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1、绿色化学讲座绿色化学讲座（Green Chemistry）济源职业技术学院冶金化工系济源职业技术学院冶金化工系一、绿色化学产生的背景领域领域领域领域年代年代年代年代主要成就主要成就主要成就主要成就作用作用作用作用生物生物生物生物医药医药医药医药19281928年年年年发现第一个抗生素：发现第一个抗生素：发现第一个抗生素：发现第一个抗生素：盘尼西林盘尼西林盘尼西林盘尼西林减轻疼痛减轻疼痛减轻疼痛减轻疼痛预防疾病预防疾病预防疾病预防疾病保健益寿保健益寿保健益寿保健益寿19531953年年年年发现发现发现发现DNADNA双螺旋结构双螺旋结构双螺旋结构双螺旋结构化工化工化工化工化肥化肥化肥化肥农药农药
2、农药农药19131913年年年年合成氨化肥的生产合成氨化肥的生产合成氨化肥的生产合成氨化肥的生产减轻人口减轻人口减轻人口减轻人口增长、对增长、对增长、对增长、对食品需求食品需求食品需求食品需求的压力的压力的压力的压力19411941年年年年主要杀虫剂主要杀虫剂主要杀虫剂主要杀虫剂DDTDDT进进进进入市场增产粮食、蔬入市场增产粮食、蔬入市场增产粮食、蔬入市场增产粮食、蔬菜菜菜菜20世纪化学工业的贡献世纪化学工业的贡献领领领领域域域域年代年代年代年代主要成就主要成就主要成就主要成就作用作用作用作用石石石石油油油油工工工工业业业业19211921年年年年天然气、氢烃蒸气裂天然气、氢烃蒸气裂天然气、
3、氢烃蒸气裂天然气、氢烃蒸气裂解制造乙烯解制造乙烯解制造乙烯解制造乙烯奠定石油工业奠定石油工业奠定石油工业奠定石油工业发展基础发展基础发展基础发展基础19301930年年年年开始生产聚氯乙烯开始生产聚氯乙烯开始生产聚氯乙烯开始生产聚氯乙烯成功开发石化成功开发石化成功开发石化成功开发石化产品：合成纤产品：合成纤产品：合成纤产品：合成纤维、橡胶、塑维、橡胶、塑维、橡胶、塑维、橡胶、塑料、洗涤剂、料、洗涤剂、料、洗涤剂、料、洗涤剂、涂料、粘合剂涂料、粘合剂涂料、粘合剂涂料、粘合剂家电部件、家电部件、家电部件、家电部件、遍及衣食住行遍及衣食住行遍及衣食住行遍及衣食住行19381938年年年年生产出化纤尼
4、龙生产出化纤尼龙生产出化纤尼龙生产出化纤尼龙193919394545年年年年开始生产顺丁橡胶开始生产顺丁橡胶开始生产顺丁橡胶开始生产顺丁橡胶化学工业的主要污染物化学工业的主要污染物废气废气污染物污染物主要来源主要来源硫氧化物硫氧化物氮氧化物氮氧化物硫酸厂、硝酸厂、染料厂、石硫酸厂、硝酸厂、染料厂、石化厂、化纤厂化厂、化纤厂卤化物卤化物氯碱厂氯碱厂、制冷剂厂制冷剂厂、有机合成厂有机合成厂有机类废气有机类废气 石化厂、有机合成厂石化厂、有机合成厂固体悬浮物固体悬浮物 发电厂、焦化厂发电厂、焦化厂硫化氢硫化氢硫醇硫醇石化厂、煤气厂、染料厂石化厂、煤气厂、染料厂化学工业的主要污染物化学工业的主要污染物
5、废液废液污污污污 染染染染 物物物物主主主主 要要要要 来来来来 源源源源酸、碱类酸、碱类酸、碱类酸、碱类 硫酸厂硫酸厂硫酸厂硫酸厂、硝酸厂硝酸厂硝酸厂硝酸厂、磷肥厂磷肥厂磷肥厂磷肥厂、纯碱厂纯碱厂纯碱厂纯碱厂、石化厂石化厂石化厂石化厂氨氨氨氨 氮氮氮氮煤气厂、氮肥厂、化工厂煤气厂、氮肥厂、化工厂煤气厂、氮肥厂、化工厂煤气厂、氮肥厂、化工厂重金属重金属重金属重金属电镀厂、冶炼厂等电镀厂、冶炼厂等电镀厂、冶炼厂等电镀厂、冶炼厂等有机物有机物有机物有机物农药厂、染料厂、食品加工厂农药厂、染料厂、食品加工厂农药厂、染料厂、食品加工厂农药厂、染料厂、食品加工厂油油油油 类类类类石油炼制厂、石化厂石油炼
6、制厂、石化厂石油炼制厂、石化厂石油炼制厂、石化厂氰化物氰化物氰化物氰化物煤气厂、有机合成厂、石化厂、煤气厂、有机合成厂、石化厂、煤气厂、有机合成厂、石化厂、煤气厂、有机合成厂、石化厂、酚、醛、酚、醛、酚、醛、酚、醛、有机氯等有机氯等有机氯等有机氯等煤气厂煤气厂煤气厂煤气厂、石化厂石化厂石化厂石化厂、炼油厂炼油厂炼油厂炼油厂、农药厂农药厂农药厂农药厂、氯碱厂氯碱厂氯碱厂氯碱厂硫化物硫化物硫化物硫化物石化厂石化厂石化厂石化厂、氯碱厂氯碱厂氯碱厂氯碱厂、染料厂染料厂染料厂染料厂、煤气厂煤气厂煤气厂煤气厂、染料厂染料厂染料厂染料厂化学工业的主要污染物化学工业的主要污染物废渣废渣污污污污 染染染染 物物
7、物物主主主主 要要要要 来来来来 源源源源硫铁矿渣硫铁矿渣硫铁矿渣硫铁矿渣硫酸厂硫酸厂硫酸厂硫酸厂电石渣、盐泥电石渣、盐泥电石渣、盐泥电石渣、盐泥化工厂化工厂化工厂化工厂、氯碱厂氯碱厂氯碱厂氯碱厂磷石膏磷石膏磷石膏磷石膏磷肥厂磷肥厂磷肥厂磷肥厂碱碱碱碱 渣渣渣渣炼油厂炼油厂炼油厂炼油厂煤渣煤渣煤渣煤渣小氮肥厂、合成氨厂小氮肥厂、合成氨厂小氮肥厂、合成氨厂小氮肥厂、合成氨厂铬渣铬渣铬渣铬渣含铬产品厂含铬产品厂含铬产品厂含铬产品厂硼镁渣硼镁渣硼镁渣硼镁渣硼砂厂硼砂厂硼砂厂硼砂厂提取化工产品后的矿物提取化工产品后的矿物提取化工产品后的矿物提取化工产品后的矿物各类化工厂各类化工厂各类化工厂各类化工厂全
