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綠色過程制造發展報告(精) 版權信息
- ISBN：9787030720504
- 條形碼：9787030720504 ; 978-7-03-072050-4
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
綠色過程制造發展報告(精) 本書特色
本書圍繞綠色過程制造這一核心，闡述了戰略意義與發展現狀，討論了未來創新升級的發展模式，重點評述了10項綠色前沿技術.
綠色過程制造發展報告(精) 內容簡介
本書介紹了我國綠色過程制造的內涵和重大戰略意義，概述了綠色過程制造的發展現狀及趨勢，討論了其變革發展模式。在此基礎上，以煤、生物質、新能源、新材料及資源循環為主線，重點評述了煤基芳烴、生物基材料綠色合成、二氧化碳聚合物、染料精細化學品、優選電池儲能、電子封裝材料、“安卓幸”藥物、生物醫用材料、PET(廢舊聚酯)循環、電池回收等10個綠色制造前沿技術，包含技術的概要、重要意義、主要內容和未來趨勢。 本書適用于綠色化學化工及過程工程領域的科研工作者，以及過程制造業的工程技術人員參考閱讀。同時，本書評述了系列綠色前沿技術，可供科研院所的師生參考學習。
綠色過程制造發展報告(精) 目錄
目錄
上篇 綠色過程制造概述
第1章 綠色過程制造的重大戰略意義 3
1.1 過程工程的內涵及重要性 3
1.2 綠色過程制造的概念及戰略意義 4
參考文獻 7
第2章 綠色過程制造的發展現狀及趨勢 8
2.1 綠色過程制造的發展現狀 8
2.1.1 原料替代 9
2.1.2 工藝創新 9
2.1.3 設備強化 11
2.1.4 綠色碳科學 12
2.1.5 綠色系統集成與綠色度評價 13
2.2 綠色過程制造存在的問題及發展趨勢 15
參考文獻 17
第3章 綠色過程制造的發展模式 19
3.1 科技創新模式的變革 19
3.1.1 科學技術推動型綠色過程制造創新模式 20
3.1.2 市場拉動型綠色過程制造創新模式 21
3.1.3 環境治理與生態保護強制型綠色過程制造創新模式 21
3.2 綠色過程制造產業升級的模式變革 22
3.2.1 過程制造業的綠色化升級 23
3.2.2 過程制造業的智能化升級 24
3.2.3 過程制造業的數字化工廠升級 26
3.2.4 反應器放大過程升級 26
3.3 學科和領域的深度交叉融合 27
3.4 綠色金融促進綠色制造發展 28
參考文獻 29
下篇 綠色過程制造的前沿技術
第4章 現代煤化工：煤基芳烴制備技術 33
4.1 技術概要 33
4.2 重要意義及國內外現狀 33
4.2.1 煤經甲醇制芳烴 34
4.2.2 煤經合成氣制芳烴 37
4.2.3 煤炭直接熱解制芳烴 38
4.2.4 煤炭加氫液化制芳烴 38
4.3 技術主要內容 39
4.3.1 提高原料原子利用率 39
4.3.2 提升催化劑全生命周期活性 41
4.3.3 優化系統綜合能耗 42
4.4 未來趨勢及展望 44
參考文獻 45
第5章 生物質化工：多元醇、生物航油和生物基材料的綠色合成進展 48
5.1 技術概要 48
5.2 重要意義及國內外現狀 49
5.2.1 生物質多元醇 50
5.2.2 生物航油 50
5.2.3 生物基材料 51
5.3 技術主要內容 51
5.3.1 生物質多元醇 51
5.3.2 生物航油 54
5.3.3 生物基材料 56
5.4 未來趨勢及展望 60
參考文獻 61
第6章 二氧化碳化工：二氧化碳制備聚合物技術 72
6.1 技術概要 72
6.2 重要意義及國內外現狀 72
6.3 技術主要內容 75
6.3.1 PPC塑料的制備與應用 75
6.3.2 二氧化碳基多元醇、聚氨酯 79
6.3.3 PCHC的制備、性能及工業化前景 82
6.3.4 基于CO2轉化技術合成雙酚A型聚碳酸酯 83
6.4 未來趨勢及展望 84
參考文獻 86
