目录

1绪论

1.1　化学工业的战略地位及挑战002

1.2　化工学科的现状及态势003

1.2.1　化工学科的战略地位及学科内涵003

1.2.2　化工学科的现状及问题003

1.3　化学工程的发展趋势005

1.3.1　化工高端化005

1.3.2　化工绿色化007

1.3.3　化工智能化008

1.4　化工学科发展任务及目标009

参考文献011

2分子设计与

产品高端化

2.1　分子热力学与分子设计014

2.1.1　发展现状与挑战014

2.1.2　关键科学问题017

2.1.3　主要研究进展及成果018

2.1.4　未来发展方向与展望024

2.2　典型化学反应的催化材料与反应机制025

2.2.1　发展现状与挑战025

2.2.2　关键科学问题027

2.2.3　主要研究进展及成果028

2.2.4　未来发展方向与展望042

2.3　高效分离材料及传递机制043

2.3.1　发展现状与挑战043

2.3.2　关键科学问题045

2.3.3　主要研究进展及成果046

2.3.4　未来发展方向与展望055

2.4　高端专用化学品功能调控机制057

2.4.1　生物分子荧光探针及功能染料057

2.4.2　有机光致变色材料及有机太阳电池敏化染料061

2.4.3　有机发光二极管（OLED）关键化学品065

2.4.4　纺织染整助剂068

2.4.5　绿色农药的研究进展及展望071

2.4.6　高端绿色表面活性剂077

2.4.7　香料香精081

2.4.8　新一代氯氟烃替代物086

2.4.9　高端含能化学品090

2.4.10　重要小分子药物的先进制备094

2.4.11　疫苗用工程纳米佐剂099

2.4.12　单原子催化剂103

2.4.13　可降解绿色高端专用化学品106

2.4.14　胶黏剂109

2.4.15　电子化学品117

2.4.16　高端化电池材料120

2.5　合成生物学及生物医药产品124

2.5.1　发展现状与挑战125

2.5.2　关键科学问题128

2.5.3　主要研究进展及成果129

2.5.4　未来发展方向与展望151

2.6　聚合物产品工程及高端聚合物153

2.6.1　聚烯烃154

2.6.2　工程塑料157

2.6.3　热固性高分子159

2.6.4　热塑性弹性体160

参考文献162

3化工过程

绿色化

3.1　绿色介质设计与绿色工程206

3.1.1　发展现状与挑战206

3.1.2　关键科学问题207

3.1.3　主要研究进展及成果208

3.1.4　未来发展方向与展望225

3.2　过程强化新原理新机制225

3.2.1　超重力过程强化226

3.2.2　纳微化工过程与装备229

3.2.3　微加工与智能过程234

3.2.4　反应-分离耦合强化过程238

3.2.5　纳微界面传质强化243

3.3　绿色高效反应工程248

3.3.1　发展现状与挑战248

3.3.2　关键科学问题249

3.3.3　主要研究进展及成果250

3.3.4　未来发展方向与展望261

3.4　绿色高效分离工程263

3.4.1　发展现状与挑战263

3.4.2　关键科学问题266

3.4.3　主要研究进展及成果266

3.4.4　未来发展方向与展望272

3.5　聚合与聚合物加工过程273

3.5.1　聚合过程的强化与绿色化274

3.5.2　聚合物加工过程的强化与绿色化277

3.5.3　聚合过程在线监测与智能化279

3.6　食品绿色加工与安全控制283

3.6.1　发展现状与挑战283

3.6.2　关键科学问题285

3.6.3　主要研究进展及成果285

3.6.4　未来发展方向与展望290

参考文献291

4重要资源的高效绿色转化利用

4.1　煤炭资源利用绿色过程320

4.1.1　煤热解过程320

4.1.2　煤气化过程324

4.1.3　煤制烯烃过程329

4.1.4　煤制油新过程332

4.1.5　煤制芳烃过程335

4.1.6　煤制含氧化学品337

4.2　石油资源高效利用绿色过程340

4.2.1　重油高效清洁利用340

4.2.2　原油多产化学品348

4.2.3　炼化副产资源高值化利用357

4.3　天然气资源转化利用361

4.3.1　发展现状与挑战362

4.3.2　关键科学问题364

4.3.3　甲烷转化利用技术及研究进展365