8、球十大环境问题：全球十大环境问题：大气污染大气污染臭氧层破坏、臭氧层破坏、全球变暖、全球变暖、海洋污染、海洋污染、淡水资源紧张和污染、淡水资源紧张和污染、土地退化和沙漠化、土地退化和沙漠化、森林锐减、森林锐减、生物多样性减少、生物多样性减少、环境公害、环境公害、有害化学品和危险废物有害化学品和危险废物”。化工生产与环境问题化工生产与环境问题全球十大环境问题：全球十大环境问题：其中七个问题与化学物质污染有关，其中七个问题与化学物质污染有关，另外三个问题与化学污染有间接关系。另外三个问题与化学污染有间接关系。对环境的污染，化学品及其生产过程的对环境的污染，化学品及其生产过程的问题是比较严重的。问题
9、是比较严重的。20世纪化学工业带来的污染世纪化学工业带来的污染(世界八大公害事件世界八大公害事件)事件事件事件事件污染污染污染污染物物物物发生时发生时发生时发生时间、地点间、地点间、地点间、地点致害原因致害原因致害原因致害原因中毒症状中毒症状中毒症状中毒症状公害公害成因成因马斯河马斯河马斯河马斯河谷烟雾谷烟雾谷烟雾谷烟雾二氧二氧二氧二氧化硫化硫化硫化硫烟尘烟尘烟尘烟尘19301930年年年年1212月月月月比利时马斯河比利时马斯河比利时马斯河比利时马斯河谷谷谷谷SOSO2 2SOSO33 肺部、咳嗽肺部、咳嗽肺部、咳嗽肺部、咳嗽1.1.工厂工厂工厂工厂多工业多工业多工业多工业污染物污染物污染物
10、污染物积聚积聚积聚积聚2.2.遇雾遇雾遇雾遇雾天天天天多诺拉多诺拉多诺拉多诺拉烟雾烟雾烟雾烟雾19481948年年年年1010月月月月美国多诺拉美国多诺拉美国多诺拉美国多诺拉SOSO2 2+ +烟尘烟尘烟尘烟尘硫酸硫酸硫酸硫酸肺部、肺部、肺部、肺部、咳嗽、胸闷、咳嗽、胸闷、咳嗽、胸闷、咳嗽、胸闷、喉痛、呕吐喉痛、呕吐喉痛、呕吐喉痛、呕吐伦敦烟伦敦烟伦敦烟伦敦烟雾雾雾雾19521952年年年年1212月月月月英国伦敦英国伦敦英国伦敦英国伦敦世界八大公害事件世界八大公害事件事件事件事件事件污染污染污染污染物物物物发生时发生时发生时发生时间、地点间、地点间、地点间、地点致害原因致害原因致害原因致害原
11、因中毒症状中毒症状中毒症状中毒症状公害公害公害公害成因成因成因成因洛杉矶洛杉矶洛杉矶洛杉矶光化学光化学光化学光化学烟雾烟雾烟雾烟雾光化光化光化光化学烟学烟学烟学烟雾雾雾雾1943.5-121943.5-12月月月月美国洛杉矶美国洛杉矶美国洛杉矶美国洛杉矶石油工业石油工业石油工业石油工业、汽汽汽汽车尾气车尾气车尾气车尾气/ /紫外紫外紫外紫外线作用线作用线作用线作用、眼病眼病眼病眼病喉头炎喉头炎喉头炎喉头炎氮氧氮氧氮氧氮氧、碳碳碳碳氢化物氢化物氢化物氢化物大气大气大气大气水俣水俣水俣水俣事件事件事件事件甲基甲基甲基甲基汞汞汞汞19431943年年年年日本九州日本九州日本九州日本九州鱼吃甲基汞、鱼
12、吃甲基汞、鱼吃甲基汞、鱼吃甲基汞、人吃鱼人吃鱼人吃鱼人吃鱼失常失常失常失常氮肥生产氮肥生产氮肥生产氮肥生产催化剂催化剂催化剂催化剂四日四日四日四日事件事件事件事件哮喘病哮喘病哮喘病哮喘病SOSO2 2煤尘煤尘煤尘煤尘19551955年年年年3 3月月月月日本四日市日本四日市日本四日市日本四日市重金属微粒重金属微粒重金属微粒重金属微粒SOSO22肺部肺部肺部肺部, ,支气管哮喘支气管哮喘支气管哮喘支气管哮喘Co/Mn/Co/Mn/TiTi粉尘粉尘粉尘粉尘SOSO2 2世界八大公害事件世界八大公害事件事件事件事件事件污染污染污染污染物物物物发生时发生时发生时发生时间、地点间、地点间、地点间、地点致
13、害原因致害原因致害原因致害原因中毒症状中毒症状中毒症状中毒症状公害公害公害公害成因成因成因成因米糠油米糠油米糠油米糠油事件事件事件事件多氯多氯多氯多氯联苯联苯联苯联苯19681968年日本年日本年日本年日本九州艾知县九州艾知县九州艾知县九州艾知县等等等等2323个府县个府县个府县个府县食用含多氯联食用含多氯联食用含多氯联食用含多氯联苯的米糠油、苯的米糠油、苯的米糠油、苯的米糠油、全身起红疙瘩、全身起红疙瘩、全身起红疙瘩、全身起红疙瘩、呕吐、恶心、呕吐、恶心、呕吐、恶心、呕吐、恶心、肌肉通肌肉通肌肉通肌肉通生产中生产中生产中生产中多氯联多氯联多氯联多氯联苯进入苯进入苯进入苯进入米糠油米糠油米糠油
14、米糠油富山富山富山富山骨痛病骨痛病骨痛病骨痛病镉镉镉镉19721972年年年年3 3月月月月日本富山日本富山日本富山日本富山关节、神经、关节、神经、关节、神经、关节、神经、全身骨痛、骨全身骨痛、骨全身骨痛、骨全身骨痛、骨骼萎缩、食含骼萎缩、食含骼萎缩、食含骼萎缩、食含镉的米、水镉的米、水镉的米、水镉的米、水炼锌厂炼锌厂炼锌厂炼锌厂含镉废含镉废含镉废含镉废水水水水其它化学污染其它化学污染事件事件事件事件发生时间、地点发生时间、地点发生时间、地点发生时间、地点致害原因及严重后果致害原因及严重后果致害原因及严重后果致害原因及严重后果河面着火河面着火河面着火河面着火19701970年年年年美国俄亥俄州
15、美国俄亥俄州美国俄亥俄州美国俄亥俄州CuyahogaCuyahoga河河河河严重化学污染引起河面严重化学污染引起河面严重化学污染引起河面严重化学污染引起河面着火着火着火着火化学中毒化学中毒化学中毒化学中毒19841984年印度年印度年印度年印度BhopalBhopal化工厂化工厂化工厂化工厂甲基异氰酸大量泄漏致甲基异氰酸大量泄漏致甲基异氰酸大量泄漏致甲基异氰酸大量泄漏致死约死约死约死约40004000人，伤者无数。人，伤者无数。人，伤者无数。人，伤者无数。皮癌增多皮癌增多皮癌增多皮癌增多19801980年以后探明年以后探明年以后探明年以后探明氟氯烃对大气臭氧层破氟氯烃对大气臭氧层破氟氯烃对大气
