精细化工-第2章
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精细化工发展方向
按照经济发展和合作组织（OECD）的规定，根据技术密集度的情况，汽车、机械、有色冶金、化工属于中技术产业。高新技术及其产业是按其研究开发含量高而确定的特定领域，航天航空，信息产业、制药等。作为化学工业分支的精细化工大体也属于中技术范畴，但作为精细化学品的高性能化工新材料、制药、生物化工等已确定属于高新技术范畴。21世纪是知识经济时代，一场以生物工程、信息科学和新材料科学为主的三大前沿科学的新技术革命必将对化学工业产生重大的影响。像精细化工这样的传统工业的发展趋势必定是越来越加重技术知识的密集程度，并与高新技术相辅相成。
纳米技术与精细化工的结合
所谓纳米技术，是指研究由尺寸在0。1～100 nm之间的物质组成的体系的运动规律和相互作用，以及可能的实际应用中技术问题的科学技术。纳米技术是21世纪科技产业革命的重要内容之一，它是与物理学、化学、生物学、材料科学和电子学等学科高度交叉的综合性学科，包括以观测、分析和研究为主线的基础科学，和以纳米工程与加工学为主线的技术科学。不容否认纳米科学与技术是一个融科学前沿和高科技于一体的完整体系。纳米技术主要包括纳米电子、纳米机械和纳米材料等技术领域。正如20世纪的微电子技术和计算机技术那样，纳米技术将是21世纪的崭新技术之一。对它的研究与应用必将再次带来一场技术革命。 由于纳米材料具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等特性，使纳米微粒的热磁、光、敏感特性、表面稳定性，扩散和烧结性能，以及力学性能明显优于普通微粒，所以在精细化工上纳米材料有着极其广泛的应用。具体表现在以下几个方面：
纳米聚合物
用于制造高强度重量比的泡沫材料、透明绝缘材料，激光掺杂的透明泡沫材料、高强纤维、高表面吸附剂、离子交换树脂、过滤器、凝胶和多孔电极等。
纳米日用化工
纳米日用化工和化妆品、纳米色素、纳米感光胶片、纳米精细化工材料等将把我们带到五彩缤纷的世界。最近美国柯达公司研究部成功地研究了一种即具有颜料又具有分子染料功能的新型纳米粉体，预计将给彩色影像带来革命性的变革。
粘合剂和密封胶
国外已将纳米材料纳米SiO2作为添加剂加入到粘合剂和密封胶中，使粘合剂的粘结效果和密封胶的密封性都大大提高。其作用机理是在纳米SiO2的表面包覆一层有机材料，使之具有亲水性，将它添加到密封胶中很快形成一种硅石结构，即纳米SiO2形成网络结构，限制胶体流动，固体化速度加快，提高粘接效果，由于颗粒尺寸小，更增加了胶的密封性。小木虫学术博客M oe ｛％｜*LW
涂料
在各类涂料中添加纳米SiO2可使其抗老化性能、光洁度及强度成倍地提高，涂料的质量和档次自然升级。因纳米SiO2是一种抗紫外线辐射材料（即抗老化），加之其极微小颗粒的比表面积大，能在涂料干燥时很快形成网络结构，同时增加涂料的强度和光洁度。小木虫学术博客1N&Y/Pi＇ V。A
高效助燃剂
将纳米镍粉添加到火箭的固体燃料推进剂中可大幅度提高燃料的燃烧热、燃烧效率；改善燃烧的稳定性。纳米炸药将使炸药威力提高千百倍；
贮氢材料
FeTi和Mg2Ni是贮氢材料的重要候选合金，吸氢很慢，必须活化处理， 即多次进行吸氢—脱氢过程。Zaluski等用球磨Mg和Ni粉末直接形成Mg2Ni，晶粒平均尺寸为 20～30 nm，吸氢性能比普通多晶材料好得多。普通多晶 Mg2Ni 的吸氢只能在高温下进行（当PH2≤20Pa，则T≥250°C），低温吸氢则需要长时间和高的氢压力；纳米晶 Mg2Ni在 200°C以下即可吸氢，毋须活化处理。 300°C第一次氢化循环后，含氢可达～3。4 ％。在后续的循环过程中，吸氢比普通多晶材料快4倍。纳米晶FeTi的吸氢活化性能明显优于普通多晶材料。普通多晶FeTi的活化过程是：在真空中加热到400～450℃，随后在约7Pa的H2中退火、冷却至室温再暴露于压力较高（35～65Pa）的氢中，激活过程需重复几次。而球磨形成的纳米晶FeTi只需在400℃真空中退火0。5 h，便足以完成全部的氢吸收循环。纳米晶FeTi合金由纳米晶粒和高度无序的晶界区域（约占材料的20％～30％）构成。