第7章 精細化工：染料精細化學品 91
7.1 技術概要 91
7.2 重要意義及國內外現狀 91
7.3 技術主要內容 93
7.3.1 傳統染料 94
7.3.2 生物醫用染料 97
7.3.3 顯示記錄染料 100
7.3.4 能量轉換染料 102
7.3.5 化學反應染料 104
7.4 未來趨勢及展望 104
參考文獻 106
第8章 新能源：先進電池與儲能技術 110
8.1 技術概要 110
8.2 重要意義及國內外現狀 110
8.3 技術主要內容 113
8.3.1 鋰離子電池 114
8.3.2 固態電池 116
8.3.3 鋰液流電池 117
8.4 未來趨勢及展望 119
8.4.1 鋰離子電池 119
8.4.2 固態電池 120
8.4.3 液流電池 121
8.4.4 展望 122
參考文獻 122
第9章 信息材料：電子封裝材料 124
9.1 技術概要 124
9.2 重要意義及國內外現狀 124
9.3 技術主要內容 126
9.3.1 陶瓷基封裝材料 127
9.3.2 塑料基封裝材料 130
9.3.3 金屬基封裝材料 134
9.3.4 電子封裝材料總結 136
9.4 未來趨勢及展望 137
參考文獻 138
第10章 生物醫藥：基于“安卓幸”藥物先導化合物的研發 140
10.1 技術概要 140
10.2 重要意義及國內外現狀 140
10.3 技術主要內容 148
10.3.1 背景簡介 148
10.3.2 鼠尾草酸的臭氧化反應和原位還原反應的研究 149
10.3.3 臨床前研究 152
10.3.4 臨床試驗 154
10.4 未來趨勢及展望 154
參考文獻 156
第11章 生物材料：分離、組織工程、劑型等生物醫用材料 166
11.1 技術概要 166
11.2 重要意義及國內外現狀 167
11.2.1 生物分離介質 167
11.2.2 組織工程材料 167
11.2.3 藥物緩釋劑型 168
11.2.4 靶向遞送載體 168
11.2.5 疫苗遞送佐劑 169
11.3 技術主要內容 169
11.3.1 生物分離介質 169
11.3.2 組織工程材料 172
11.3.3 藥物緩釋劑型 175
11.3.4 靶向遞送載體 177
11.3.5 疫苗遞送佐劑 179
11.4 未來趨勢及展望 180
參考文獻 182
第12章 資源循環：PET循環回收技術發展 188
12.1 技術概要 188
12.2 重要意義及國內外現狀 189
12.3 技術主要內容 192
12.3.1 物理回收法 192
12.3.2 化學回收法 192
12.3.3 廢舊PET回收過程中存在的主要問題及發展趨勢 195
12.3.4 離子液體在聚合物回收過程中的應用 196
12.4 未來趨勢及展望 199
參考文獻 200
第13章 資源循環：電池回收 203
13.1 技術概要 203
13.2 重要意義及國內外現狀 203
13.3 技術主要內容 206
13.3.1 鋰離子電池的失效機理 207
13.3.2 廢舊電池的預處理 208
13.3.3 技術一：晶體結構修復技術 208
13.3.4 技術二：材料提取回收技術 209
13.3.5 廢舊電池回收工業化應用技術 213
13.4 未來趨勢及展望 214
參考文獻 216
上篇 綠色過程制造概述
第1章 綠色過程制造的重大戰略意義 3
1.1 過程工程的內涵及重要性 3
1.2 綠色過程制造的概念及戰略意義 4
參考文獻 7
第2章 綠色過程制造的發展現狀及趨勢 8
2.1 綠色過程制造的發展現狀 8
2.1.1 原料替代 9
2.1.2 工藝創新 9
2.1.3 設備強化 11
2.1.4 綠色碳科學 12
2.1.5 綠色系統集成與綠色度評價 13
2.2 綠色過程制造存在的問題及發展趨勢 15
參考文獻 17
第3章 綠色過程制造的發展模式 19
3.1 科技創新模式的變革 19
3.1.1 科學技術推動型綠色過程制造創新模式 20