16、臭氧层破氟氯烃对大气臭氧层破坏，紫外光透过大气层坏，紫外光透过大气层坏，紫外光透过大气层坏，紫外光透过大气层问题的提出问题的提出事件提高了人类对化学品对生态环事件提高了人类对化学品对生态环境、人身健康、社区安全影响的普遍关注。境、人身健康、社区安全影响的普遍关注。美国政府提出的有关规定：美国政府提出的有关规定：19001960年年制定了制定了16项环保法规项环保法规19601995年间年间制定了制定了100项环保法律。项环保法律。问题的提出问题的提出经过几十年的努力，这些污染的控经过几十年的努力，这些污染的控制、治理和研究已取得了巨大的成绩，制、治理和研究已取得了巨大的成绩，发明了处理废弃物的
17、方法，治理了危险发明了处理废弃物的方法，治理了危险的污染点，减少了废弃物的排放。的污染点，减少了废弃物的排放。但各国生产使用的化学产品产量巨但各国生产使用的化学产品产量巨大，如美国每年约排放大，如美国每年约排放3109t，化学废，化学废弃物进入环境，用于控制治理或掩埋废弃物进入环境，用于控制治理或掩埋废弃物的花费巨大。美国化学工业每年要弃物的花费巨大。美国化学工业每年要花花1500亿美元去控制、处理或掩埋这些亿美元去控制、处理或掩埋这些废弃物。废弃物。问题的提出问题的提出我国我国我国我国政府和地方政府投入了政府和地方政府投入了3500亿人亿人民币用于治理环境污染，民币用于治理环境污染，“十五十
18、五”期间期间将投入将投入7000亿元人民币治理环境污染，亿元人民币治理环境污染，给国家、企业、消费者带来了沉重的负给国家、企业、消费者带来了沉重的负袒，而且这些环境治理并没有从根本上袒，而且这些环境治理并没有从根本上预防和解决环境问题。预防和解决环境问题。经济发展中粗放型经济增长模式的实践经济发展中粗放型经济增长模式的实践体现在企业生产中表现为高投入、体现在企业生产中表现为高投入、高消耗、低产出、低效益和高污染高消耗、低产出、低效益和高污染有关统计资料显示：有关统计资料显示：指指标标我我国国状状况况人均资源拥有量人均资源拥有量我国我国1/2世界平均水平世界平均水平资源消耗资源消耗、能耗指标能耗
19、指标 我国大大高于国际平均水平我国大大高于国际平均水平1单位国民生产总值单位国民生产总值单位国民生产总值单位国民生产总值消耗的矿物资源消耗的矿物资源我国我国=(24)发达国家发达国家2能源消耗能源消耗我国我国=(34)发达国家发达国家环境保护运动呼唤绿色化学环境保护运动呼唤绿色化学 环境保护的警世之作寂静的春天1962年，美国女科学家Rachel Carson所著Silent Spring出版，书中详细地叙述了DDT等杀虫剂对各种鸟蛋的影响，使鸟类数量急剧减少，使原来花红叶绿、百鸟歌唱的春天变得“一片寂静”。DDT(双对氯苯基三氯乙烷),1939年被发明，1941年上市。昆虫一碰到它，便因神经
20、系统麻痹而被杀死。 将它喷酒在农作物上，或喷酒在带菌昆虫赖以繁殖的沼泽类地区 将它喷酒在农作物上，或喷酒在带菌昆虫赖以繁殖的沼泽类地区，会收到良好的灭虫效果。 在后来的30年间，千百万吨滴滴涕在全世界被使用。在非洲，它可能拯救了几百万人的性命。消灭了虫害，农民的收成剧增。 但不久以后，人们发现有些昆虫对滴滴涕产生了抗药性，药效不如从前那样明显了，动物在吃了喷过滴滴涕的植物后，滴滴涕能在其体内积累。由于滴滴涕在动物体内未被降解，这使人担心它会通过食物链传递下去。 对滴滴涕积聚的最初警告信号是来自对鸟类的研究。 Rachel Carson发现鸟类从吃下的昆虫那里吸收了滴滴涕，从而使产下的蛋壳变薄。
21、薄蛋壳很容易破碎，致使幼鸟死去。既然滴滴涕能影响鸟类，难道它不会影响人类吗？ 寂静的春天这本书第一次对人类长期流行于全世界的口号“向大自然宣战”、“征服大自然”的绝对正确性提出了质疑。她指出，化学杀虫剂的生产和应用，会殃及很多有益生物，连人类自己也不能幸免。 尽管当时的工业界特别是化学工业界对她发起了猛烈的抨击，而当时的美国政府也没有及时给予卡逊应有的支持，使卡逊在寂静的春天出版两年后，因癌症和遭受空前的诋毁、攻击而与世长辞，然而卡逊惊世骇俗的预言，像是黑暗寂静中的一声呐喊，终于唤醒了人类。科学家和生态学家得出结论，使用滴滴涕弊多利少。 1971年，美国环保署成立，1972年正式立法宣布禁止使
22、用DDT 。 Rachel Carson被誉为人类环保事业的“普罗米修斯”。 环境保护经历的三个时期环境保护经历的三个时期 (1) 20世纪中期以前稀释废物来防治污染时期 在20世纪中期以前，由于对化学物质的长期毒性、生物积累乃至致癌性缺乏足够的认识，认为只要充分降低某一化学物质在特定介质中的浓度就足以减轻其最终影响，人们是将化学品直接排放到大气、水体和土壤中作为其最终处理方法的。应当说自然生态系统对某些外来的化学物质是有一定的抵抗和净化能力（称为环境的自净能力）的，但这种能力是有一定限度的，当污染物超出环境的自净能力时，就会对环境造成严重破坏，进而通过呼吸、饮食等途径进入人体，威胁人类健康。