催化剂
在催化剂材料中，反应的活性位置可以是表面上的团簇原子，或是表面上吸附的另一种物质。这些位置与表面结构、晶格缺陷和晶体的边角密切相关。由于纳米晶材料可以提供大量催化活性位置，因此很适宜作催化材料。事实上，早在术语〃纳米材料〃出现前几十年，已经出现许多纳米结构的催化材料，典型的如 Rh／Al2O3、 Pt／C之类金属纳米颗粒负载在惰性物质上的催化剂，已在石油化工、精细化工、汽车尾气许多场合应用。在化学工业中，将纳米微粒用做催化剂，是纳米材料大显身手的又一方面。如超细硼粉、高铬酸铵粉可以作为炸药的有效催化剂；超细的铂粉、碳化钨粉是高效的氢化催化剂；超细银粉可以为乙烯氧化的催化剂；铜及其合金纳米粉体用作催化剂，效率高、选择性强，可用于二氧化碳和氢合成甲醇等反应过程中的催化剂；纳米镍粉具有极强的催化效果，可用于有机物氢化反应、汽车尾气处理等。 平进等人用胶体法制备了聚乙烯砒咯烷酮负载的Pd胶体超微粒子（平均粒径为1。8 nm），用于催化以下反应： 发现其活性比一般的Pd催化剂高2～3倍，选择性几乎为100 ％。 两种以上的锇金属超微粒子或合金作催化剂也可获得较高的催化活性和选择性。例如用于催化环戊二烯常压液相加氢过程的化学还原法制备的非晶态Ni…B纳米催化剂，和催化乙烯加氢的Co…Mn/SiO2纳米合金催化剂都具有良好的催化性能。用Ni、Co、Fe等金属纳米粒子与TiO2…γ…Al2O3混合、成型、焙烧，用于汽车尾气的净化，起活性与三元Pt族催化剂相似，600 ℃工作100 小时活性不下降。
现代生物化工与精细化工的结合
生物化工被认为是生物学和化学工程的交叉学科。虽然，我国的生物化工是从数千年前的酿酒、造酱、制醋缓慢发展而来，传统的生物化工也局限于食品工业如酿造、医药工业如维生素（维生素B、维生素C）、抗菌素（青霉素、链霉素），和生物农药如井岗霉素（防治稻瘟枯病）、庆丰霉素（防治稻瘟病），但是从20世纪80年代以来，随着微生物学、生物化学、遗传学、细胞学和分子生物学以及现代实验技术、电子技术、计算机技术的发展和应用，极大地发展了生物技术，在传统的生物技术基础上，形成了基因重组技术、细胞融合技术、细胞大量培养技术和生物反应技术等具有强大生命力的现代生物工程技术，并逐步应用于医药、食品、化工、冶金、能源、医学、农林牧副渔以及环境保护与监测等领域，为人类和社会提供商品与服务。近年来，生物化工在生物技术中的地位正在上升，生物技术正在从传统医药、农业向生物化工方面转移。 与传统的化学工业相比，生物化工有以下几个特点： a。 主要以可再生资源作主要原料。 b。 反应条件温和，多为常温、常压，能耗低，选择性好，效率高。 c。 环境污染较少。 d。 设备简单，投资较少。 e。 能生产目前不能生产或还不为人知的性能优异的化合物，并能开发生产新品种。 f。 原子利用率高，是理想的绿色化学技术。 传统的生物化工着眼于生物资源的加工，用发酵的手段生产许多有用的产品。如味精、酒精、氨基酸等。现在生物化工技术已经广泛应用于医药、食品、基本有机化工原料、生物农药等方面。随着现代生物技术的发展，以遗传工程为基础、以微生物工程为核心，从分子和细胞水平上，定量地对生物体极其功能进行改造和利用，使维生素、激素、疫苗、生物农药、生物表面活性剂、丙烯酰胺和有机酸等精细化学品达到了新的水平。
精细化工意义
精细化工与工农业、国防、人民生活和尖端科学都有着极为密切的关系，是与经济建设和人民生活密切相关的重要工业部门，是化学工业发展的战略重点之一。 70 年代两次世界石油危机，迫使各国制定化学工业精细化的战略决策。这说明发展精细化学工业是关系国计民生的战略举措。 精细化工产值率（精细化率）＝（精细化工产品总值／化工产品总值） X100％ 美国已由 70 年代的 40 ％上升为 90 年代的 53 ％，德国由 38。4 ％上升到 56％ ，日本则达到 57％ 。预计 21 世纪时，发达国家的精细化率可 达 60 ％ ~ 65％ 。我国现在仅为 28％ ，致使石化工业和各项工业中所需的精细化学品有相当数量需要进口，每年需数十亿美元的外汇。可见发展精细化工对我国国民经济建设何等重要。 下面从几个方面看看精细化工在国民经济中的意义。
