环境化学-第八章绿色化学的基本原理与应用.ppt

单击此处编辑母版标题样式,L o g o,*,绿色化学,绿色化学的起源、原则与研究进展,主要内容,绿色化学的起源,绿色化学的十二条原则,绿色化学的研究进展,绿色化学的起源,绿色化学的定义,绿色化学产生的三阶段,传统化学的双重作用,二十世纪化学领域的成绩,年代,产品名称,作用,1913,合成氨,粮食、果蔬产量提高,1941,杀虫剂,DDT,1928,青霉素,人均寿命大大延长,1930,聚氯乙烯,遍及人类的生产、生活的各个方面,1938,尼龙,1939,顺丁橡胶,1921,乙烯（天然气裂解）,人类面临的环境危机,臭氧层破坏,Text,全球变暖,生物多样性减少,酸雨,森林锐减,土地沙漠化,海洋污染,大气污染,淡水资源污染,垃圾围城,环境保护的警世之作,1962,年，美国女海洋生物学家,Rachel Carson,所著,Silent Spring,出版。,管制与控制时期,稀释废物来防治环境污染,污染预防为主，末端治理为辅,第一阶段,第二阶段,第三阶段,50,年代,5080,年代末,90,年代初,绿色化学产生的三个阶段,八大公害事件,什么是绿色化学,绿色化学,，又称,环境无害化学,、,环境友好化学,、,清洁化学,。它是利用化学原理和方法来减少或消除对人类健康、社区安全、生态环境有害的反应原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物的使用和产生的新兴学科，是一门从源头上减少或消除污染的化学,绿色化学,Green Chemistry,生活质量,人类福利,环境保护,可持续发展,绿色化学的主要研究内容,原子经济反应,高选择性反应,无毒无害原料,可再生资源,环境友好,产品,无毒无害,催化剂,无毒无害,溶剂,绿色化学的十二条原则,1.,预防,2.,原子经济性,3.,低毒害化学合成,4.,设计较安全的化合物,5.,使用较安全的溶剂与助剂,6.,有节能效益的设计,7.,使用再生资源作原料,8.,减少运用衍生物,9.,催化反应,10.,设计可降解产物,11.,及时分析以防止污染,12.,采用本身安全,能防止发生意外的化学品,1.,预防,：,防止废物的生成比在其生成后再治理好,。,2.,原子经济性：,设计的合成方法应使生产过程中使用的原料最大程度的进入产品之中,.(,Trost,1991,提出,),Trost,获,1998,年美国“总统绿色化学挑战奖,”,学术奖,乙烯制备,环氧乙烷,（气体杀菌消毒剂）反应,1,）经典方法 二步法,CH,2,=,CH,2,+Cl,2,+H,2,O ClCH,2,CH,2,OH+,HCl,ClCH,2,CH,2,OH+Ca(OH),2,+,HCl,C,2,H,4,O+2CaCl,2,+2H,2,O,2,）新方法 一步法,C,2,H,4,+O,2,C,2,H,4,O,总反应为,C,2,H,4,+Cl,2,+Ca(OH),2,C,2,H,4,O+CaCl,2,+H,2,O,28 71 74 44,C,2,H,4,+O,2,C,2,H,4,O,28 16 44,催化剂,催化剂,3.,低毒害化学合成：,设计合成方法时,只要可能不论原料、中间产物和最终产品均应对人体健康无害无毒,(,包括小毒性或无毒,).,环境污染源与人体健康,光气（,COCl,2,）的毒性,：极微量时可引起咳嗽、咽喉发炎、呕吐等；重症时，引起肺部淤血和肺水肿；深度中毒时，导致急性窒息性死亡。因而被称为“在陆地上的溺死”。第一次世界大战中，光气曾被用作化学武器。,惨痛的博帕尔毒气事件,取代光气的绿色化学技术,1.,用,CO,2,代替光气,（,COCl,2,）,生产亚氨酯,：,传统工艺为：,RNH,2,+COCl,2,RNCO+,HCl,RNCO+ROH RNHCOOR,美国,Monsanto,公司开发的新工艺为：,RNH,2,+CO,2,RNCO+H,2,O,RNCO+ROH RNHCOOR,彻底解决了传统工艺的两大问题,固体光气,2,.,4.,设计较安全的化合物：,化工产品设计时,必须使其具有高效的功能,同时也要减少毒性,.,绿色化学化工实用技术,贡长生著 