23、因此，采用稀释废物来防治污染的办法导致了20世纪30年代以来世界范围内的八大公害事件。 （2）20世纪中期至八十年代末末端治理时期 由于对化学品的环境危害有了较多的了解，各国政府相继立法限制废物的排放浓度和排放量，于是许多企业不得不将废水、废气和废渣进行处理后才能排放，然而这并没有从根本上解决环境污染问题。一方面有毒有害物质仍源源不断地被排放到环境中，1993年美国仅以365种有毒物质估算，其排放量就达到了30亿吨。另一方面，处理污染物所需费用十分巨大。1992年，美国化学工业用于环保的费用为1150亿美圆，而美国政府清理已污染地区的费用更高达7000亿美圆。高昂的费用使环境治理陷入困境。 （
24、3）20世纪九十年代以后污染预防为主，末端治理为辅时期 1990年，美国颁布了污染防止法案，将污染防止确定为美国的国策。绿色化学在这一背景下应运而生。绿色化学的目标是改变现有化学化工生产的技术路线，实现从“先污染，后治理”向“从源头上根除污染”的转变。 目前，世界各国对绿色化学与化工技术的研究十分重视，进展非常迅速，已出现一批生产大宗有机化学品的绿色化学技术。可以预见，绿色化学将成为实现经济和社会可持续发展的有效手段。绿色化学绿色化学(greenchemistry)(greenchemistry)，又称清洁化学，又称清洁化学(cleanchemistry)(cleanchemistry)、环境
25、无害化学环境无害化学(enviromentallybenignchemistry)(enviromentallybenignchemistry)、环境友好化学、环境友好化学(enviromentallyfriendlychemistry)(enviromentallyfriendlychemistry)。绿色化学有三层含义：第。绿色化学有三层含义：第一，是清洁化学，绿色化学致力于从源头制止污染，而不是污染一，是清洁化学，绿色化学致力于从源头制止污染，而不是污染后的再治理，绿色化学技术应不产生或基本不产生对环境有害的后的再治理，绿色化学技术应不产生或基本不产生对环境有害的废弃物，绿色化学所产出来
26、的化学品不会对环境产生有害的影响，废弃物，绿色化学所产出来的化学品不会对环境产生有害的影响，第二，是经济化学，绿色化学交其合成过程中不产生或少产生副第二，是经济化学，绿色化学交其合成过程中不产生或少产生副产物，绿色化学技术应是低能耗和低原材料消耗的技术；第三，产物，绿色化学技术应是低能耗和低原材料消耗的技术；第三，是安全化学，在绿色化学过程中尽可能不使用有毒或危险的化学是安全化学，在绿色化学过程中尽可能不使用有毒或危险的化学品，其反应条件尽可能是温和的或安全的，其发生意外事故的可品，其反应条件尽可能是温和的或安全的，其发生意外事故的可能件是极低的。总之，绿色化学是用化学的技术和方法去减少或能件
27、是极低的。总之，绿色化学是用化学的技术和方法去减少或消灭对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、溶剂和试剂、消灭对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、溶剂和试剂、催化剂、产物、副产物、产品等的产生和使用。催化剂、产物、副产物、产品等的产生和使用。二、绿色化学的概念及内涵绿色化学的特点 绿色化学所研究的中心问绿色化学所研究的中心问题是使化学反应具有以下题是使化学反应具有以下的特点：的特点： （1 1）采用无毒、无害的原料；）采用无毒、无害的原料； （2 2）在无毒无害的反应条件）在无毒无害的反应条件下进行；下进行； （3 3）具有）具有“ “原子经济性原子经济性” ”，即反应具有高选择性，
28、极少副即反应具有高选择性，极少副产品，甚至实现零排放；产品，甚至实现零排放； （4 4）产品应是环境友好的。）产品应是环境友好的。 （5 5）满足）满足“ “物美价廉物美价廉” ”的传的传统标准统标准三、绿色化学的主要研究内容绿色化学的主要内容无毒无害原料无毒无害原料可再生资源可再生资源环境友好产品环境友好产品回归自然回归自然废物回收利用废物回收利用无毒无害无毒无害催化剂催化剂无毒无害无毒无害无毒无害无毒无害溶剂溶剂溶剂溶剂原子经济反应原子经济反应绿色化学的绿色化学的12条原则条原则1 1、防止废物的产生而不是产生后再来处理；、防止废物的产生而不是产生后再来处理；、防止废物的产生而不是产生后再
29、来处理；、防止废物的产生而不是产生后再来处理； 2 2、合成方法应设计成能将所有的起始物质嵌入到、合成方法应设计成能将所有的起始物质嵌入到、合成方法应设计成能将所有的起始物质嵌入到、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；最终产物中；最终产物中；最终产物中；3 3、只要可能，反应中使用和生成的物质应对人类、只要可能，反应中使用和生成的物质应对人类、只要可能，反应中使用和生成的物质应对人类、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；健康和环境无毒或毒性很小；健康和环境无毒或毒性很小；健康和环境无毒或毒性很小；4 4、设计的化学产品应在保护原有功效的同时尽量、设
