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绿色化学本讲稿第一页，共五十三页本讲稿第二页，共五十三页温室气体大量排放导致全球变暖温室气体大量排放导致全球变暖 海平面上升，海平面上升，21002100威尼斯无法生存威尼斯无法生存臭氧层破坏臭氧层破坏 人类，农业，海洋生态系统人类，农业，海洋生态系统生物多样性减少生物多样性减少 酸雨成灾酸雨成灾 PH5.6PH5.6森林锐减森林锐减 大气污染大气污染 呼吸呼吸10-1210-12立方米，总悬浮颗粒物，氮氧化物，立方米，总悬浮颗粒物，氮氧化物，SO2SO2淡水资源污染淡水资源污染 3%3%淡水（其中淡水（其中2%2%为冰川）为冰川）海洋污染海洋污染 处理废弃物的垃圾场，近海资源减少，赤潮，石油污染处理废弃物的垃圾场，近海资源减少，赤潮，石油污染垃圾围城垃圾围城全世界每年全世界每年100100亿吨，我国已存亿吨，我国已存6060亿吨亿吨 本讲稿第三页，共五十三页温度温度 高于正常温度的地区占主导地位高于正常温度的地区占主导地位在北极附近的大部分地区，出现了在北极附近的大部分地区，出现了异常温暖现象，温度高于平均温度异常温暖现象，温度高于平均温度5 5度。这种异常温暖区域还向南延伸度。这种异常温暖区域还向南延伸到东欧和西伯利亚地区。在南极洲到东欧和西伯利亚地区。在南极洲内陆地区，也出现这种异常温暖情内陆地区，也出现这种异常温暖情形。形。20102010年是年是131131年来最热年份年来最热年份低于正常低于正常温温度的地度的地区区北美洲西部、南美洲南部、北美洲西部、南美洲南部、欧欧洲西部以及洲西部以及亚亚洲中部。洲中部。极极其罕其罕见见的低的低温现温现象也出象也出现现于南于南极极洲洲部分地部分地区区，尤其是南，尤其是南极极半半岛岛的的西部。西部。本讲稿第四页，共五十三页 20022002年在纽约举办的年度世界经济论坛公布年在纽约举办的年度世界经济论坛公布了了142142个国家的环境可持续能力排行榜。芬兰列在个国家的环境可持续能力排行榜。芬兰列在排行榜之首，美国第排行榜之首，美国第4545位，我国第位，我国第129129位，阿拉伯联位，阿拉伯联合酋长国最后一位。这是耶鲁大学、哥伦比亚大学和合酋长国最后一位。这是耶鲁大学、哥伦比亚大学和世界经济论坛共同开展的项目世界经济论坛共同开展的项目环境可持续能力指环境可持续能力指数（数（ESIESI）的评估结果。当年我国在这个排行中位于）的评估结果。当年我国在这个排行中位于世界最后世界最后2020个国家内，这不能不引起我们的警觉和思个国家内，这不能不引起我们的警觉和思考。我们在自鸣得意于快速经济发展的同时，是否应考。我们在自鸣得意于快速经济发展的同时，是否应该考虑一下我们的建设和经济发展方式是否超出了环该考虑一下我们的建设和经济发展方式是否超出了环境的承载能力？境的承载能力？本讲稿第五页，共五十三页 2009 2009国际生态环境可持续发展城市国际生态环境可持续发展城市100100强强 从从政治、经济、文化、医疗和健康、自然环境保护、学校政治、经济、文化、医疗和健康、自然环境保护、学校和教育、公共服务和交通、休闲娱乐、消费、住房等进和教育、公共服务和交通、休闲娱乐、消费、住房等进行各方面的考评，行各方面的考评，从榜单来看，欧美国家城市占从榜单来看，欧美国家城市占70%70%，这说明欧美国家从，这说明欧美国家从整体城市结构、城市环境、社会文化环境以及经济环境和整体城市结构、城市环境、社会文化环境以及经济环境和自然环境都体现出综合竞争力和明显的竞争优势。前自然环境都体现出综合竞争力和明显的竞争优势。