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1、绿色化学与化工 技术的进展环境治理的历史回 顾 20世纪4050 年代 稀释废 物 20世纪6070 年代 废物后 处理 20世纪90年代 从源头消 除污染源2绿色化学(Green Chemistry) 环境无害化学 环境友好化学清洁化学 从源头消除污染的途径 新设计化学合成方法和化工产 品来根除污染源3各国政府推动绿色化学的措施 美国1990年美国颁布了污染防治条例， 将污染的防治定为国策1996年设定“总统绿色化学挑战奖” 日本制订“21世纪重建绿色地球”的新阳光计划，设立“为地球创新技术的研究院” 欧盟各国德国 1991年制订“为环境而研究的计划”英国 2000年设立“Jerwood S
2、alters环境奖”荷兰 制订“清洁生产手册”41990年，美国通过了一项“防止污染行动”的法令。 1991年后，绿色化学由美国化学会（ACS）提出并成为美国国家环保局（EPA）的中心口号。 1995年，美国前总统克林顿设立了“总统绿色化学挑战奖”，从 1996年开始在华盛顿国家科学院每年颁发一次，这是化学领域唯一的总统级科学奖。1999年，世界上第一本绿色化学杂志诞生。2000年，美国化学会出版了第一本绿色化学教科书。5 中国制订了“科教兴国”和可持续发展策略，并于 1993年世界环境和发展大会之后，编制了中 国21世纪议程郑重声明走可持续发展道路的 决心。 1995年中国科学院化学部组织了
3、绿色化学与技术 推进化工生产可持续发展的途径院士咨询活动 1997年国家自然科学基金委“九五”重大项目：环境 友好石油化工催化化学与反应工程 1997年5月，香山科学会议第72次学术研讨会：可持 续发展问题对科学的挑战绿色化学 1998年合肥第一届国际绿色化学高级研讨会 1999年北京第16次九华山科学论坛“绿色化学的基本 科学问题” 2000年科技部国家重点基础研究发展规划项目 立项石油炼制和基本有机化学品合成的绿色化学6绿色化学的兴起环境保护的推动 合理利用资源 降低成本 环境监测费用 废物处理费用 人身保健费用 社区安全保险费用等7绿色化学的主要内容无毒无害原料 可再生资源环境友好产品回
4、归自然 废物回收利用无毒无害 催化剂无 毒无 害 溶 剂原子经济反应8绿色化学的12条原则 1、防止废物的产生而不是产生后再来处理； 2、合成方法应设计成能将所有的起始物质嵌入到最 终产物中；3、只要可能，反应中使用和生成的物质应对人类健 康和环境无毒或毒性很小；4、设计的化学产品应在保护原有功效的同时尽量使 其无毒或毒性很小；5、尽量不使用辅助性物质（如溶剂、分离试剂等） ，如果一定要用，也应使用无毒物质；6、能量消耗越小越好，应能为环境和经济方面的考 虑所接受； 9绿色化学的12条原则7、只要技术上和经济上可行，使用的原材料应是能再生的； 8、应尽量避免不必要的衍生过程（如基团的保护，物理
5、与化学过程的临时性修改等）；9、尽量使用选择性高的催化剂，而不是提高反应物的配料比；10、设计化学产品时，应考虑当该物质完成自己的功能后，不再滞留于环境中，而可降解为无毒的产品；11、分析方法也需要进一步研究开发，使之能做到实时、现场监控，以防有害物质的形成；12、化学过程中使用的物质或物质的形态，应考虑尽量减少实验事故的潜在危险，如气体释放、爆炸和着火等。10内容简介大力开发医药等精细化工产品的 “原子经济”反应 ， 力争实现废物“零排放”大宗有机化工品的第二代绿色生产技术正在开发超临界CO2代替有毒、有害溶剂正在推广应用利用可再生资源生产大宗有机化工产品方兴未艾工农结合, 生产超清洁生物柴