30、计的化学产品应在保护原有功效的同时尽量、设计的化学产品应在保护原有功效的同时尽量、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；使其无毒或毒性很小；使其无毒或毒性很小；使其无毒或毒性很小；5 5、尽量不使用辅助性物质（如溶剂、分离试剂等）、尽量不使用辅助性物质（如溶剂、分离试剂等）、尽量不使用辅助性物质（如溶剂、分离试剂等）、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；，如果一定要用，也应使用无毒物质；，如果一定要用，也应使用无毒物质；，如果一定要用，也应使用无毒物质；6 6、能量消耗越小越好，应能为环境和经济方面的、能量消耗越小越好，应能为环境和
31、经济方面的、能量消耗越小越好，应能为环境和经济方面的、能量消耗越小越好，应能为环境和经济方面的考虑所接受；考虑所接受；考虑所接受；考虑所接受； 绿色化学的绿色化学的12条原则条原则7 7、只要技术上和经济上可行，使用的原材料应是能再生的；、只要技术上和经济上可行，使用的原材料应是能再生的；、只要技术上和经济上可行，使用的原材料应是能再生的；、只要技术上和经济上可行，使用的原材料应是能再生的； 88、应尽量避免不必要的衍生过程（如基团的保护，物理与化学、应尽量避免不必要的衍生过程（如基团的保护，物理与化学、应尽量避免不必要的衍生过程（如基团的保护，物理与化学、应尽量避免不必要的衍生过程（如基团的
32、保护，物理与化学过程的临时性修改等）；过程的临时性修改等）；过程的临时性修改等）；过程的临时性修改等）；99、尽量使用选择性高的催化剂，而不是提高反应物的配料比；、尽量使用选择性高的催化剂，而不是提高反应物的配料比；、尽量使用选择性高的催化剂，而不是提高反应物的配料比；、尽量使用选择性高的催化剂，而不是提高反应物的配料比；1010、设计化学产品时，应考虑当该物质完成自己的功能后，不再、设计化学产品时，应考虑当该物质完成自己的功能后，不再、设计化学产品时，应考虑当该物质完成自己的功能后，不再、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；滞留于环境中，而
33、可降解为无毒的产品；滞留于环境中，而可降解为无毒的产品；滞留于环境中，而可降解为无毒的产品；1111、分析方法也需要进一步研究开发，使之能做到实时、现场监、分析方法也需要进一步研究开发，使之能做到实时、现场监、分析方法也需要进一步研究开发，使之能做到实时、现场监、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；控，以防有害物质的形成；控，以防有害物质的形成；控，以防有害物质的形成；1212、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、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、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、化学过程中使用的
34、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。事故的潜在危险，如气体释放、爆炸和着火等。事故的潜在危险，如气体释放、爆炸和着火等。事故的潜在危险，如气体释放、爆炸和着火等。原子经济性原子经济性(AtomEconomy)的概念的概念绿绿色色化化学学以以“原原子子经经济济反反应应”为为中中心心。“原原子子经经济济反反应应”是是原原料料中中的的每每一一个个原原子子进进入入产产品品，从从而而实实现现废废物物的的零零排排放放”，同同时时还还包包括括可可再再生生资资源源利利用用。使使用用无无毒毒无无害害原原料料，无无毒毒无无害害催催化化剂剂和和溶溶剂剂；还还要要求求生生产产
35、环环境境友友好好产产品品，达达到到使使用后回归自然或者重复利用的目的；用后回归自然或者重复利用的目的； 原子经济性的概念是原子经济性的概念是19911991年美国著名有机化学家年美国著名有机化学家TrostTrost提提出的出的 ，他以原子利用率衡量反应的原子性。，他以原子利用率衡量反应的原子性。原子利用率原子利用率=预期产物的分子量预期产物的分子量*100%*100%反应物质的原子量总和反应物质的原子量总和 原子利用率越高，反应产生的废弃物越少，对环境造成原子利用率越高，反应产生的废弃物越少，对环境造成的污染也越少。的污染也越少。 在一般的有机合成反应中：在一般的有机合成反应中：A+B=C+
36、DA+B=C+D主产物主产物副产物副产物反应产生的副产物反应产生的副产物D D往往是废物，因此可成为环境的污染往往是废物，因此可成为环境的污染源。绿色有机合成应该是原子经济性的，即原料的原子源。绿色有机合成应该是原子经济性的，即原料的原子100%100%转化成产物，不产生废弃物。转化成产物，不产生废弃物。理想的原子经济性的合成反应应该是原料分子理想的原子经济性的合成反应应该是原料分子中的原子百分之百地转变成产物中的原子百分之百地转变成产物, ,不需要附加不需要附加, ,或或仅仅需要无损耗的促进剂仅仅需要无损耗的促进剂, ,即催化剂。即催化剂。例如：有乙烯制备环氧乙烷的过程，以往方法是：例如：有
