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1、NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY循环经济v绿色化学 v1、汪朝阳主编、绿色化 学通用教程，中国纺织 出版社 v2、胡常伟，李贤均 主编 、绿色化学原理和应用 ，中国石化出版社v循环经济：周宏春、刘燕华主编、 循环经济学，中国发展出版社Nanjing University of Technology绿色化学的基本内涵和主要内容杜 艳 南京工业大学环境学院循环经济NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY人类面临着挑战v化学是一门“核心、实用、创造性”的科学，可 以说，人类的衣、食、住、行、用以及保持健康 等无一项可以离开化学 v随着人类社会的
2、发展，人类正面临着严峻的挑战 ：环境问题、资源问题、人类健康问题等 v可持续发展战略思想的提出 v面对这些挑战，化学怎么办？ v在思考过程中，人们使用了环境无害化学、环境 友好化学、清洁化学、原子经济和无害设计化学 等来描述迎接人类未来挑战的化学NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY世界部分矿物耗竭年限预测NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY绿色化学的提出v“绿色化学”这一理念1991年由美国化学会（ACS ）提出，很快成为美国环境保护局的中心口号，现 在已成为所有化学工作者的中心口号。 v1991年，美国有机化学家Trost在Scienc
3、e上提出“ 原子经济性”的概念 v1992年，荷兰有机化学家Sheldon提出“E因子”概 念 v1996.6，克林顿颁发美国首届“总统绿色化学挑战 奖” v1999年，世界第一本绿色化学杂质在英国创办NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY绿色化学的目的预防优于治理v绿色化学的根本目的是从节约资源和防止 污染的观点出发，重新审视和改革传统化 学，使对环境的治理从治标转向治本。 防止废物的产生优于在其生成后再进行处理或 清理，“预防优于治理”NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY绿色化学的特点从注重产率到注重 原子经济性 v传统上，描述某一合成
4、方法的有效性和效率的概 念主要是产率v产率忽略了副产物的产生v绿色化学的主要特点就是原子经济性，即在获得 新物质的化学过程中充分利用每个原料原子，实 现零排放v原子经济性在数值上用E因子、原子利用率来衡量NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY原子利用率原子利用率 =目标产物的量按化学计量式所得所有产物的量之和=目标产物的量各反应物的量之和 100% 100%ExamplesExample 1 ：环氧乙烷的制备Example 2：环氧丙烷的制备Example 3：甲基丙烯酸甲酯的制备Example 1环氧乙烷的制备杀菌消毒剂 致癌物传统方法传统方法氯化乙醇法氯化乙醇法C
5、H2=CH2 + Cl2 + H2OClCH2CH2OH + HClClCH2CH2OH + Ca(OH)2 + HClC2H4O + CaCl2 + 2H2OCH2=CH2 + Cl2 + Ca(OH)2 C2H4O + CaCl2 + H2O287174441111844111+ 18 = 12944111+ 18 + 44 100%=44 28+ 71 + 74 100% = 25%=传统方法的缺点L1. 原子利用率只能达到 25%, 即生产1公斤 环氧乙烷（目标产物）就会产生3公斤的副产 物（废物）L 2. 使用有毒有害 Cl2 作为原料，这就需要 特殊的设备和保护措施，以防泄漏.L
6、3. 为了得到产品还需要分离和提纯过程假定每一步反应的产率100：过程中使用银作为催化剂新方法新方法催化氧化法催化氧化法CH2=CH2 + 1/2O2ashsska44C2H4O2816 ashsska440ashsska44 28+16= 100% 100%= 44ashsska44= 100%J 高的原子利用率 (100%)(100%)J 反应物反应物氧气氧气对人以及环境都是安全的对人以及环境都是安全的J 不需要不需要分离和提纯过程分离和提纯过程新方法的优点假定该反应的选择性为100：Example 2环氧丙烷的制备ka 4271587411118ashsskaashaashaasha58
7、asha111+ 18 = 12958111+ 18 + 58 100%=5842+ 71 + 74 100% = 31%C3H6O + CaCl2 + H2OCH3CH=CH2 + Cl2 + Ca(OH)2 =传统方法传统方法氯醇法氯醇法传统方法的缺点L1.原子利用率只能达到 31%,即生产1kg 的目 标产物会产生2公斤的废物.L2. 反应物 Cl2 对人是有害的，还可以损坏 设备，所以需要特殊的设备和保护措施.L3.为了得到产品还需要分离和提纯过程假定每一步反应的产率100：使用催化剂：钛硅分子筛使用催化剂：钛硅分子筛新方法新方法催化氧化法催化氧化法ka42345818ashsskaa
8、shaashaC3H6O + H2OCH3CH=CH2 + H2O2 Ashs skaTitania- sillica molecular sieveashsska5818asha5858 + 18 100%=58 42 + 34 100% = 76%=aThe amount of target product formedJ 高的原子利用率 (76 %)(76 %)J 唯一的副产物-waterwater. J 与氯气相比，与氯气相比，双氧水双氧水对人和环境相对对人和环境相对安全安全新方法的优点假定该反应的选择性为100：Problem?CH3CH=CH2 + 1/2 O2 C3H6O 1最佳