前3 3位位分别是瑞士分别是瑞士 苏黎世苏黎世 ，法国巴黎，法国巴黎 ，加拿大温哥华，加拿大温哥华 ，其中大连，其中大连1010，厦门，厦门1717，青岛，青岛2121。本讲稿第六页，共五十三页 与上年不同的是亚洲国家特别是中国的很多城市榜上有名，尤其在大气与上年不同的是亚洲国家特别是中国的很多城市榜上有名，尤其在大气污染治理，改造燃煤设施和搬迁污染企业等方面有了很大改观。机动车排放污染治理，改造燃煤设施和搬迁污染企业等方面有了很大改观。机动车排放标准正式与欧洲发达国家接轨，尾气排放污染物削减约标准正式与欧洲发达国家接轨，尾气排放污染物削减约50%50%。榜单前二十位的世界生态环境城市分别分布在欧洲发达国家、美国、榜单前二十位的世界生态环境城市分别分布在欧洲发达国家、美国、亚洲等地区。其中瑞士占亚洲等地区。其中瑞士占2 2个，美国占个，美国占2 2个、加拿大占个、加拿大占2 2个，中国占个，中国占2 2个，其个，其余均为北欧、西欧国家。大连和厦门今年荣登了前二十榜。余均为北欧、西欧国家。大连和厦门今年荣登了前二十榜。本讲稿第七页，共五十三页1绿色化学绿色化学兴起的历兴起的历史沿革史沿革2绿色化学绿色化学概念简介概念简介3绿色化学绿色化学重要应用重要应用本讲稿第八页，共五十三页 20世纪化学工业的贡献 1913 合成氨1921 乙烯（天然气裂解）1928 青霉素1930 聚氯乙烯1938 尼龙1939 橡胶1941 杀虫剂DDT本讲稿第九页，共五十三页化学学科发展有三大趋势：1、化学将向更广度、更深层次的方向延伸，原子/分子层次的认识将更为深入，多层次分子间相互作用、复杂化学体系的研究更为系统，创造新分子、新材料的基础上，将更加注重功能性。2、社会发展不断对化学学科提出新的需求。能源危机方面，如何像光合作用那样高效利用太阳能；环境保护方面，如何控制降解、去除污染过程；材料创新方面，要求绿色化、智能化、可再生循环利用；生命奥秘方面，如何在分子和细胞水平上认识和研究生命过程；食品安全方面，如何加强食品添加剂的安全问题基础研究和精确检测。3、绿色化学将引起化学化工生产方式的变革。本讲稿第十页，共五十三页环境保护运动呼唤绿色化学环境保护运动呼唤绿色化学 19621962年，美国女科学家年，美国女科学家Rachel CarsonRachel Carson所著所著Silent Silent SpringSpring出版，书中详细地叙述了出版，书中详细地叙述了DDTDDT等杀虫剂对各种鸟蛋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唱的春天变得“一片寂静一片寂静”。这本书第一次对人类长期流行于全世界的口号这本书第一次对人类长期流行于全世界的口号“向大自然宣战向大自然宣战”、“征服大自然征服大自然”的绝对正确性提出了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。有益生物，连人类自己也不能幸免。本讲稿第十一页，共五十三页污污染染预预防防为为主，主，末端治理末端治理为辅为辅1919世纪世纪2020世纪世纪8080年代年代9090年代年代环境保护经历的三个时期环境保护经历的三个时期未未认识认识到化到化学学物物质质的的长长期毒性，期毒性，生物生物积积累及致癌累及致癌性，靠性，靠稀稀释废释废物防治物防治污污染染末端治理末端治理世界范世界范围内围内的公害的公害频频发频频发生生本讲稿第十二页，共五十三页 日本熊本县水俣镇一家氮肥公司排放的废水中含有汞，这些废水排入海日本熊本县水俣镇一家氮肥公司排放的废水中含有汞，这些废水排入海湾后经过某些生物的转化，形成甲基汞。这些汞在海水、底泥和鱼类中富湾后经过某些生物的转化，形成甲基汞。