37、乙烯制备环氧乙烷的过程，以往方法是：CHCH2 2= =CHCH22+CaClCaCl22+HH2 2OO 28717444111182871744411118原子利用率仅为原子利用率仅为44/44/（28+71+7428+71+74）=25%=25%，而采用了新的催化方法：而采用了新的催化方法：2CH2CH2 2= =CHCH2 2+O O2 2原子利用率就为原子利用率就为100%100%又如：以往制备帕金森病药物又如：以往制备帕金森病药物LazabemideLazabemide是是从从2-2-甲基甲基-4-4-乙基吡啶出发经八步反应合成，总乙基吡啶出发经八步反应合成，总产率仅产率仅8%8%
38、，而利用了，而利用了PdPd为催化剂可一步完成，为催化剂可一步完成，且原子利用率可达且原子利用率可达100%100% 产品的绿色化产品的绿色化绿色产品又称环境友好产品，是指绿色产品又称环境友好产品，是指产品在使用过程中和使用后不会危害生产品在使用过程中和使用后不会危害生态环境和人体健康，产品具有合理的使态环境和人体健康，产品具有合理的使用功能及使用寿命，产品易于回收、利用功能及使用寿命，产品易于回收、利用和再生，报废后易于处置，在环境条用和再生，报废后易于处置，在环境条件下易于降解。件下易于降解。产品的绿色化产品的绿色化美国有近一百五十万住户为白蚁所美国有近一百五十万住户为白蚁所困扰，每年需一
39、千五百万美元的开支用困扰，每年需一千五百万美元的开支用于对付白蚁，相应带来的环境污染问题于对付白蚁，相应带来的环境污染问题也相当严重。也相当严重。DowArgoScienceLLC公公司由于发展了高效低毒的杀虫剂而获得司由于发展了高效低毒的杀虫剂而获得1999年美国总统绿色化学挑战奖的设计年美国总统绿色化学挑战奖的设计安全化学品奖。安全化学品奖。(1)(1) 以往为了防止许多海洋植物与小动以往为了防止许多海洋植物与小动物物在船体表面生长，常使用氧化三基锡在船体表面生长，常使用氧化三基锡(TBTO)作防垢剂。但作防垢剂。但TBTO不仅有毒，而不仅有毒，而且会在生物体内积累及使水生贝壳类动物且会在
40、生物体内积累及使水生贝壳类动物的贝壳增厚。的贝壳增厚。RohmHaas，因为他们于，因为他们于1996年研年研制成功并生产了对环境安全的船舶防垢剂制成功并生产了对环境安全的船舶防垢剂SeaNine(“海洋海洋9”)无毒，且生物积无毒，且生物积累几乎为零。为此获设计更安全化学品奖。累几乎为零。为此获设计更安全化学品奖。1-1产品的绿色化产品的绿色化(2)Donlar公司，由于其开发了两个公司，由于其开发了两个高效工艺以生产热聚天冬氨酸，这是一种高效工艺以生产热聚天冬氨酸，这是一种可代替聚丙烯酸使用的可生物降解产品，可代替聚丙烯酸使用的可生物降解产品，为此获小型企业奖。为此获小型企业奖。产品的绿色
41、化产品的绿色化(3)杀虫剂杀虫剂据报道，据报道，1996年年Rohm&Haas公司开发公司开发的的CONFIRM杀虫剂在农业上能选择性的、杀虫剂在农业上能选择性的、有效的杀死毛虫而不使生态系统产生大的危有效的杀死毛虫而不使生态系统产生大的危害，如对许多益虫害，如对许多益虫(蜜蜂等蜜蜂等)无害，而且不发无害，而且不发生生物积累、不挥发、不在环境中长久残留。生生物积累、不挥发、不在环境中长久残留。产品的绿色化产品的绿色化(4)除草剂除草剂据报道，据报道，2000年南开大学元素有机研究年南开大学元素有机研究所在李正名教授领导下研制成功的新型除草剂所在李正名教授领导下研制成功的新型除草剂“单嘧璜隆单嘧
42、璜隆”，不仅对危害作物的主要杂草如，不仅对危害作物的主要杂草如播娘蒿、马齿苋、荠菜、茅草和马唐等具有播娘蒿、马齿苋、荠菜、茅草和马唐等具有很好的防除功能，而且对温血动物几乎无毒。很好的防除功能，而且对温血动物几乎无毒。产品的绿色化产品的绿色化(5)我国科技人员很早就开始了对光降解、我国科技人员很早就开始了对光降解、生物降解和双降解塑料进行了广泛的研究，生物降解和双降解塑料进行了广泛的研究，取得了较多研究成果，光降解取得了较多研究成果，光降解PE地膜的研制地膜的研制和推广应用现已初具规模。和推广应用现已初具规模。保护大气臭氧层的氟氯烃代用品也已在保护大气臭氧层的氟氯烃代用品也已在开始使用。开始使
43、用。（1）利用可再生的资源合成化学品）利用可再生的资源合成化学品利用生物质利用生物质(生物原料生物原料)(Biomass)代替当代替当前广泛使用的石油，是保护环境的一个长远前广泛使用的石油，是保护环境的一个长远的发展方向。的发展方向。TaxasA&M大学的大学的M.Holzapple教授开发了一套用石灰处理和细菌发酵等简教授开发了一套用石灰处理和细菌发酵等简单技术，把废生物质转化成动物饲料、工业单技术，把废生物质转化成动物饲料、工业化学品和燃料，是人类在这个重大问题上一化学品和燃料，是人类在这个重大问题上一个初步尝试，为此获个初步尝试，为此获1996年美国总统绿色化年美国总统绿色化学挑战奖中的
44、学术奖。学挑战奖中的学术奖。原料的绿色化原料的绿色化其它利用可再生的资源合成化学品其它利用可再生的资源合成化学品(1)生物质气化制氢气生物质气化制氢气S.Y.Lin等人用木材剂农作物残渣为等人用木材剂农作物残渣为原料，以原料，以NaOH作催化剂，用作催化剂，用Ca(OH)2作作CO2吸收剂，通过下列反应制取氢气吸收剂，通过下列反应制取氢气:C+H2OCaCO3+H2NaOHCa(OH)2CaOH2O其它利用可再生的资源合成化学品其它利用可再生的资源合成化学品(2)用葡萄糖制己二酸用葡萄糖制己二酸己二酸的传统合成路线为：己二酸的传统合成路线为：苯苯环己烷环己烷(环己酮环己酮+环己醇环己醇)己二酸