4.3.4　未来发展方向与展望375

4.4　低品位矿产资源的高效利用化工过程376

4.4.1　发展现状与挑战377

4.4.2　关键科学问题379

4.4.3　主要研究进展及成果380

4.4.4　未来发展方向与展望392

4.5　生物资源绿色转化过程392

4.5.1　生物基化学品的绿色生物制造393

4.5.2　智能抗逆微生物细胞工厂的设计398

4.5.3　生物体的生理特性和调控机制405

4.5.4　现代发酵工业菌种的系统改造410

4.5.5　生物过程智能装备与过程控制416

4.6　新能源化工与储能工程423

4.6.1　新能源材料化工热力学423

4.6.2　新能源转换与化学利用过程427

4.6.3　化学储能器件与系统制造过程431

4.6.4　物理储能中的化工问题435

4.7　农用化学品绿色化438

4.7.1　发展现状与挑战438

4.7.2　关键科学问题441

4.7.3　主要研究进展及成果442

4.7.4　未来发展方向与展望448

4.8　农作物提取物加工利用技术450

4.8.1　发展现状与挑战450

4.8.2　关键科学问题452

4.8.3　主要研究进展及成果453

4.8.4　未来发展方向与展望455

4.9　海洋化工456

4.9.1　海洋生物质提取与高效利用456

4.9.2　海洋腐蚀过程模拟、优化与控制460

4.9.3　海洋涂层功能设计与工艺462

4.9.4　深海常规与非常规能源开采与流动安全466

4.9.5　海洋化工装备服役大数据和全寿命期管理470

参考文献474

5安全智能系统与循环经济

5.1　面向可持续发展的过程系统工程509

5.1.1　发展现状与挑战509

5.1.2　关键科学问题512

5.1.3　主要研究进展及成果513

5.1.4　未来发展方向与展望528

5.2　人工智能前沿在过程系统工程中的应用530

5.2.1　发展现状与挑战530

5.2.2　关键科学问题538

5.2.3　主要研究进展及成果540

5.2.4　未来发展方向与展望552

5.3　绿色碳科学与碳循环555

5.3.1　发展现状与挑战555

5.3.2　关键科学问题557

5.3.3　主要研究进展及成果558

5.3.4　未来发展方向与展望568

5.4　化工污染多介质系统控制与资源循环利用569

5.4.1　发展现状与挑战569

5.4.2　关键科学问题571

5.4.3　主要研究进展及成果572

5.4.4　未来发展方向与展望585

参考文献586

6跨尺度关联——介科学与智能

过程

6.1　介科学基本原理及其在化工复杂体系中的

应用608

6.1.1　发展现状与挑战609

6.1.2　关键科学问题610

6.1.3　主要研究进展及成果611

6.1.4　未来发展方向与展望619

6.2　功能纳米材料介尺度结构形成机制与性能调控619

6.2.1　纳米材料介尺度结构特征619

6.2.2　功能纳米材料介尺度形成和控制机制620

6.2.3　纳米材料介尺度结构与性能关系预测622

6.2.4　未来发展方向与展望623

6.3　装备/过程层次的介科学研究与应用623

6.3.1　发展现状与挑战623

6.3.2　关键科学问题626

6.3.3　主要研究进展及成果627

6.3.4　未来发展方向与展望633

6.4　层次界面与跨层次耦合的介科学研究与应用634

6.4.1　发展现状与挑战635

6.4.2　关键科学问题637

6.4.3　主要研究进展及成果638

6.4.4　未来发展方向与展望646

6.5　从虚拟过程到无人工厂—介科学驱动的过程

工业智能化648

6.5.1　发展现状与挑战649

6.5.2　关键科学问题652

6.5.3　主要研究进展与成果652

6.5.4　未来发展方向与展望662

参考文献664

7未来发展趋势与展望

7.1　化工高端化680

7.1.1　加强创新提升技术含量680

7.1.2　功能强化提高附加值681

7.2　化工绿色化681

7.2.1　原料和介质绿色化682

7.2.2　过程绿色化682

7.2.3　能源绿色化683

7.2.4　资源循环及高效利用683

7.3　化工智能化684

7.3.1　系统智能化684

7.3.2　过程智能化684

7.3.3　产品智能化685

7.4　多学科交叉685

参考文献686

索引