化學的未來視界！科技進步的交匯點，從基礎研究到產業應用：碳奈米管到石墨烯，開啟新材料科學的大門，引領未來技術革命

　　▎數位化工：虛擬過程工程
　　開篇介紹了數位化工程的概念，重點闡述虛擬過程工程在化學工業中的應用。作者透過詳細的案例分析，比如攪拌釜的模擬例項，展示了計算流體力學（CFD）在設計和優化化工過程中的關鍵作用。此外，對於顆粒運動、多相體系以及超級計算系統的討論，進一步強調了數學模擬和數位工具在解決複雜化工問題中的重要性。

　　▎觸「膜」世界：讓物質分離更高效、更精準
　　本章深入探討了分離膜技術及其在水處理、氣體分離和能源領域的創新應用。作者從人工合成膜的起源講起，詳細介紹了分離膜的種類、結構、效能表徵以及製備方法。透過對海水淡化、飲用水處理等具體案例的分析，本章不僅展現了膜技術在提高分離效率和精確度方面的進步，也探討了其面臨的挑戰和未來發展方向。

　　▎碳奈米管：架起通往太空的天梯
　　碳奈米管被視為新一代環保材料和結構增強材料，本書透過介紹其製備方法、應用及安全問題，揭示了碳奈米管在電池、半導體材料等領域的革命性作用。特別是在討論碳奈米管如何作為下一代半導體材料時，作者不僅闡述了其物理特性和應用潛力，也觸及了在實際應用中需要克服的技術挑戰。

　　▎石墨烯：新材料之王
　　石墨烯作為一種具有革命性潛力的材料，其獨特的物理和化學性質讓它在多個領域展現出廣泛的應用前景。本書從石墨烯的發現談起，深入探討了其特殊性質和應用，如在電子裝置、海水淡化、智慧玻璃等方面的創新使用。作者還詳細介紹了石墨烯的製備方法，並展望了化學化工在推動石墨烯未來發展中的角色。

　　▎百變高分子：變化萬千、效能各異的高分子世界
　　本章專注於高分子科學的最新進展，從耐熱高強的芳綸纖維到具有光響應特性的功能高分子，再到生物醫用高分子和超分子組裝技術。作者透過豐富的例證，展現了高分子材料在現代科技和日常生活中的廣泛應用，以及化學工程在開發新型高分子材料方面的關鍵作用。

　　▎太陽燃料與礦化固碳：朝向可持續能源的進步
　　本書也深入探討了太陽燃料生產和二氧化碳礦化固碳技術，這兩個領域代表了化學工程在解決全球能源和環境問題方面的努力。從人工光合成到利用光催化或光電催化技術分解水製氫，以及二氧化碳的資源化利用，本書提供了一個全面的視角，闡述了化學工程如何貢獻於可再生能源的開發和氣候變化的緩解。

　　▎手性之謎與人工酶：化學的精細操作
　　在討論手性分子和人工酶的章節中，作者揭示了化學在藥物開發、生命科學和材料科學中的精細操作。從手性分子的辨識和合成到人工酶設計的理論和應用，本書展現了化學工程在推動生物化學和分子科學領域進步中的關鍵角色。

　　▎食物之魅：化學物質的食物色香味探尋之旅
　　本書透過探討食物化學的基礎，深入分析了色、香、味的化學物質基礎和食品添加劑的作用，揭示了化學工程在食品科學和食品安全領域的貢獻。作者不僅闡述了化學物質在食物中的角色，也討論了化學工程在開發新型食品加工技術和提高食品品質中的重要性。

本書特色

　　本書全面涵蓋了化學工程與先進材料科學的最新進展，從虛擬過程工程到石墨烯與碳奈米管的革命性應用，再到膜技術在環境保護和能源回收中的創新使用，深入探討了人工酶設計與食品科學的尖端研究，強調科技在解決全球能源、環境挑戰中的作用。本書不僅是專業技術的寶庫，也適合學術界和業界人士閱讀。
 