精细化工与农业的关系
农业是国民经济的重要命脉，高效农业成为当今世界各国农业发展的大方向。高效农业中需要高效农药、兽药、饲料添加剂、肥料及微量元素等。单就农药，它包括各种各样的杀虫剂、杀菌剂、杀鼠剂、除草剂、植物生长调节剂及生物农药等。全世界每年因病虫害造成粮食损失占可能收获量的三分之一以上。使用农药后所获效益是农药费用的 5 倍以上。使用除草剂其效益可达 10 倍于物理除草。兽药和饲料添加剂可使牲畜生病少、生长快、产值高、经济效益大。
精细化工与轻工业和人民生活的关系
当今社会人们的生活水平越来越高，生活需求与日俱增。由原先的生活必需品增加到现在许多的高档消费品。各种用品讲求高效率、高质量、低价位。单就化妆品一项，其品种数量就够琳琅满目、百花争妍了。美容、护肤、染发、祛臭、防晒、生发、面膜、霜剂、粉剂、膏剂、面油、手油、早用品、晚用品、日用品等举不胜举。个人卫生用品也是争奇斗艳。过去的洗涤品只有肥皂、洗衣粉等几种，现在就很多了。如家用清洗剂中有： 餐具洗洁净、油烟机及厨具清洗剂、玻璃擦净剂、地毯清洗剂等等。还有冰箱用、卫生间用、鞋用等除臭剂，家用空气清新剂等。各种用途的表面活性剂更是精细化工行业最重要、最广泛的物质。各种香料、香精、食品添加剂、皮革工业、造纸工业、纺织印染工业的各种助剂就更是不胜枚举了。总之，轻工业和人们的生活用品就是精细化工的一个很大的市场。
精细化工与军工、高技术领域的关系
在军事工程、高空、水下、特殊环境等条件下需要各种不同性质和功能的材料。如宇宙火箭、航空与航天飞机、原子反应堆、高温与高压下的作业、能源开发等不同环境下需要的高温高强度结构料。从功能角度来说，各种具有热学、机械、磁学。电子与电学、光学、化学与生物等功能材料，这些都无一不与精细化学品有关。 如在航空工业中，巨型火箭所用的液态氧、液态氢贮箱是用多层保温材料制造，这些材料难于用机械方法连接，而采用了聚氨酯型和环氧—尼龙型超低温胶粘剂进行粘接。大型波音型客机所用的蜂窝结构以及玻璃钢和金属蒙面结构也都离不开胶粘剂。 材料的复合化可以集合各自的优点，从而满足许多特殊用途的要求。继玻璃纤维增强塑料以后，又研究开发出碳纤维、硼纤维和聚芳酰胺纤维等增强轻塑料复合材料，在宇航和航空中，特别需要这种轻质高强度耐高温材料。过去，火箭喷管的喉部是用石墨制造的，但随着火箭的大型化，用石墨制造就困难了，于是出现了比重更小的耐热复合材料，如以碳纤维或高硅氧纤维增强酚醛树脂做喉衬，以玻璃纤维增强塑料做结构部分。美国的阿波罗宇宙飞船着陆用发动机的燃烧室就是采用这些复合材料的。
编辑本段精细化工的发展重点及动向
精细化工发展的战略目标
精细化工发展的战略目标是高科技领域的开发研究世界各国现在都在大力发展精细化工，已使整个化学工业向高精尖方向取得了长足的进步。有关的新科技领域包括：各类新型化工材料（功能高分子材料、复合材料）、新能源、电子信息技术、生物技术（包括发酵技术、生物酶技术、细胞融合技术、基因重组技术等）、航空航天技术和海洋开发技术等。 我国近年来在精细化学品的开发、生产和应用上也有可观的成就，科研、设计和生产管理的技术队伍正在迅速成长、力量比较雄厚，但只能看作是今后发展的起点。因为我国的精细化率还不高，包括品种、技术、质量等均落后于发达国家，表现为能耗高、质量差、品种也少，无论品种、质量还是技术水平还不能满足各行各业的需要，每年的进口额度很大。因此，我国今后发展精细化工的任务还很艰巨。
传统大宗精细化学品的更新换代
化学农药工业重点是发展高效、安全、经济的新产品。如杀虫剂、杀菌剂等。近期以新制剂和新剂型的加工为主，尽量满足农业对各种剂型产品的需求。远期有限选择开发新的原药。 染料工业重点发展纺织印染需求量大的活性染料、分散染料、还原染料等；以及涂料、油墨和塑料加工用的高档有机颜料及助剂。近期以外引内联嫁接的办法发展后加工技术为主。 涂料工业以发展满足建筑、汽车、电器、交通（船舶、路标）、家具需�
