感器：利用分子筛对特定气体的选择性吸附特性，开发高灵敏度和高选择性的气体传感器。 吸附剂与干燥剂：作为高性能的吸附剂和干燥剂，广泛应用于工业干燥、湿度控制等领域。 纳米材料的模板：分子筛的规整孔道结构可以作为模板，用于合成具有特定形貌和尺寸的纳米材料，如金属纳米颗粒、氧化物纳米线等。 结论与展望 本书最后将总结分子筛在各个领域取得的成就，并对其未来发展趋势进行展望。我们将探讨如何通过精准设计和合成，开发新型高性能分子筛材料，以应对日益严峻的环境挑战，推动能源技术的进步，并为精细化工、医药等领域提供更优异的解决方案。本书将强调绿色合成、可持续发展以及跨学科合作在推动分子筛科学与技术发展中的重要性。

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