这些汞在海水、底泥和鱼类中富集，又经过食物链使人中毒。集，又经过食物链使人中毒。当时，最先发病的是爱吃鱼的猫。中毒后的当时，最先发病的是爱吃鱼的猫。中毒后的猫发疯痉挛，纷纷跳海自杀。没有几年，水俣地区连猫的踪影都不见了。猫发疯痉挛，纷纷跳海自杀。没有几年，水俣地区连猫的踪影都不见了。19561956年，出现了与猫的症状相似的病人。患者由于脑中枢神经和末梢神经年，出现了与猫的症状相似的病人。患者由于脑中枢神经和末梢神经被侵害，轻者口齿不清、步履蹒跚、面部痴呆、手足麻痹、感觉障碍、视被侵害，轻者口齿不清、步履蹒跚、面部痴呆、手足麻痹、感觉障碍、视觉丧失、震颤、手足变形，重者神经失常，或酣睡，或兴奋，身体弯弓高觉丧失、震颤、手足变形，重者神经失常，或酣睡，或兴奋，身体弯弓高叫，直至死亡。叫，直至死亡。19911991年，日本环境厅公布的中毒病人仍有年，日本环境厅公布的中毒病人仍有22482248人，其人，其中中10041004人死亡。人死亡。日本水俣病事件日本水俣病事件本讲稿第十三页，共五十三页中国绿色化学的发展中国绿色化学的发展 19951995年，中国科学院化学部确定了年，中国科学院化学部确定了绿色化学与技术绿色化学与技术的院士咨询课题。的院士咨询课题。19971997年，以年，以“可持续发展问题对科学的挑战可持续发展问题对科学的挑战-绿色化绿色化学学”为主题的香山科学会议第为主题的香山科学会议第7272次学术讨论会在北京召开。次学术讨论会在北京召开。同年，同年，国家重点基础研究发展规划国家重点基础研究发展规划将绿色化学作为重将绿色化学作为重点支持方向之一。点支持方向之一。本讲稿第十四页，共五十三页1 1什么什么是绿色化学是绿色化学2 2绿色化学的特点绿色化学的特点3 3绿色化学的原则绿色化学的原则本讲稿第十五页，共五十三页绿绿色化色化学学，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。本讲稿第十六页，共五十三页从科学观点看，绿色化学是对传统化学思维方式的创新和发从科学观点看，绿色化学是对传统化学思维方式的创新和发展；展；从经济观点看，绿色化学为我们提供合理利用资源和能源、从经济观点看，绿色化学为我们提供合理利用资源和能源、降低生产成本、符合经济持续发展的原理和方法降低生产成本、符合经济持续发展的原理和方法;从环境观点看，绿色化学是从源头上消除污染，保护环境的从环境观点看，绿色化学是从源头上消除污染，保护环境的新科学和新技术方法。新科学和新技术方法。绿色化学是更高层次的化学。绿色化学是更高层次的化学。本讲稿第十七页，共五十三页1212条条主主要要原原则则 （1 1）防止污染优于污染治理；）防止污染优于污染治理；（2 2）提高原子经济性；）提高原子经济性；（3 3）尽量减少化学合成中的有毒原料、产物；）尽量减少化学合成中的有毒原料、产物；（4 4）设计安全的化学品；）设计安全的化学品；（5 5）使用无毒无害的溶剂和助剂；）使用无毒无害的溶剂和助剂；（6 6）合理使用和节省能源；）合理使用和节省能源；（7 7）利用可再生资源代替消耗性资源合成化学品；）利用可再生资源代替消耗性资源合成化学品；（8 8）减少不必要的衍生化步骤；）减少不必要的衍生化步骤；（9 9）采用高选择性催化剂优于使用化学计量助剂；）采用高选择性催化剂优于使用化学计量助剂；（1010）产物的易降解性；）产物的易降解性；（1111）发展分析方法，对污染物实行在线监测和控制；）发展分析方法，对污染物实行在线监测和控制；（1212）减少使用易燃易爆物质，降低事故隐患。）减少使用易燃易爆物质，降低事故隐患。