6、油永恒的主题设计、生产和使用环境友好产品回收废塑料、纤维等材料，走上“闭路循环”之路11(一)大力开发医药等精细化工产品 “原子 经济”反应，力争实现废物“零排放”Barry Trost：原子经济性(Atom Economy)概念A B C DA B C 产物废物或副产物废物 为零12工业业部门门每吨产产品排放的废废物（吨/吨）炼炼油0.1大宗化学品15精细细化工520制药药25100不同工业部门生产中的废物排放量制药、精细化工更需开发原子经济反应13第一步第二步第三步第四步第五步第六步布洛芬Boots公司的 Brown方法原子经济性40%布洛芬镇静、 止痛药的生产14第一步第二步第三步BHC
7、公司新 发明的绿色 方法简单 多了 ！原子经济性 99% (包括醋酸) 获1997年美国总统 “绿色化学挑战奖”15 传统工艺3-氯过苯甲酸氧化剂，原子经济性42%， 产生3-氯苯甲酸废物 绿色工艺负载锡的沸石催化剂，过氧化氢氧化剂 ，原子经济性86%，副产物只有水Baeyer-Villiger反应 用于生产医药、塑料添加剂O+ClOOOHOO+ClOHO锡/沸石16医药、农药、功能化学品的研究绿色化学最活跃的前沿领域 大力研究原子经济反应和手性合成 等 医药、农药等产品要引进多种官能 团和调整化学结构，生产往往经过 多步反应，需要配套开发技术，才 能推向工业化17(二)大宗有机化工产品的第二
8、 代绿色生产技术正在开发 烃类氧化的“原子经济”反应正在改 进 替代剧毒光气等原料的绿色技术， 研究降低成本 开发新一代苯与烯烃烷基化无毒无 害固体酸催化剂18烃类氧化的“原子经济” 反应正在改进 20世纪80年代发明钛硅分子筛作为催化剂 采用H2O2为氧化剂 实现下列“原子经济”反应丙烯环氧化制环氧丙烷环己酮氨氧化制环己酮肟苯酚氧化制对苯二酚19丙烯环氧化制环氧丙烷次氯酸石灰废渣 污水传统工艺氯醇法：原子经济性=31%绿色工艺钛硅分子筛催化：原子经济性=76%1- 氯丙醇2- 氯丙醇20目前针对烃类催化氧化的不 足，又有了新进展 降低H2O2费用 原位H2、O2合成H2O2，与丙 烯环氧化集
9、成 新氧化剂异丙苯过氧化物 新氧化催化材料 Sn/沸石 有机氮络合Fe2+系催化剂含钨的金属簇相转移催化剂 21烃类催化氧化生产大宗有机化 学品的原子经济反应 分析我国已开发技术的不足 参照国外新研究动向力争开发下一代绿色技术22替代剧毒光气等原料的绿色技术 需要降低成本 1984年印度博帕尔光气泄漏事件 2000年罗马尼亚一家工厂的氰化 物泄漏到多瑙河支流事件 造成人身伤亡、生态环境严重破坏 需要开发绿色技术23替代光气制造异氰酸酯工艺 伯胺和二氧化碳或碳酸二甲酯反 应 伯胺和一氧化碳进行氧化羰化 硝基苯和一氧化碳羰基化正在小试、中试，比光气法生产 成本高10，需要降低成本 24甲基丙烯酸甲
10、酯的生产工艺 传统工艺绿色工艺47%原子经济性100%原子经济性投资、成本低25对于替代剧毒光气、氢氰酸等原料 的制造大宗有机化学品需要努力开发低成本技术，形成规 模经济的生产厂以利竞争26开发新一代苯与烯烃烷基化 无毒无害固体酸催化剂 工艺艺传统传统 工艺艺绿绿色工艺艺乙烯烯与苯烷烷基化AlCl3ZSM-5气相法 USY、液相法丙烯烯与苯烷烷基化AlCl3、MCM-22 液相法长链烯烃长链烯烃 与苯 烷烷基化HF固体酸-固定床 传统AlCl3、HF催化剂的缺点：腐蚀设备，危害 人身健康和社区安全，废水、废渣污染环境27开发新一代芳烃烷基化 固体酸催化剂 分子筛固体酸催化剂环境友好，但是：酸强