編者簡介

金湧

　　清華大學化學工程系教授。專業方向為化學反應工程、生態工業工程，近年來熱心科學普及工作。曾榮獲美國化學工程師協會（AIChE）講座教授獎等榮譽。

楊基礎

　　博士生導師。近5年來在海內外雜誌和會議上發表學術論文50多篇。合作出版專著《液液萃取過程及設備》，參加編寫《化學工程手冊》（第二版）、《液液萃取手冊》。
 

前言
01 數位化工：虛擬過程工程Digital Chemical Engineering: Virtual Process Engineering
1.1 引言
1.2 數學和模擬在化工中的重要作用
1.3 流體流動與計算流體力學
1.4 顆粒運動
1.5 多相體系
1.6 虛擬過程平臺與超級計算系統
1.7 虛擬過程工程的工業應用舉例
1.8 虛擬過程工程的未來
02 觸「膜」世界：讓物質分離更高效、更精準Touch the World of Membrane: For More Efficient And Precise Separation Processes
2.1 引言
2.2 分離膜及膜分離過程簡介
2.3 膜技術在水處理領域的應用
2.4 膜技術在氣體分離領域的應用
2.5 膜技術在能源領域的應用
2.6 膜技術在健康醫療領域的應用
2.7 膜技術未來發展
2.8 結束語
03 碳奈米管：架起通往太空的天梯Carbon Nanotubes: Super Nanomaterial for Space Elevator
3.1 引言
3.2 什麼是碳奈米管
3.3 碳奈米管是如何製備的？
3.4 碳奈米管的應用
3.5 碳奈米管安全問題
3.6 結束語
04 石墨烯：新材料之王Graphene: King of New Materials
4.1 材料發展與人類文明
4.2 什麼是石墨烯？
4.3 石墨烯的發現和意義
4.4 石墨烯的特殊性質
4.5 石墨烯的應用
4.6 石墨烯的製備
4.7 化學化工助力石墨烯未來
05 百變高分子：變化萬千、效能各異的高分子世界The Diverse World of Polymers: Various Structures Create Marvelous Properties of Polymers
5.1 前言
5.2 耐熱高強的芳綸纖維
5.3 神奇的防彈和防爆塑膠
5.4 具有光響應特性的功能高分子
5.5 基於多重鍵合交聯的新型高強度高分子水凝膠
5.6 聚合物微球
5.7 生物醫用高分子
5.8 超分子組裝與超分子聚合物
5.9 結束語
06 太陽燃料：人工光合成生產太陽燃料Solar Fuel: Artificial Photosynthesis for Solar Fuel Productio
6.1 引言
6.2 光合作用—大自然的祕密
6.3 道法自然—人工光合成
6.4 清潔可再生的太陽燃料
6.5 結束語
07 礦化固碳：藉助自然法則與化學工程的力量Mineral Carbonation to Sequester CO2: The Way of Nature and Chemical Engineering
7.1 序：二氧化碳—地球變暖的罪魁禍首
7.2 深埋二氧化碳：裝進牢籠或許不是最終的歸宿
7.3 光合作用：如何比植物更高效的轉化二氧化碳
7.4 礦化二氧化碳：古老地球的化學反應發揮新作用
7.5 結語：化學與化學工程讓二氧化碳重歸正途
08 手性之謎：從藥物分子到生命和宇宙Mystery of Chirality: Not Only the Drug Molecules But Also the Life and Universe
8.1 前言
8.2 發現手性
8.3 認識手性
8.4 製造手性
8.5 結語
09 人工酶：站在數學、化學與生物科學的邊界之上Artificial Enzyme: Standing on the Boundary of Mathematics, Chemistry and Biological Science
9.1 引言
9.2 酶的發現和認識
9.3 人工酶設計的必要性
9.4 人工酶設計的分類
9.5 人工酶設計的理論依據和方法
9.6 人工酶設計的應用
9.7 結束語
10 食物之魅：基於化學物質的食物色香味探尋之旅The Charm of Food: The Exploration Trip of Food Color, Flavor, and Taste Based on Chemical Compounds
10.1 食物之魅的化學物質基礎
10.2 食物之魅的化學反應基礎[6]
10.3 食物之魅與食品添加劑
10.4 食物之魅與化學工程
10.5 展望