45、己二酸Ni-Al2O32.555.32MPaCo-O20.870.97MPaNi-Al2O32.555.32MPa其它利用可再生的资源合成化学品其它利用可再生的资源合成化学品(2)用葡萄糖制己二酸用葡萄糖制己二酸等人用葡萄糖作原料，通过等人用葡萄糖作原料，通过生物技术合成了己二酸：生物技术合成了己二酸：葡萄糖葡萄糖3-脱氢莽草酸脱氢莽草酸顺，顺顺，顺-粘糖酸粘糖酸己二酸己二酸此法不仅不需用有毒的苯，而且合成条件此法不仅不需用有毒的苯，而且合成条件也温和得多。也温和得多。大肠杆菌大肠杆菌大肠杆菌大肠杆菌大肠杆菌大肠杆菌溶剂的绿色化溶剂的绿色化化学污染不仅来源于原料和产品，化学污染不仅来源于原料和
46、产品，而且与反应介质、分离和配方中使用的而且与反应介质、分离和配方中使用的溶剂有关，有毒挥发性溶剂替代品的研溶剂有关，有毒挥发性溶剂替代品的研究是绿色化学的重要研究方向。究是绿色化学的重要研究方向。溶剂的绿色化溶剂的绿色化在有机化学中开发绿色溶剂，科学在有机化学中开发绿色溶剂，科学家们首先想到的是水，目前已有许多项家们首先想到的是水，目前已有许多项以水代替传统有机溶剂的研究工作在进以水代替传统有机溶剂的研究工作在进行。行。还有研究水或近临界水作为溶剂还有研究水或近临界水作为溶剂以及有机溶剂以及有机溶剂/水相界面反应。水相界面反应。溶剂的绿色化溶剂的绿色化超临界流体超临界流体(SCF)是指处于超
47、临界温是指处于超临界温度和超临界压力下的流体，是一种介于气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，其密度接近液体，态和液态之间的状态，其密度接近液体，因而有常规液态溶剂的溶解度；其粘度因而有常规液态溶剂的溶解度；其粘度接近气态，因而又具有很高的传递速度。接近气态，因而又具有很高的传递速度。溶剂的绿色化溶剂的绿色化超临界流体还具有很高的可压缩性，超临界流体还具有很高的可压缩性，其溶解度、粘度和密度等性能均可由压其溶解度、粘度和密度等性能均可由压力和温度的变化来调节。由于这些性质，力和温度的变化来调节。由于这些性质，超临界流体在提取、萃取、色谱分离和超临界流体在提取、萃取、色谱分离
48、和作为反应溶剂等方面都表现出特有的优越作为反应溶剂等方面都表现出特有的优越性。性。其中，超临界二氧化碳流体由于价廉、其中，超临界二氧化碳流体由于价廉、无毒、不可燃等优点而应用最广。无毒、不可燃等优点而应用最广。(最活跃的研究项目之一最活跃的研究项目之一) )溶剂的绿色化溶剂的绿色化(4)(4)固态反应固态反应(5)(5)采采用用无无溶溶剂剂的的固固相相反反应应也也是是避避免免使使用用(6)(6)挥发性溶剂的一个研究动向。挥发性溶剂的一个研究动向。(7)(7)固固态态反反应应是是在在无无溶溶剂剂化化作作用用的的新新颖颖化化(8)(8)学学环环境境下下进进行行的的反反应应，有有时时可可比比在在溶溶
49、剂剂中中(9)(9)反应更有效；并有更好的选择性。如用反应更有效；并有更好的选择性。如用(10)(10)微波来促进固、固相有机反应微波来促进固、固相有机反应(11)(11)某些固态反应已用于工业生产。某些固态反应已用于工业生产。1-4催化剂的绿色化催化剂的绿色化 在在各各种种催催化化剂剂中中，酸酸性性催催化化剂剂用用量量占占有有绝绝对对的的优优势势，约约为为3/4左左右右，而而其其中中液液体体酸酸占占有有相相当当大大的的比比例例，因因此此开开发发固固体体酸酸代代替替这这些些液液体体酸酸自自然然成成为为当当今今全全世世界界化化学学工业盼望的新技术之一。工业盼望的新技术之一。无毒无害固体酸代替液体
50、无毒无害固体酸代替液体酸的酸的成功实例成功实例异丙苯异丙苯(isopropylbenzene)：重要的基：重要的基本有机化工原料，主要用于合成苯酚本有机化工原料，主要用于合成苯酚(在农在农药、医药、炸药及合成树脂方面有广泛用药、医药、炸药及合成树脂方面有广泛用途途)。以异丙苯以异丙苯(IPB)生产过程为例，比较：生产过程为例，比较：分别用分别用AlCl3催化剂和分子筛固体酸催催化剂和分子筛固体酸催化剂的合成工艺化剂的合成工艺异丙苯生产过程比较异丙苯生产过程比较烃化烃化反应器反应器催化剂催化剂分离器分离器水洗水洗系统系统蒸馏蒸馏系统系统中和中和系统系统产产品品废气废气苯苯丙烯丙烯AlCl3+HC
51、l水水NaOH废酸废酸废渣废渣烃化烃化反应器反应器蒸馏蒸馏系统系统产产品品苯苯丙烯丙烯(a)AlCl3催化剂工艺催化剂工艺(b)分子筛固体催化剂工分子筛固体催化剂工艺艺分子筛改造分子筛改造AlCl3装置三废排放对比装置三废排放对比高活性、高选择性高活性、高选择性+过程简化过程简化投资投资、过程、过程效率效率；分子筛催化剂无毒无腐蚀性、可完；分子筛催化剂无毒无腐蚀性、可完全再生；取得显著经济效益和环境效益。全再生；取得显著经济效益和环境效益。比较项目比较项目改造前改造前改造前改造前AlCl3工艺工艺工艺工艺采用分子筛工艺采用分子筛工艺采用分子筛工艺采用分子筛工艺IPBIPB产量产量产量产量/ /
