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1、2018/11/27,1,Welcome to Green Chemistry,绿色化学 Green Chemistry,主讲：任 皞,2018/11/27,2,About the Teacher,Name: 任 皞 Email: chm_ Tel: 82767932,2018/11/27,3,胡常伟，李贤均，绿色化学原理及应用，北京，中国石化出版社，2002,04 Anastas P.T., Williamson T.C. Green Chemistry, Theory and Practice, London: Oxford University Press,1998 Anastas P.
2、T., Williamson T.C. Green Chemistry, Frontiers in Benign Chemical Synthesis and processes, London: Oxford University Press,1998 绿色化学导论仲崇立 编著，北京化学工业出版社，2000 绿色化学与化工闵恩泽，吴巍 编著，北京化学工业出版社，2000 绿色化学工艺朱宪 编著，北京化学工业出版社，2001,Text books and reference,2018/11/27,4,环境污染及其危害,什么是环境问题？,2018/11/27,5,触目惊心的污染及危害！,2018
3、/11/27,6,海鸟沾上油污后艰难的飞翔,在油海中无处觅食,海鸟身沾油污不能再飞翔,惨死沙滩,2018/11/27,7,化学工业的主要污染物废气,2018/11/27,8,化学工业的主要污染物废液,2018/11/27,9,化学工业的主要污染物废渣,2018/11/27,10,中国环境正在恶化!,全球性的环境恶化已经引起了广泛的关注，我国政府为了改善环境作出了不懈努力，但也应该看到，我们要做的还很多： 每年27亿吨的工业污水只有不到30%经过处理，而又只有不到50%的“处理过”的工业污水能达到国家标准 在绝大多数工业城镇，灰尘和悬浮颗粒含量超标几倍 每年有5亿多的肥沃土地被侵蚀流失 现存的淡
4、水资源不到世界平均水平的1/4 这是一个很清楚的事实如果我们不试图平衡经济与环境的关系，我们将不可能有真正意义上的经济与文明的发展。,2018/11/27,11,Typical Environmental Problem,Global Warming Nuclear Winter ( Winter due to Nuclear Effect ) Depletion of Ozone layer Photochemical smog and air pollution Acid rain Rapid reduction of living things manifoldness Disrupt
5、of forest Desolation and boundlessness,2018/11/27,12,20世纪化学工业带来的污染 (世界八大公害事件),2018/11/27,13,一、马斯河谷烟雾,2018/11/27,14,二、多诺拉烟雾,2018/11/27,15,三、伦敦烟雾,2018/11/27,16,四、洛杉矶光化学烟雾,2018/11/27,17,五、水俣事件,2018/11/27,18,六、四日事件哮喘病,2018/11/27,19,七、米糠油事件,2018/11/27,20,八、富山骨痛病,2018/11/27,21,其它化学污染,2018/11/27,22,绿色化学（Gr
6、een Chemistry）,1 20世纪化学工业的贡献及带来的问题,贡献： 1928年青霉素抗生素类药物制药业蓬勃发展使人类的抗疾病能力增强，寿命延长 1913年合成氨 化肥、农药业迅猛发展农业生产 1941年DDT 减轻了人口的增长对粮食到处需求的压力 1921年天然气 1930年聚乙烯 石油化学工业改变了人类的生活方式 1939年的顺丁橡胶 为材料、计算机等提供了物质保障 问题：化学工业带来严重的环境污染,2018/11/27,23,绿色化学的提出,传统的化学工业给环境带来的污染已十分严重，目前全世界每年产生的有害废物达3亿吨4亿吨，给环境造成危害，并威胁着人类的生存。化学工业能否生产出
7、对环境无害的化学品？甚至开发出不产生废物的工艺？有识之士提出了绿色化学的号召，并立即得到了全世界的积极响应。 绿色化学又称环境友好化学、环境无害化学、清洁化学，是用化学的技术和方法去减少或消除有害物质的生产和使用。,2018/11/27,24,绿色化学指什么？哪个国家最先提出这个口号？,绿色化学是20世纪90年代出现的一个多学科交叉的研究领域。它可以诠释为环境友好化学，其核心内涵是反应过程和化工生产中，尽量减少或彻底消除使用和生产有害物质。 绿色化学的口号最早产生于化学工业非常发达的美国。 1990年，美国通过了一个“防止污染行动”的法令。 1991年后在，“绿色化学”由美国化学会（ACS）提
8、出并成为美国环保署（EPA）的中心口号。 经过十多年的研究和探索，绿色化学的研究者们总结出了绿色化学的12条原则，这些原则可作为实验化学家开发和评估一条合成路线、一个生产过程、一个化合物是不是绿色的指导方针和标准。,2018/11/27,25,2 绿色化学（Green Chemistry）定义,又称环境友好化学（Environmentally Friendly Chemistry）、清洁化学（Clean Chemistry）。 定义：采用最少的资源和能源消耗，并产生最小的排放的工艺过程。,2018/11/27,26,绿色化学的12条原则,防止环境污染 提高原子经济性 尽量减少化学合成中的有毒原