3.1.2 市場拉動型綠色過程制造創新模式 21
3.1.3 環境治理與生態保護強制型綠色過程制造創新模式 21
3.2 綠色過程制造產業升級的模式變革 22
3.2.1 過程制造業的綠色化升級 23
3.2.2 過程制造業的智能化升級 24
3.2.3 過程制造業的數字化工廠升級 26
3.2.4 反應器放大過程升級 26
3.3 學科和領域的深度交叉融合 27
3.4 綠色金融促進綠色制造發展 28
參考文獻 29
下篇 綠色過程制造的前沿技術
第4章 現代煤化工：煤基芳烴制備技術 33
4.1 技術概要 33
4.2 重要意義及國內外現狀 33
4.2.1 煤經甲醇制芳烴 34
4.2.2 煤經合成氣制芳烴 37
4.2.3 煤炭直接熱解制芳烴 38
4.2.4 煤炭加氫液化制芳烴 38
4.3 技術主要內容 39
4.3.1 提高原料原子利用率 39
4.3.2 提升催化劑全生命周期活性 41
4.3.3 優化系統綜合能耗 42
4.4 未來趨勢及展望 44
參考文獻 45
第5章 生物質化工：多元醇、生物航油和生物基材料的綠色合成進展 48
5.1 技術概要 48
5.2 重要意義及國內外現狀 49
5.2.1 生物質多元醇 50
5.2.2 生物航油 50
5.2.3 生物基材料 51
5.3 技術主要內容 51
5.3.1 生物質多元醇 51
5.3.2 生物航油 54
5.3.3 生物基材料 56
5.4 未來趨勢及展望 60
參考文獻 61
第6章 二氧化碳化工：二氧化碳制備聚合物技術 72
6.1 技術概要 72
6.2 重要意義及國內外現狀 72
6.3 技術主要內容 75
6.3.1 PPC塑料的制備與應用 75
6.3.2 二氧化碳基多元醇、聚氨酯 79
6.3.3 PCHC的制備、性能及工業化前景 82
6.3.4 基于CO2轉化技術合成雙酚A型聚碳酸酯 83
6.4 未來趨勢及展望 84
參考文獻 86
第7章 精細化工：染料精細化學品 91
7.1 技術概要 91
7.2 重要意義及國內外現狀 91
7.3 技術主要內容 93
7.3.1 傳統染料 94
7.3.2 生物醫用染料 97
7.3.3 顯示記錄染料 100
7.3.4 能量轉換染料 102
7.3.5 化學反應染料 104
7.4 未來趨勢及展望 104
參考文獻 106
第8章 新能源：先進電池與儲能技術 110
8.1 技術概要 110
8.2 重要意義及國內外現狀 110
8.3 技術主要內容 113
8.3.1 鋰離子電池 114
8.3.2 固態電池 116
8.3.3 鋰液流電池 117
8.4 未來趨勢及展望 119
8.4.1 鋰離子電池 119
8.4.2 固態電池 120
8.4.3 液流電池 121
8.4.4 展望 122
參考文獻 122
第9章 信息材料：電子封裝材料 124
9.1 技術概要 124
9.2 重要意義及國內外現狀 124
9.3 技術主要內容 126
9.3.1 陶瓷基封裝材料 127
9.3.2 塑料基封裝材料 130
9.3.3 金屬基封裝材料 134
9.3.4 電子封裝材料總結 136
9.4 未來趨勢及展望 137
參考文獻 138
第10章 生物醫藥：基于“安卓幸”藥物先導化合物的研發 140
10.1 技術概要 140
10.2 重要意義及國內外現狀 140
10.3 技術主要內容 148
10.3.1 背景簡介 148
10.3.2 鼠尾草酸的臭氧化反應和原位還原反應的研究 149
10.3.3 臨床前研究 152
10.3.4 臨床試驗 154
10.4 未來趨勢及展望 154
參考文獻 156
第11章 生物材料：分離、組織工程、劑型等生物醫用材料 166
11.1 技術概要 166
11.2 重要意義及國內外現狀 167
11.2.1 生物分離介質 167
11.2.2 組織工程材料 167
11.2.3 藥物緩釋劑型 168
11.2.4 靶向遞送載體 168