本讲稿第十八页，共五十三页绿绿色合成色合成1绿绿色催化色催化剂剂2可再生生物可再生生物质资质资源源3原子原子经济经济反反应应 4环环境友好的可降解物境友好的可降解物质质5主主要要应应用用 绿绿色色农药农药6本讲稿第十九页，共五十三页 绿色化学的重要任务之一就是采用无毒无害的或低毒的原料代替毒性大的原料。在化学合成过程中，所使用原料的选择是至关重要的，它决定着采用何种反应类型或合成路线。原料选择得当与否，不仅对合成效率有影响，而且对环境和从业人员的健康有直接的影响。11、绿绿色合成代替有毒物色合成代替有毒物质质本讲稿第二十页，共五十三页 光气（光气（COClCOCl2 2），又称碳酰氯。主要），又称碳酰氯。主要用于生产聚氨酯，也是生产染料、医用于生产聚氨酯，也是生产染料、医药、农药和矿物浮选剂的原料。药、农药和矿物浮选剂的原料。光气剧毒，在空气中最高允许含量光气剧毒，在空气中最高允许含量为为1.0101.010-7-7，吸入极微量时可引起咳，吸入极微量时可引起咳嗽、咽喉发炎、黏膜充血、呕吐等；嗽、咽喉发炎、黏膜充血、呕吐等；重症时，引起肺部淤血和肺水肿；深重症时，引起肺部淤血和肺水肿；深度中毒时，引起血管膨胀、心脏功能度中毒时，引起血管膨胀、心脏功能丧失，导致急性窒息性死亡。死者肺丧失，导致急性窒息性死亡。死者肺部溢出的血液为肺平时质量的部溢出的血液为肺平时质量的3-43-4倍，倍，因而被称为因而被称为“在陆地上的溺死在陆地上的溺死”。第。第一次世界大战中，光气曾被用作化学一次世界大战中，光气曾被用作化学武器。武器。惨惨痛的博帕尔毒痛的博帕尔毒气气事件事件绿绿色合成代替有毒物色合成代替有毒物质质本讲稿第二十一页，共五十三页用二氧化碳代替光气生产亚氨酯用二氧化碳代替光气生产亚氨酯传统工艺为：RNH2+COCl2 RNCO+HCl HCl NCO+ROH RNHCOOR美国Monsanto公司开发的新工艺为：RNH2+CO2 RNCO+H2O RNCO+ROH RNHCOOR 本讲稿第二十二页，共五十三页2 2、无毒无害的绿色催化剂、无毒无害的绿色催化剂 催化反应在工业上具有重要的意义。催化反应在工业上具有重要的意义。例如：接触法制硫酸、合成法制氨、氢化例如：接触法制硫酸、合成法制氨、氢化法制硬化油等，都是催化反应。在工业生法制硬化油等，都是催化反应。在工业生产中，催化剂就像点石成金的魔术棒，能产中，催化剂就像点石成金的魔术棒，能够极大地改变人类的工作与生活。够极大地改变人类的工作与生活。本讲稿第二十三页，共五十三页无毒无害的绿色催化剂无毒无害的绿色催化剂本讲稿第二十四页，共五十三页汽车尾气中含有一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物等有害汽车尾气中含有一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物等有害气体。催化转化技术是由催化转化器和催化剂组成，催化气体。催化转化技术是由催化转化器和催化剂组成，催化转化器是由金属壳箱体、蜂窝陶瓷和减震隔热垫构成。催转化器是由金属壳箱体、蜂窝陶瓷和减震隔热垫构成。催化剂是由多种金属及氧化物组成，它被均匀的涂覆在蜂窝化剂是由多种金属及氧化物组成，它被均匀的涂覆在蜂窝陶瓷上。催化剂又分为贵金属催化剂、非贵金属催化剂和陶瓷上。催化剂又分为贵金属催化剂、非贵金属催化剂和稀土与少贵金属催化剂。贵金属催化剂净化效率高，但成稀土与少贵金属催化剂。贵金属催化剂净化效率高，但成本也高。非贵金属催化剂成本低但净本也高。非贵金属催化剂成本低但净 化效率也差。而应用化效率也差。而应用稀土代替部稀土代替部 份贵重金属制成的催化剂成本低份贵重金属制成的催化剂成本低 而且能获得而且能获得满意的净化效果。