9、原子经济性和较低投资费用 2- 产率低、选择性低选择合适的催化剂 ，提高选择性 3-大连海事大学：低温等离子体反应器中， 直接引发自由基反应Example 3甲基丙烯酸甲酯的制备传统方法是利用制取苯酚的副产物丙酮(H3CCOCH3) 和丙烯腈工业的副产物HCN经两步反应制取，是一个废 物充分利用的典型例子传统方法传统方法heldCH3C(CN)(OH) CH3CH3COCH3 + HCNAhs skaCH3OOC(CH3)C=CH2 + NH4HSO4CH3OH, H2SO4CH3COCH3+ HCN + CH3OH + H2SO4CH3OOC(CH3)C=CH2 + NH4HSO4AA100
10、+115 100%=a58a273298100115100115 100%10058+27+32+98100AAAAAA=46%AA传统方法的缺点L 1. 原子利用率为 46%, 即生产 1kg的目标 产物可产生 1.15kg 废物.L 2. 反应物 HCNHCN 为剧毒物质L 3. 需要额外的分离和提纯过程假定每一步反应的产率、选择性均为100 ：该方法利用石脑油裂解的副产物丙炔为原料新方法新方法Pb(OAc)Pb(OAc)2 2一步催化法一步催化法J 高的原子利用率 (100 %)(100 %)J 与HCN相比，CO和甲醇相对安全.J 没有废物产生新方法的优点假定该反应的选择性为100：小
11、 结v原子利用率达到100%的反应有两个最大的 特点： 最大限度地利用了反应原料，最大限度地 节约了资源 最大限度地减少了废物排放（理论上可以 达到零废物排放），因为最大限度地减少了 环境污染，或者说从源头上消除了由化学反 应副产物引起的污染化学反应的原子经济性定义：原子经济性是指反应物中有多少进入了产 物，一个理想的原子经济性的反应，就是反应物 中的所有原子进入目标产物的反应，也就是原子 利用率为100%的反应，这就要求目标产物就是反 应物原子的结合原子经济反应：1991，Barry M. Trost获得1998年美国“总统绿色化学挑战奖”的学术奖不饱和键的简单加成反应无机化学中的元素与元素
12、作用生成化合物的反应? 如何设计原子经济反应如何设计原子经济反应A + BC D废物废物传统反应：目标目标 产物产物E + FC C目标产物原子经济反 应：没有副产物生成 没有废物需要处理 没有污染尽量提高反应的转化率和选择性v原子经济反应是最大限度利用资源、最大限度减 少污染的必要条件，但不是充分条件。v一些化学反应，从计量式来看，是原子经济的， 但若反应平衡的转化率很低，而反应物与产物分离 又有困难，反应物难于循环使用造成污染及资源 的浪费v一些反应，反应本身是原子经济的，但两反应物 还能同时发生其他平行反应，生成不需要的副产物 我们选择的反应还必须是高选择性的v原子经济的反应、高的反应物
13、转化率、高的反应 选择性是实现资源合理利用、避免污染缺一不可的CH3CH=CH2 + 1/2 O2 C3H6O CH3CH=CH2 + 1/2 O2 丙醛 CH3CH=CH2 + 1/2 O2 丙烯醛 NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGYE因子（环境因子）v相对于每种化工产品而言，期望产品以外的任何 东西都是废物。v1992年，荷兰有机化学家Roger A.Sheldon 提出 环境因子的概念，表示一个产品生产过程中对环 境造成的影响。vE因子定义为每生产1kg期望产品同时产生的废物 的量E E因子因子E因子=废物质量产品质量The larger E废物越多，污染越
14、严 重如果原子利用率 =100%，则 E=0NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY不同化工部门的E因子工业部门 产量/t E炼油 106 108 0.1基本化工 104 10 6 1 5精细化工 102 1 04 5 50制药 10 103 25 100产品的生产规模越小，E因子越大NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY环境商值（EQ）vE因子仅仅体现了废物与目标产物的相对比 例 v废物排放到环境后，其对环境的影响和污 染程度还与相应废物的性质以及废物在环 境中的毒性行为有关。 v精确评价一种合成方法、一个过程对环境 的好坏，必须同时考虑废物
15、排放量和废物 的环境行为本质的综合表现。 vQ值：根据废物在环境中的行为给出的对环 境不友好度NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY环境商值（EQ）环境商值（环境商值（EQEQ）是以化工产品生产过程中产生的废物量）是以化工产品生产过程中产生的废物量的多少、物理、化学性质及其在环境中的毒性行为等综合评价的多少、物理、化学性质及其在环境中的毒性行为等综合评价指标来衡量合成反应对环境造成的影响指标来衡量合成反应对环境造成的影响 E-E-E因子Q-Q-对环境不友好度若将无害的氯化钠和硫酸胺的Q值定为1，则重金属【如铜、汞等】离子的盐类基于其毒性大小，Q=1001000.其综合表现为其综合表现为 EQEQE EQQNANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY绿色化学的理想零排放v如果根本没有废物排放，则E因子为0，EQ 值必然为0，这就是零排放，它是绿色化学 最根本的特征，也是绿色化学的最终理想v因此，绿色化学在理论上是一个新的观念 ；在实践上，更多地是一个过程，即绿色 化过程设计安全有效的目标分子设计安全有效的目标分子寻找安全有效的反应原料寻找安全有效的反应原料寻找安全有效的合成路线寻找安全有效的合成路线寻找新的转化方法寻找新的转化方法寻找安全有效的反应条件寻找安全有效的反应条件Green