11.2.5 疫苗遞送佐劑 169
11.3 技術主要內容 169
11.3.1 生物分離介質 169
11.3.2 組織工程材料 172
11.3.3 藥物緩釋劑型 175
11.3.4 靶向遞送載體 177
11.3.5 疫苗遞送佐劑 179
11.4 未來趨勢及展望 180
參考文獻 182
第12章 資源循環：PET循環回收技術發展 188
12.1 技術概要 188
12.2 重要意義及國內外現狀 189
12.3 技術主要內容 192
12.3.1 物理回收法 192
12.3.2 化學回收法 192
12.3.3 廢舊PET回收過程中存在的主要問題及發展趨勢 195
12.3.4 離子液體在聚合物回收過程中的應用 196
12.4 未來趨勢及展望 199
參考文獻 200
第13章 資源循環：電池回收 203
13.1 技術概要 203
13.2 重要意義及國內外現狀 203
13.3 技術主要內容 206
13.3.1 鋰離子電池的失效機理 207
13.3.2 廢舊電池的預處理 208
13.3.3 技術一：晶體結構修復技術 208
13.3.4 技術二：材料提取回收技術 209
13.3.5 廢舊電池回收工業化應用技術 213
13.4 未來趨勢及展望 214
參考文獻 216
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綠色過程制造發展報告(精) 節選
**章綠色過程制造的重大戰略意義 1.1過程工程的內涵及重要性 化學工程經過歸納、綜合和與其他知識的交叉，形成了以傳遞和反應為主且不斷發展的“三傳一反+X”的學科基礎。這一學科基礎的應用對象已遠遠超過了化工*初的定義和范疇，覆蓋了所有物質的物理和化學加工工藝，也將化學工程提升為過程工程。過程工程的內涵基礎如何成長，21世紀我國將如何走在建立過程工程的前沿，發揮過程工程在國民經濟中的巨大作用，將成為今后的熱點[1]。 過程工程在工業中的體現即為過程工業。過程工業是國民經濟的基礎和支柱產業。經過半個多世紀的持續快速發展，中國的過程工業已擴展成為在能源、材料、冶金、環境、生物、醫藥、食品等諸多領域進行物質與能量轉化的產業，并不斷與其他工業進行交叉融合，具有品種多、層次多、服務面廣且配套性強等特點，在滿足國民經濟發展的重大需求方面，占據了不可替代的戰略地位。 過程工業涉及的市場規模宏大，主要包括以下兩類：全屬過程工程，如石油、化學過程工業，在我國共有13種；與其他工業交叉融合的過程工業，如煙草、自來水工程等。我國過程工業具有品種多、層次多、服務面廣且配套性強等特點，對汽車、家電、電子、電器、建筑、紡織等相關產業的發展有重大影響，也為國防、航空、航天、信息等產業提供了有力支撐，在社會發展和國民經濟中占有舉足輕重的地位。 過程工業經濟拉動效應明顯，解決了眾多人口的就業問題。截至2019年底，過程工業中占比*大的石油和化工行業規模以上企業26271家，資產總計13.46萬億元，占全國規模工業總資產的11.3%；2018年我國石油和化學工業注冊從業人員已達1380萬人以上，聯動相關產業人員規模上億。過程工業屬于勞動力密集型和技術密集型產業，解決了大量人口就業問題。 過程工業為保證農業發展和國家糧食安全做出了重大貢獻。過程工業為農業生產提供化肥、農藥、農用塑料薄膜，以及農業現代化發展所需要的各種化工產品，是支持農業發展的重要動力。化肥作為確保糧食增產、農民增收的重要物質基礎，已成為現代農業生產中不可或缺的戰略性物資；化學防治以其快速、高效、經濟和方便的突出優點，在農業有害生物的綜合防治體系中仍然占有主導地位。 強國必先強軍，過程工業為國防提供了必不可少的工業基礎，尤其是在新材料領域。世界各國對新材料技術的發展給予了高度重視，擁有新材料技術是保持軍事先進的重要前提。中國正面臨日益復雜的環境，地緣風險有所上升，裝備升級意義顯著。軍隊改革完成后，中國產業現代化明顯提速，《關于加快推進國防科技工業科技協同創新的意見》提出打造一批國防科技工業創新中心。