化学工业出版社,p.33,实例：海洋船舶防垢剂,传统对策,：,在油漆中添加有机锡防垢剂,TBTO,Rohm&Haas,公司研究出,Sea-,Nine,tm,抗浮游生物剂,TBTO,有毒副作用,生物体内产生积累放大效应，最高可达,10000,倍,半衰期长,降解快,（,海水中半衰期为,1d,，沉积物中为,1h,，在生物体中积累基本为零）,获得,1996,年美国“总统绿色化学 挑战奖”的设计更安全化学品奖,5.,使用较安全的溶剂与助剂：,应尽可能避免使用溶剂,分离试剂等助剂,如果不可避免,也应选用无毒无害的助剂,.,传统溶剂、助剂,：,氯仿（,CHCl,3,）,、四氯化碳、苯、氟氯烃、烃类及其衍生物,缺点,有毒物质,氟氯烃破坏臭氧层,烃类及其衍生物导致光化学烟雾,无毒无害的超临界,co,2,超临界流体,处于超临界温度和超临界压力下的流体，是一种介于气态和液态之间的状态。其密度与液体接近，而黏度则与气体接近。这一流体具有可变性，其性质随温度和压强的变化而变化。,超临界,co,2,T 31,；,P 7.38Mpa,廉价、无毒、易分离,不燃烧，不形成光化学烟雾，也不破坏臭氧层,从来源上看，是生产合成氨和天然气的副产物,超临界,co,2,作溶剂：,超临界,CO,2,作萃取剂,：,应用范围,应用类别,食品工业,中草药有效成分的提取、分离，药品原料的浓缩、精制,医药工业,啤酒花、动植物油、咖啡因、植物色素的提取,化妆品香料工业,天然香料、合成香料的分离和精制，化妆品原料的萃取,6.,有节能效益的设计：,合成方法必须考虑过程中能耗对成本和环境的影响,应设法降低能耗,尽可能在常温常压条件下的合成方法,.,可利用的能源,电能,光能,微波,自由基成环,二硫代保护基团感光裂解,2-,甲基,-1,，,3-,戊二烯与乙醛酸酯在苯溶剂中的反应,7.,使用再生资源作原料：,在技术可行和经济合理的条件下,原料要用可再生资源代替消耗性资源,.,由光合作用产生的所有生物有机体的总称，包括植物、农作物、林产物等。其中含有淀粉、纤维素、木质素等成分,。,可再生，储量丰富,大部分已高度氧化,比矿物原料更清洁,季节性强，产量、质量不稳定,需要大量土地,什么是生物质,生物质的特点,1996,年,“,总统绿色化学挑战奖,”,学术奖,Taxas,A&M,大学,M.Holtzapple,教授利用废弃的生物质,经石灰消化处理,后经发酵生产有机化学品和燃料,.,绿色化学化工实用技术,贡长生著 化学工业出版社,P.16,绿色化学化工实用技术,贡长生著 化学工业出版社,P.31,生物质原料的加工利用,实例：己二酸的制取,传统制法：,1.,原料苯为致癌物质,2.,硝酸作为氧化剂腐蚀严重,3.,反应需要高温高压条件，能耗高,Frost,用,葡萄糖,为原料制取己二酸：,8.,减少运用衍生物,:,如果有可能,减少或避免运用生成衍生物的步骤,(,如用封闭基因,保护,/,脱保护,暂时修饰的物理,/,化学过程,),因为这些步骤要用外加试剂并且可能发生废弃物,.,保护与去保护,成盐,增添一个只为被取代的官能团,9.,催化反应,:,催化剂优于计量反应试剂,.,传统的无机液体酸催化剂：,硫酸、氢氟酸、三氯化铝,H,2,SO,4,强腐蚀性、脱水性、氧化性,。,废液处理 令人头痛,HF,剧毒，强腐蚀性和脱水性,AlCl,3,强腐蚀性,。,必须在无水条件下操作,分离难，不易循环使用,分子筛催化剂,实例：分子筛代替三氯化铝催化剂合成异丙苯,10.,设计可降解产物,:,化学产物应当设计成为在使用之后能降解成为无毒害的降解产物而不残存于环境之中,.,11.,及时分析以防止污染,:,要进一步开发分析方法,使其可及时现场分析,并且能够在有害物质生成之前就予以控制,.,12.,采用本身安全,能防止发生意外的化学品：,在化学过程中，选用的物质以及物质使用的形态，都必须能防止或减少隐藏的意外（包括泄露，爆炸，火灾）事故的发生。,绿色化学的发展方向,可持续发展,材料科学,生命科学,信息科学,物理科学,绿色化学,绿色化学的发展方向,新的化学反应过程研究,传统化学过程的绿色化学改造,能源中绿色化学问题和洁净煤化学技术,资源再生和循环利用技术研究,科学研究的最大乐趣在于体验,探索,与,创造,的,快乐,！,