满意的净化效果。无毒无害的绿色催化剂无毒无害的绿色催化剂本讲稿第二十五页，共五十三页本讲稿第二十六页，共五十三页美美国国的能源公司的能源公司将将生物工程用生物工程用于石油于石油产产品的品的脱脱硫工硫工艺艺，通，通过过把把专门专门的微生物放的微生物放进进各各种种油品油品进进行行“生物生物脱脱硫硫”，效果奇佳。，效果奇佳。这种这种新工新工艺艺比比传统传统工工艺节艺节省投省投资资50%50%，节节省操作省操作费费用用20%20%。无毒无害的无毒无害的绿绿色催化色催化剂剂本讲稿第二十七页，共五十三页固体酸催化剂固体酸催化剂-分子筛催化剂分子筛催化剂 分子筛是一类结晶型的硅铝酸盐，因其具有分子筛是一类结晶型的硅铝酸盐，因其具有均一的微孔结构，能在分子水平上筛分物质而得均一的微孔结构，能在分子水平上筛分物质而得名。如名。如4A4A分子筛微孔的表观直径大约是分子筛微孔的表观直径大约是4.54.5埃，能吸埃，能吸附和交换直径达附和交换直径达4.74.7埃的分子。分子筛具有较强的离埃的分子。分子筛具有较强的离子交换性能，经氢离子或稀土金属离子交换可制得酸子交换性能，经氢离子或稀土金属离子交换可制得酸性较强的固体酸，广泛用作催化剂或催化剂载体。性较强的固体酸，广泛用作催化剂或催化剂载体。本讲稿第二十八页，共五十三页3 3、可再生生物质资源、可再生生物质资源可再生资源：可再生资源：指在人类的生存周期的时间范围内容易再生的物质。如土地、水以及生物质指在人类的生存周期的时间范围内容易再生的物质。如土地、水以及生物质资源。资源。再生物质：再生物质：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。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。再生物质特点：再生物质特点：可再生，储量丰富。仅每年再生的纤维素和木质素折合成能量相当于石油年产量的可再生，储量丰富。仅每年再生的纤维素和木质素折合成能量相当于石油年产量的15152020倍。倍。大部分已高度氧化，作为化工原料可避免氧化步骤。大部分已高度氧化，作为化工原料可避免氧化步骤。比矿物原料更清洁。生物质来源于比矿物原料更清洁。生物质来源于CO2CO2，燃烧后不增加大气中，燃烧后不增加大气中CO2CO2的含量。的含量。季节性强，产量、质量不稳定。季节性强，产量、质量不稳定。需要大量土地。需要大量土地。本讲稿第二十九页，共五十三页可再生生物质资源可再生生物质资源以生物质为原料生产的化工产品以生物质为原料生产的化工产品 淀粉淀粉糊精，丙酮糊精，丙酮麦芽糖麦芽糖葡萄糖葡萄糖乙醇（丙醇，丁醇，乙醇（丙醇，丁醇，戊醇）戊醇）乙醛，乙烯，乙醚乙醛，乙烯，乙醚乙酸乙酸乙酸乙酯乙酸乙酯 纤维素纤维素葡萄糖葡萄糖葡萄糖酸，山梨糖醇，甘露糖醇，丙烯葡萄糖酸，山梨糖醇，甘露糖醇，丙烯酸酸 半纤维素半纤维素木糖木糖糠醛糠醛木糖醇，呋喃木糖醇，呋喃四氢呋喃，顺丁四氢呋喃，顺丁烯二酸酐烯二酸酐 木质素木质素蒽醌，酚，甲醇蒽醌，酚，甲醇本讲稿第三十页，共五十三页生物质主要由淀粉、纤维素、半纤维素、木质素等组成。生物质主要由淀粉、纤维素、半纤维素、木质素等组成。利用酶将生物质降解为葡萄糖，然后转化为各种化学品。利用酶将生物质降解为葡萄糖，然后转化为各种化学品。