2015年以來，我國關鍵裝備的更新換代正在快速進行之中，鈦合金、高溫合金等材料需求量將持續增長，新材料能為國防安全提供有力保障。 過程工業對信息安全極具保障作用，主要體現在對硬件設備生產的支撐上。芯片、存儲器、光纖、平板顯示器件等產品的生產，均需要超高純的特種化學品。但是我國電子化學品生產技術尚在積累當中，多數高端產品仍然依賴進口，再加上半導體制造工業相對落后，導致我國的運算芯片、硬盤等產品對外依存度非常高。在未來，物聯網、云計算、智能工業機器人、智能設備等需要強大的算力、海量的存儲器、動力轉換/控制部件，將帶動新型過程工業尤其是半導體制造業快速發展。過程工業能否提供足夠的電子化學品或材料，將決定這一進程的速度。 過程工業為經濟發展供應了必要的能源。過程工業生產的許多產品均與我國能源的供應相關。部分產品可作為汽車、飛機、輪船等交通運輸燃料；部分用作化工生產原料，生產數萬種下游化工產品，用于支撐國民經濟各個領域的可持續發展。充分利用過程工程的特點，發揮過程工業的優勢，提高傳統能源轉化效率，發展或推廣新能源對國民經濟的發展具有十分重要的意義。 1.2綠色過程制造的概念及戰略意義 綠色過程工程是在綜合考慮環境因素與社會可持續發展的前提下，通過介質/材料(如催化劑、溶劑等)的原始創新、反應器結構創新和新工藝的集成創新，形成變革性綠色原創技術并實現產業化。20世紀90年代初，美國學者提出了綠色化學的12條原則[2]，其中涉及原料、合成、催化劑、溶劑、工藝、成本、產品等重要問題，經過幾十年的發展以及與其他學科的交叉融合，擴展了“可再生能源、酶催化體系、非共價鍵分子體系、自分離體系、廢物綜合利用”等新內涵[3]，這些基本原則已被化學和化工界普遍接受。將綠色化學原理與化學工程相結合，形成了綠色化工學科，其顯著特征是面向工業應用，追求高轉化率、高選擇性和高能源利用效率，在保證原料、介質和產品的無毒或低毒，以及可觀的經濟效益的前提下，實現廢棄物的排放和副產物的產率*小，追求的總體目標是經濟效益和環境效益的協調*優。 進入21世紀以來，綠色過程與工程迅速成為重要的研究方向和熱點。1996年美國設立了總統綠色化學挑戰獎，2004年歐盟創建了可持續化學歐洲技術平臺(SusChem，2004)，目標是為未來的可持續化工和生物技術提供解決方案，日本也提出了綠色可持續化學的路線圖(2008～2030年)。1997年，國家自然科學基金委員會和中國石油化工集團公司(簡稱中國石化)啟動了“環境友好石油化工催化化學與化學反應工程”重大基礎研究項目，重點開展無毒無害原料、催化劑和“原子經濟”反應等新技術的基礎研究。中華人民共和國科學技術部(簡稱科技部)也圍繞綠色過程設立了多個重大研發計劃，如“973”計劃——“石油煉制和基本有機化學品合成的綠色化學”“大規模化工冶金過程的節能減排的基礎”，國家重點研究計劃“廢物資源化科技工程”“可再生能源與氫能技術”“新型鋰漿料儲能電池研究”等。2016年，《國家自然科學基金“十三五”發展規劃》明確將“可持續的綠色化工過程”列為化學科學部優先發展領域，該方向也獲得多項自然科學基金項目的支持[4]，在“十四五”規劃的制定過程中，綠色過程制造也是專家建言獻策的重點[5]。《中國制造2025》明確提出，加快制造業綠色改造升級，積極推行低碳化、循環化和集約化，提高制造業資源利用效率；強化產品全生命周期綠色管理，努力構建高效、清潔、低碳、循環的綠色制造體系。 從學科發展方向來看，綠色過程與工程已成為我國科學研究和學科布局的新熱點，許多單位紛紛成立了與綠色過程制造相關的研究機構，如中國科學院綠色過程與工程重點實驗室、中國科學院綠色過程制造創新研究院、上海市綠色化學與化工過程綠色化重點實驗室、離子液體清潔過程北京市重點實驗室、山東省綠色制造工程技術研究中心、江蘇省先進催化與綠色制造協同創新中心、動力電池綠色制造安徽省重點實驗室、甘肅省鎳鈷及稀貴金屬工業廢棄物資源化再利用重點實驗室等。國內外一些大學已將綠色化工列為研究生課程。