11、度 低，分布不均，酸中心少；因而，反 应温度和压力高，产品杂质增多 为克服上述缺点，下一代固体酸催化剂杂多酸、包裹型液体酸、 Nafion/SiO2复合材料、纳米分子筛复合材料、离子液体等 28开发新一代苯与烯烃烷基化 无毒无害固体酸催化剂 加快已有基础的负载型杂多酸的开发 利用悬浮催化蒸馏等新工艺 力争开发具有中国特色的独特先进新催化剂和工艺 继续研究纳米分子筛复合材料、离子液体等新催化材料29（三）超临界二氧化碳代替有毒 、有害溶剂正在推广应用 挥发性有机溶剂有广泛用途 涂料和油漆的 溶剂 泡沫塑料的发 泡剂 微电子器件等 的精密清洗 服装干洗的清 洗剂 化工生产过程 中作为溶剂 挥发性有
12、机溶剂对环境的危害 -形成光化学烟雾 -引起和加剧多种呼吸系统疾病， 增加癌症发病率 -导致谷物减产、橡胶硬化等，每 年造成大量损失 -二氟二氯甲烷等破坏地球大气中 的臭氧层30超临界二氧化碳溶剂的优点 二氧化碳在常温下是气体，无色、无味 、不燃烧、化学性质稳定 不会形成光化学烟雾，也不会破坏臭氧 层 来源丰富，价格低廉 超临界二氧化碳可很好地溶解一般有机 化合物31用超临界二氧化碳代替 挥发性有机溶剂的应用 替代机械、电子、医药和干洗等行业中普遍采用的挥发性有机清洗剂 代替氟氯烃作泡沫塑料的发泡剂 超临界CO2为溶剂，生产氟化物单体和聚合物32超临界二氧化碳代替有毒、 有害溶剂的发展利用我国
13、合成氨厂、炼油厂中制 氢装置大量排放的CO2，开发（或引 进） 超临界CO2技术在房屋装修、 泡沫塑料生产、服装干洗等中应用 ，形成新兴产业。33（四）利用可再生资源生产大宗 有机化工产品方兴未艾 以植物为主的生物质资源是一个可再生 的巨大资源宝库，利用可再生资源可以 消除污染，用之不竭，实现可持续发展 开发生物催化技术是关键34国外生物技术生产大宗 化工产品已取得突破 Du Pont和 Genecor International等合 作建成由玉米生产1，3丙二醇(PDO) 装置，成本比化学法低15 CargillDOW公司正在建设一个14万 t/a的聚乳酸工厂，用于生产塑料、纤维 35从生物
14、质原料所制产品的目标产品种类生物质原料产品所占比例，%当前2020年2090年液体燃料121050有机化学品102590美国国家研究委员会（National Research Council)36利用可再生资源生产大宗有机 化工产品的研究可再生植物原料中现在使用的葡萄糖 ，正在开发低成本的蔗糖，最后使用 木质素纤维生物催化、化学法的组合组织多学科合作，加强研究37（五）工农结合, 生产超清洁 生物柴油生物柴油的特点 减少汽车尾气中SOx和颗粒物 排放 整个过程少排放CO2，减少温 室效应 本身无毒、无害，能自行分解 回归自然 具有一定的润滑性，从而延长 机动车的寿命燃烧热值稍低，倾点较高，影
15、响低温启动 38生物柴油的制造植物油与甲醇（乙醇）酯交换制得棉籽油、棕榈油、椰子油、 菜籽油、野生植物油以及海藻等 化学法 液碱催化 固体碱催化 二段催化 酶催化39生物柴油在国外已经销售使用目前欧共体年产生物柴油70万吨，2003年规划 达到230万吨，2010年达到830万吨。 德国生物柴油的年产量已达40万吨，已有700 多个加油站销售生物柴油。 法国许多石油柴油中已调配有生物柴油，哥本 哈根、里斯本等欧洲城市的公共汽车已经使用 生物柴油 美国30万吨/年，日本40万吨/年生物柴油生产 能力40我国发展生物柴油的意义、 问题及对策 超清洁柴油 有利于增产柴油、调整柴汽比 减少原油进口，多一条运输能源安全保障的途径 多一条农林业增产、增收途径 关键是植物油成本高，难与石油柴油竞争 对策： 政府支持 与农业生产结合（农业加工工业） 种植低成本油料作物 改进工艺，利用副产品（甘油、润 滑剂、清洁溶剂等）降低成本41（六）永恒的主题设计、生 产和使用环境友好产品环境友好产品在加工和应用过程中及功能消失之后均不会对人类健康和生态环境产生危害 42美国“总统绿色化学挑战奖”的 设计更安全化学品奖 1996年至20