9、料和有毒产物 设计安全的化学品 使用安全的溶剂和助剂 提高能源经济性 原料的再利用 减少官能团的引入 新型催化剂的开发 产物的易降解性 降低环境污染为宗旨的现场实际分析 防止生产事故的安全生产工艺。,2018/11/27,27,绿色化学的核心是： 利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染。 绿色化学提倡原子经济性，最理想的“原子经济”就是反应物的原子全部转化为期望的最终产物，原子利用率为100%,2018/11/27,28,绿色化学的主要特点是：,1充分利用资源和能源，采用无毒、无害的原料； 2在无毒、无害的条件下进行反应，以减少向环境排放废物； 3提高原子的利用率，力图使所有作为原
10、料的原子都被产品所消纳，实现“零排放”； 4生产出有利于环境保护、社区安全和人体健康的环境友好的产品。,2018/11/27,29,绿色化学给化学家提出了一项新的挑战，国际上对此很重视。1996年，美国设立了“绿色化学挑战奖”，以表彰那些在绿色化学领域中做出杰出成就的企业和科学家。绿色化学将使化学工业改变面貌，为子孙后代造福。,2018/11/27,30,历届“总统绿色化学挑战奖”获奖项目,2018/11/27,31,3 不产生“三废”的原子经济反应的途径,原子经济反应： A+BC（产物） 一般化学反应： A+BC（产物）+D（副产物）,100%,2018/11/27,32,开发新型催化剂,8
11、0以上的化学品均是通过催化反应制备的，催化剂在当今化工生产中占有极为重要的地位，而新催化材料是创造发明新催化剂的源泉，也是开发绿色化工技术的重要基础。通过新催化剂的开发形成新工艺新技术，最终提高反应的原子经济性。 环氧丙烷的生产 环氧丙烷是一种重要的有机化工原料，在丙烯衍生物中是产量仅次于聚丙烯和丙烯睛的第三大品种，主要应用于制取聚氨酯所用的多元醇和丙二醇，用以生产塑料等；还可作为溶剂使用。国内现有的生产技术是从国外引进的氯酸法。 新型催化材料钛硅-l（TSl）分子筛的开发，使由丙烯环氧化生产环氧丙烷过程的原子经济性得到明显提高。,2018/11/27,33,环氧丙烷的生产,原子利用率31%,
12、2018/11/27,34,原子利用率76%,2018/11/27,35,布洛芬是止痛药的主要成分，与 Aspirin一样，都是非类固醇消炎剂，因此常被用作消肿和消炎。原来的布洛芬合成是采用Boots公司的Brown合成方法，从原料要通过六步反应，才能得到产品。每步反应中的原料只有一部分进入产物，而另一部分则变成废物，所以采用这条路线生产布洛芬，所用原料中的原子只有40进入最后产品中去。 最近，德国BAS公司与Hoechst Celanesee公司合资的 BHC公司发明了生产布洛芬的新方法，该方法只采用三步反应即可得到产品布洛芬，其原子经济性达到77。也就是说新发明的方法少产废物37，BHC公
13、司因此获得1997年度美国“总统绿色化学挑战奖”。,采用新反应途径,布洛芬的生产,2018/11/27,36,布洛芬生产,原子利用率40%,原子利用率77%,2018/11/27,37,2018/11/27,38,采用新合成原料,初始原料的选择是绿色化学所应考虑的重要因素，寻找替代的、环境无害的原料也是绿色化学的主要研究方向之一。 目前，绝大多数有机化学品是用石油作原料合成的。石油炼制消耗大量的能量，而氧化过程是所有化学合成中污染最严重的过程。因此，十分有必要开发石油的替代原料，以减少其在化学合成中的使用。 生物质（biomass）是理想的石油品替代原料。生物质包括农作物、植物及其他任何通过光
14、合作用生成的物质。由于其含有较多的氧元素，在产品制造中可以避免或减少氧化步骤的污染。同时，用生物质作原料的合成过程较以石油作原料的过程的危害性小得多。当然，生物质炼制中产生的原料也可作为石油化学炼制中的原料，而进一步用于制造其他产品。,2018/11/27,39,2018/11/27,40,例1 用生物物质制造汽车燃料乙醇,目前，世界大约有7.5亿辆机动车，每年共需消耗约9亿t汽油和10亿t柴油。美国能源部预测世界石油年需求量将从当前的3.5Gt左右增加到2020年的5.5Gt。按此速度消耗，世界石油资源将在50年内面临枯竭的危险。 以谷物淀粉为原料的发酵法制造酒精，是一门具有40005000
15、年的古老工艺，而酒精作为机动车燃料的潜力多年来已为人所知。目前酒精作为机动车燃料主要还是掺入汽油中，与汽油混合使用。 酒精可作为机动车燃料已成为不争的事实。但传统的发酵工艺，以谷物为原料，原料成本高，且利用率低，能耗很大，因此酒精产品成本较高。要想将其大规模用于机动车燃料还必须降低成本。 降低成本的办法有二，其一是利用基因工程改进酵母的性能以提高过程效率，其二是采用更为廉价的纤维素原料。,2018/11/27,41,例2 用生物物质制造天然气,天然气有时也称为沼气，其主要成分是甲烷，目前广泛用作发电厂和家庭用燃料，部分天然气还用作化工原料。尽管目前天然气资源储量多于石油，但其储量也是有限的，估
16、计如以天然气为人类的主要能源，充其量也只能使用100年。另外，天然气储量分布不均，而输送设备建设投资巨大，因此开发生物质资源制备天然气技术具有重大意义。,2018/11/27,42,例3 生物制氢 氢气被认为是未来最为理想的能源。氢气燃烧热效应大，且只产生水，因而是高效清洁的燃料。以氢燃料电池驱动的汽车早已问世，但由于传统的电解制氢等方法成本较高，而缺乏实用价值。 生物制氢技术，以制糖废液、纤维素废液和污泥废液为原料，采用微生物培养方法制取氢气。在微生物生产氢气的最终阶段起着重要作用的酶是氢化酶。氢化酶极不稳定，例如在氧存在下就容易失活。因此，生物制氢的关键是要提高氢化酶的稳定性，以便能采用通常发酵方法连续较高水平生产氢气。,2018/11/27,43,绿色化学例题,绿色化学提倡化工生产应提高原子利用率。原子利用率表示目标产物的质量与生成物总质量之比。在下列制备环氧乙烷的反应中，原子利用率最