在應用方面，工業界如中國石油天然氣集團有限公司(簡稱中國石油)和中國石油化工集團公司等制定和實施了明確的清潔生產機制和具體措施。對綠色化學與化工的重視也體現在新的學術期刊紛紛涌現，如Green Chemistry是較早的代表性期刊，1999年創刊后迅速成為綠色化學與化工的主流期刊。創刊于2008年的Energy & Environmental Science期刊，目前其影響因子已升至30.3。2013年，美國得克薩斯大學奧斯汀分校化工系的David T. Allen教授作為主編創辦了期刊ACS Sustainable Chemistry & Engineering，與前述期刊相比，該期刊具有明確的“工程”特色，注重報道綠色化學和工程的國際*新研究成果。2016年英國皇家化學學會(Royal Society of Chemistry，RSC)創辦的期刊Molecular Systems Design & Engineering，則重點報道基于分子層次認識的過程系統設計，力爭縮小科學和工程的差距。2015年，中國科學院過程工程研究所創辦了Green Energy & Environment期刊，旨在從能源、資源及環境等諸多領域報道基礎及工程研究的*新成果，該期刊推出后受到廣泛關注，目前已入選SCI期刊，*新影響因子為6.4。2020年，中國科學院過程工程研究所創辦了Green Chemical Engineering期刊，其以綠色化工為學科基礎，聚焦“綠色”，立足“工程”，注重學科交叉與綠色過程工程前沿問題，努力搭建科研與工程成果交流展示的平臺。 縱觀幾十年的發展，綠色過程與工程的一個重要的特點是兩個維度的研究模式，一個維度是從分子到系統的思路，不僅要考慮原料、溶劑和催化劑以及單元設備的創新，還需從系統的角度，通過從分子→納微→界面→設備→系統的多尺度調控，將理論方法用于實際技術研發鏈，即實驗室研究、工藝設計、設備優化和工程放大全過程；另一個維度是從傳統的單一的經濟目標向經濟、環境和安全等多目標的模式轉變，綜合兩個維度的研究成果為綠色技術的創新和產業化提供重要科學基礎。 隨著全球性環境和資源嚴重匱乏等問題的加劇，過程工業的綠色化成為推動工業可持續發展的重要途徑，其核心則需要通過介質/材料(如催化劑、溶劑等)的原始創新、反應器創新和工藝的集成創新，形成變革性綠色技術并實現其產業化。 習近平總書記在十九大報告中提出，“建立健全綠色低碳循環發展的經濟體系，構建市場導向的綠色技術創新體系”。因此，發展從源頭消除污染的綠色過程制造技術是過程工業可持續發展的必然趨勢，任何單元技術的突破對過程工程的綠色化都是不可或缺的。然而，綠色過程工程又是一個系統科學，不僅要重視單個技術的創新，同時還要考慮從原料替代、介質創新到單元強化及系統集成的整個鏈條，通過綠色材料/介質的原始創新和工藝的集成創新，實現過程工業的綠色化。 本書圍繞綠色制造這一核心，結合實例，論述現代煤化工、生物質化工、CO2化工、精細化工、新能源、信息材料、生物醫藥、生物醫用材料、PET循環回收技術發展、電池回收等10項技術進展，以期為綠色過程工業理論發展和綠色化工技術創新提供重要的依據和參考。 第二章綠色過程制造的發展現狀及趨勢 2.1綠色過程制造的發展現狀 綠色過程與工程的興起主要源于化工發展所帶來的嚴重的環境和社會問題。隨著不斷加劇的全球性環境生態破壞和化石資源的嚴重匱乏，以及工業生產活動導致的溫室效應對人類生存環境的危害，化工過程的綠色化成為解決這些難題的重要途徑之一。不僅要考慮原料、溶劑和催化劑及單元設備的創新和高效，還需要從系統的角度，通過從分子→納微→界面→設備→系統的多尺度調控，實現經濟、環境和安全的多目標*優[1-4]。圖2.1簡要說明了綠色過程工程的研究思路，即首先要考慮環境、健康和安全對新過程或產品的影響，從而在原料篩選、溶劑/催化劑開發、過程優化設計、系統運行等全過程中體現綠色化[5]。
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