Applied Heterogeneous Catalysis, Design, & Manufacture pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Le Page, R. B.

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页数:0

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价格:234

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isbn号码:9782710805311

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• Heterogeneous Catalysis
• Catalysis
• Chemical Engineering
• Materials Science
• Reaction Engineering
• Nanomaterials
• Surface Chemistry
• Industrial Catalysis
• Catalyst Design
• Manufacturing

现代催化科学与工程的基石：催化剂设计与反应过程的深度解析 一、引言：催化科学的时代使命 在当今追求可持续发展与高效能源利用的背景下，化学反应的速率、选择性与环境友好性已成为衡量现代工业技术水平的核心指标。催化，作为加速化学转化的核心手段，其重要性不言而喻。本书并非聚焦于特定的异相催化应用领域（如应用异相催化、设计与制造），而是将视角提升至催化科学与工程的普遍原理、前沿理论构建以及宏观系统集成层面。它旨在为读者提供一个坚实的理论框架，用以理解和掌握催化剂的本质、反应器的优化布局以及整个催化过程的系统性工程控制。 本书的定位是为化学工程、材料科学、物理化学等领域的科研人员、高级工程师以及研究生提供一本深入的、跨学科的参考手册。我们关注的是催化现象背后的基本物理化学过程、先进的表征技术框架，以及如何将这些微观理解转化为宏观、可靠、可放大的工业技术。 二、催化剂的基础理论与结构-性能关系 本卷首先从热力学与动力学的视角，为催化过程建立严谨的数学模型。我们将深入探讨过渡态理论（如Lindemann-Hinshelwood机制和Eley-Rideal机制）在复杂多相界面上的修正与应用，尤其关注表面反应的能垒解析。 核心章节将详细剖析活性位点的本质。这包括对不同类型催化材料（如金属纳米颗粒、氧化物载体、分子筛骨架）的电子结构和几何结构如何影响吸附、迁移和脱附步骤的深入探讨。我们将借鉴密度泛函理论（DFT）计算的最新成果，解释如何通过原子尺度的调控来精确预言催化剂的性能指标，例如表面缺陷对氧气活化的影响，或碱性位点对C-H键活化的选择性。 我们特别强调载体效应。载体不仅仅是分散金属的惰性支撑物，其本身的酸碱性、孔道结构和热力学稳定性对催化剂整体性能的影响至关重要。本书将系统梳理不同载体（如$ ext{Al}_2 ext{O}_3$, $ ext{SiO}_2$, $ ext{TiO}_2$以及新兴的碳基材料）的表面化学性质，并阐述如何通过界面工程来稳定活性相、促进电子转移，从而实现催化剂的持久稳定性和高活性。 三、先进催化剂的制备、表征与结构控制 本书将催化剂的“设计”提升至“精准合成”的高度。我们不再局限于传统的浸渍法，而是深入研究先进的、能够实现精确形貌和尺寸控制的合成技术。这包括： 1. 模板法与结构导向合成： 探讨利用软/硬模板技术精确构建具有特定孔道结构（介孔、微孔）和高比表面积的催化剂骨架，以及如何控制纳米颗粒的尺寸均一性。 2. 原子层沉积（ALD）与单原子催化剂（SACs）： 详细解析如何通过原子层面的精确沉积，实现对活性物种的极致分散与调控，以及如何利用X射线吸收谱（XAS）等手段对单原子位点的电子态进行精确锁定。 3. 原位/准原位表征技术： 强调理解催化剂在实际反应条件下状态的重要性。我们将介绍一系列强大的动态表征工具，如反应器内同步辐射X射线衍射（XRD）、拉曼光谱以及环境透射电子显微镜（ETEM），用以捕捉活性物种的瞬态变化和失活机制。 四、催化反应工程与过程优化 催化剂的性能必须在合适的反应器中才能得以最大化体现。本部分侧重于宏观尺度的反应工程，连接了微观催化活性与工业生产效率。 1. 反应器设计理论： 系统分析固定层、流化床、浆态床等不同类型反应器的流体力学特性、传热与传质限制。重点讨论在高度放热或多相（气-固-液）体系中，如何通过优化反应器几何结构和操作参数来避免局部过热和浓度梯度导致的性能下降。 2. 催化剂失活的机理与工程对策： 失活是制约催化过程经济性的关键。本书对积碳、烧结、毒化这三种主要失活机制进行深入的物理解释，并提出相应的工程缓解策略，例如定期再生循环、反应物纯化以及催化剂的抗烧结改性。 3. 过程强化与多功能催化系统： 探讨如何将催化反应与其他过程（如膜分离、电化学、光化学）耦合，实现过程强化（Process Intensification, PI）。例如，在反应-分离耦合反应器中，如何利用催化剂的特殊选择性来打破平衡限制，提高整体转化率。 五、结论与展望 本书的最终目标是培养读者从分子设计到反应器集成的系统思维能力。未来的催化研究将更加依赖于高通量筛选、人工智能辅助设计和极端条件下的稳定性探索。本书所奠定的坚实理论基础，将成为读者驾驭这些新兴工具并推动催化科学向前发展的有力支撑。