52、万万万万t t6.78.5污水量污水量污水量污水量(t/h)(t/h)9.60稀盐酸稀盐酸稀盐酸稀盐酸(kg/h)(kg/h)900废气废气废气废气(kg/h)(kg/h)2114废渣废渣废渣废渣(kg/h)(kg/h)126( (中和中和中和中和Al(OH)Al(OH)3 3滤饼滤饼滤饼滤饼) )4.6( (废催化剂废催化剂废催化剂废催化剂) )1-5工艺的绿色化工艺的绿色化绿色化学与铬盐工业的新一代产业革命绿色化学与铬盐工业的新一代产业革命化化学学进进展展1998.6(Vol10,No2)中中国国科科学学院化工冶金研究所院化工冶金研究所摘摘要要：本本文文介介绍绍了了铬铬盐盐生生产产的的绿绿
53、色色化化学学研研究究的的内内容容和和方方法法，所所开开拓拓的的熔熔盐盐液液相相氧氧化化高高浓浓介介质质单单向向分分离离介介稳稳态态相相分分离离碳碳化化循循环环转转化化的的多多相相反反应应与与分分离离系系统统的的绿绿色色化化学学新新原原理理，资资源源深深度度利利用用反反应应介介质质内内循循环环零排放的完整绿色工业化学体系。零排放的完整绿色工业化学体系。工艺的绿色化工艺的绿色化 提提出出了了从从铬铬铁铁矿矿生生产产铬铬盐盐系系列列产产品品的的新新工工艺艺，铬铬盐盐生生产产的的绿绿色色化化学学过过程程理理论论上上不不消消耗耗除除矿矿石石、空空气气以以外外的的其其它它原原料料，不不产产生生废废弃弃物物
54、，总总反反应应示示意意为为：Fe(CrO2)2+O2Fe2O3+Cr系列产品系列产品铬的转化率接近铬的转化率接近100%铬铬渣渣含含铬铬总总量量由由老老工工艺艺的的5%可可降降至至0.1%，从从根根本本上上解解决决了了铬铬的的深深度度利利用用问问题。题。工艺的绿色化工艺的绿色化提出用提出用NaOH为多元基质的低温熔盐为多元基质的低温熔盐(550)流动介质中的连续氧化流动介质中的连续氧化扩高浓扩高浓介质单向分离介质单向分离扩碳化循环转化系列新工扩碳化循环转化系列新工艺取代艺取代Na2CO3高温氧化焙烧高温氧化焙烧(1100)和和后序的生产铬盐系列产品的全部老工艺，后序的生产铬盐系列产品的全部老工
55、艺，建立高效、高选择性的多相反应与分离新建立高效、高选择性的多相反应与分离新系统和低消耗、零排放的绿色化学新过程，系统和低消耗、零排放的绿色化学新过程，以从根本上解决传统生产方法污染环境、以从根本上解决传统生产方法污染环境、浪费资源和能源的世界性难题，已在实验浪费资源和能源的世界性难题，已在实验室室扩试扩试工业模拟取得突破性阶段进展，工业模拟取得突破性阶段进展，并直接与大企业结合，以便我国领先实现并直接与大企业结合，以便我国领先实现毒性铬的清洁生产。毒性铬的清洁生产。工艺的绿色化工艺的绿色化使用使用QBASIC高级语言进行了计算机编高级语言进行了计算机编程计算程计算计算程序从已编入的数据库中调
56、出各组计算程序从已编入的数据库中调出各组分的热力学基本参数进行计算分的热力学基本参数进行计算1.熔盐流动介质中的高效化学反应新系统熔盐流动介质中的高效化学反应新系统2.熔盐液相氯化铬铁矿的热力学分析熔盐液相氯化铬铁矿的热力学分析3.熔熔盐盐液液相相氧氧化化铬铬铁铁矿矿的的动动力力学学和和化化学学反反应应工程研究工程研究绿色化学绿色化学从科学观点看从科学观点看化学科学基础的创新化学科学基础的创新从环境观点看从环境观点看从源头上消除污染从源头上消除污染从经济观点看从经济观点看合理利用资源和能源，合理利用资源和能源，降低生产成本降低生产成本符合经济和社会可持续发展的要求符合经济和社会可持续发展的要求
57、20世纪化学工业为衣、食、住、行、保健世纪化学工业为衣、食、住、行、保健和娱乐以及国防安全提供了丰富的化学物和娱乐以及国防安全提供了丰富的化学物质，也带来了不同程度的环境污染质，也带来了不同程度的环境污染21世纪绿色化学的进展将证明化学有能力世纪绿色化学的进展将证明化学有能力推动经济和社会的可持续发展，保障子孙推动经济和社会的可持续发展，保障子孙后代的美满幸福生活后代的美满幸福生活加强绿色化学意识加强绿色化学意识绿色化学不是一门独立的学科，它是绿色化学不是一门独立的学科，它是一种战略方针一种战略方针，一种指导思想，一种研，一种指导思想，一种研究政策。应该牢固树立起绿色化学的意识，究政策。应该牢
58、固树立起绿色化学的意识，每一个年轻的化学工作者都能成为未来的每一个年轻的化学工作者都能成为未来的自觉的绿色化学家。作为自觉的绿色化学家。作为2l世纪的化学工世纪的化学工作者，我们有能力去发展新的、对环境更作者，我们有能力去发展新的、对环境更友善的绿色化学，以防止化学污染，这也友善的绿色化学，以防止化学污染，这也是我们义不容辞的责任。是我们义不容辞的责任。加强绿色化学意识加强绿色化学意识2l世纪的化学世纪的化学绿色化学，不但绿色化学，不但有重大的社会、环境效益，对化学本身，有重大的社会、环境效益，对化学本身，也可以说是一个新阶段最终杜绝化学污也可以说是一个新阶段最终杜绝化学污染源，实现绿色化学的目标，无疑在科学染源，实现绿色化学的目标，无疑在科学技术上、经济上都是极为困难的，对化学技术上、经济上都是极为困难的，对化学界是一个巨大的挑战过去，化学科学强界是一个巨大的挑战过去，化学科学强调化合物的功能、化学反应的效率，较少调化合物的功能、化学反应的效率，较少研究不利或有害的作用，因此化学家缺乏研究不利或有害的作用，因此化学家缺乏这方面的知识和训练。这方面的知识和训练。