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阅读这本书的过程，就像是跟随一位行业内泰斗进行了一次漫长而深入的田野考察。我尤其欣赏作者在阐述复杂的反应动力学模型时所展现出的非凡清晰度。很多教材在处理非理想反应条件下的复杂非均相反应时，总是将模型复杂化到难以在实际操作中应用，但这本书在这方面做得非常出色。它巧妙地平衡了理论的严谨性和工程的实用性。例如，在讨论反应器设计与催化剂颗粒尺寸的优化匹配时，作者用了一系列生动的案例，这些案例并非凭空捏造的理想情况，而是基于真实的化工生产数据进行的反演分析。我感觉作者非常懂得工程技术人员的痛点，他们需要的不是纯粹的数学证明，而是可以直接指导生产优化的工具和方法。书中关于催化剂的“形貌控制”一章，简直是艺术品，详细阐述了如何通过精确控制纳米颗粒的生长方向和晶面暴露，来实现对反应选择性的颠覆性影响。这不仅仅是材料科学的范畴，更是对反应机理的深刻洞察力的体现。我个人认为，对于正在从事或计划从事精细化学品合成催化剂研发的工程师来说，这本书提供的策略和方法论是无价之宝，它彻底改变了我过去那种“试错法”为主的研发思路。

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这本书的封面设计得非常引人注目，色彩搭配专业又不失现代感，立刻让人对接下来的阅读内容充满了期待。我原本以为这会是一本非常学术化、充满枯燥公式和理论推导的教科书，但翻开第一页后，这种感觉立刻烟消云散了。作者在引言部分就清晰地勾勒出了多相催化剂设计与制造领域的前沿挑战与未来方向，行文流畅，逻辑严谨，仿佛一位经验丰富、善于沟通的资深工程师在娓娓道来。尤其让我印象深刻的是，书中对“从实验室到工业放大”这一过程的描述，它不仅仅是简单地罗列了设备参数，而是深入剖析了放大过程中涉及的传质、传热的复杂耦合问题，以及如何通过精妙的催化剂结构设计来克服这些瓶颈。书中对于新型载体材料的讨论，比如MOFs（金属有机框架）和COFs（共价有机框架）在催化剂负载中的应用潜力，给我的启发非常大。它不仅仅停留在介绍这些材料的优异性能，更着重探讨了如何将其制备工艺与实际反应器条件相匹配，这是一个非常实际且极具价值的切入点。我特别喜欢作者在讨论催化剂失活机制时所采用的系统性分析方法，它不是孤立地看待积碳或烧结问题，而是将其置于整个反应体系的热力学和动力学背景下进行综合评估，这为我们解决实际工程问题提供了全新的思路框架。这本书的深度和广度，完全超出了我对一本专业书籍的预期。

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让我惊喜的是，这本书对于“可持续性”和“绿色催化”议题的融入是如此自然而然，而非生硬地添加进去的附加章节。作者在介绍新型催化剂体系时，总是将能耗、原子经济性和副产物处理成本纳入到整体的“设计目标”中去考量。这体现了当代化工领域对环境责任的重视。书中关于替代能源领域催化剂的探讨，比如二氧化碳还原或生物质转化，给我的触动很大。它不仅展示了现有技术的局限性，更引导读者思考如何从催化剂的孔隙结构和电子结构层面进行根本性的创新，以期达到更高的转化效率和更低的运行压力。我发现，书中引用的文献覆盖面极广，横跨化学工程、材料科学、物理化学等多个学科，这无疑为理解多相催化这一交叉学科提供了坚实的基础。不同于某些专注于某一特定反应类型的书籍，它提供的是一套通用的、普适性的设计哲学和工程方法论，这使得它的生命周期和应用范围大大延长。这本书绝对是那种你会希望放在工作台边，随时翻阅和查阅的工具书，而不是束之高阁的理论宝典。

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这本书的结构安排体现了极高的匠心，从基础原理的梳理，到先进材料的介绍，再到工业化的挑战与解决方案，层层递进，逻辑链条无懈可击。我特别喜欢作者在处理“催化剂失活与再生”这一关键工程问题时的全面性。他不仅讨论了化学中毒的机理，还深入探讨了热管理对失活速度的影响，并提供了一系列详尽的再生工艺参数选择指南，包括不同氧化剂的选择及其对催化剂结构完整性的潜在损害。这些细节的丰富性，是任何一本普通教材所无法比拟的。读完后，我感觉自己对如何评估一个催化剂的“商业可行性”有了更深刻的理解——它不仅仅是看实验室活性数据，更要综合考虑其在真实工业环境下的稳定性、抗中毒能力以及再生潜力。对于那些需要进行跨学科合作的研发团队来说，这本书提供了一个共同的、高标准的术语和概念基础，极大地减少了沟通成本。它不是一本让人读完就束之高阁的书，它更像是一份指导你未来十年研发方向的路线图，每一章节都散发着务实而前瞻的智慧光芒。

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这本书的阅读体验是极其沉浸和连贯的，几乎没有让人感到阅读疲劳的段落。作者在构建知识体系时，展现出了一种罕见的宏观视野。它没有将“设计”和“制造”割裂开来，而是将两者视为一个不可分割的闭环反馈系统。例如，当讨论催化剂的制备方法时，作者总是紧密联系到最终产品在目标反应器中可能遇到的温度梯度和流场分布，这使得即便是基础的浸渍法或沉淀法，也被赋予了更深层次的工程意义。我尤其对其中关于“过程分析技术（PAT）在催化剂质量控制中的应用”的章节留下了深刻印象。这部分内容紧跟工业4.0的浪潮，探讨了如何利用原位光谱技术实时监测催化剂的表面活性位点状态，从而实现对反应过程的动态调控。这远比传统的批次后测试要先进得多。这本书的语言风格是极其克制而精准的，很少使用夸张的形容词，每一个术语的引入都伴随着清晰的定义和应用场景的说明，给人一种非常可靠的感觉，仿佛每一句话都经过了严格的同行评审。

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