生物质资源利用实例生物质资源利用实例（1 1）、）、发酵技术发酵技术本讲稿第三十一页，共五十三页（2 2）、制取燃料）、制取燃料制造酒精制造酒精生产木质石油生产木质石油制取沼气制取沼气生产生物柴油生产生物柴油 （3 3）、生产有机化学品）、生产有机化学品 纤维素生产燃料酒精纤维素生产燃料酒精用玉米制塑料用玉米制塑料生产己二酸生产己二酸生产乙酰丙酸生产乙酰丙酸本讲稿第三十二页，共五十三页4 4、不产生三废的原子经济反应、不产生三废的原子经济反应 过去，化学家们关心的是化学反应的高选择性、高产率和速率，过去，化学家们关心的是化学反应的高选择性、高产率和速率，而常常忽视反应物分子中原子的有效利用率问题。因此化工生产中总而常常忽视反应物分子中原子的有效利用率问题。因此化工生产中总要产生大量的三废物质，给整个生态环境造成了非常严重的影响。要产生大量的三废物质，给整个生态环境造成了非常严重的影响。1991 1991年，美国年，美国StanfordStanford大学的大学的B.M.TrostB.M.Trost教授首次提出了反应的教授首次提出了反应的“原子经济性原子经济性”（Atom EconomyAtom Economy）的概念。原子经济性可用原子利用率）的概念。原子经济性可用原子利用率衡量：衡量：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。越少。本讲稿第三十三页，共五十三页例：例：计算由乙烯制备环氧乙烷反应的原子利用率。计算由乙烯制备环氧乙烷反应的原子利用率。（1）经典方法 二步法 CH2=CH2+Cl2+H2O ClCH2CH2OH+HCl ClCH2CH2OH+Ca（OH)2+HCl C2H4O+2CaCl2+2H2O (2）新方法 一步法 C2H4+O2 C2H4O 本讲稿第三十四页，共五十三页解：（1）总包反应为 C2 2H4 4+Cl2 2+Ca（OH）2 2C2 2H4 4O+CaCl2 2+H2 2O 28 71 74 44 （2）C2 2H4 4+O2 2 C2 2H4 4O 28 16 44 本讲稿第三十五页，共五十三页 提倡和实施原子经济化的先驱提倡和实施原子经济化的先驱侯得榜侯得榜 20 20世纪中叶，国内外制碱的主要工艺是索尔维法。它世纪中叶，国内外制碱的主要工艺是索尔维法。它是以食盐、氨水和二氧化碳做原料，反应后生成碳酸氢钠，是以食盐、氨水和二氧化碳做原料，反应后生成碳酸氢钠，加热后得到产品纯碱（碳酸钠），其主要操作是：（加热后得到产品纯碱（碳酸钠），其主要操作是：（1 1）在）在氨化的饱和氯化钠溶液中通入二氧化碳制得碳酸氢钠；氨化的饱和氯化钠溶液中通入二氧化碳制得碳酸氢钠；（2 2）再把碳酸氢钠焙烧制得碳酸钠，通入的二氧化碳可以）再把碳酸氢钠焙烧制得碳酸钠，通入的二氧化碳可以循环使用；（循环使用；（3 3）在析出碳酸氢钠的母液中加入氧化钙，氨）在析出碳酸氢钠的母液中加入氧化钙，氨气可以循环使用。原料中的钠、氮、碳、氧等元素得到利气可以循环使用。原料中的钠、氮、碳、氧等元素得到利用，氯则被转化为氯化钙，氯化钙的用处不大，成为难处用，氯则被转化为氯化钙，氯化钙的用处不大，成为难处理的废弃物，因此理的废弃物，因此食盐食盐利用率不高是索尔维制碱法的一大利用率不高是索尔维制碱法的一大缺点。缺点。本讲稿第三十六页，共五十三页 侯德榜设计和采用了制碱新工艺，其主要产品仍是碳酸钠，侯德榜设计和采用了制碱新工艺，其主要产品仍是碳酸钠，但他对提取碳酸钠之后剩下的母液进行冷冻，母液中又析出一种但他对提取碳酸钠之后剩下的母液进行冷冻，母液中又析出一种化学肥料化学肥料氯化铵。该工艺使食盐的利用率达到氯化铵。该工艺使食盐的利用率达到9696，（1 1）NHNH3 3+H+H2 2O+COO+CO2 2=NH=NH4 4HCOHCO3 3 (2)NH (2)NH4 4HCOHCO3 3+NaCl=NH+NaCl=NH4 4Cl+NaHCOCl+NaHCO3 3 根据根据 NHNH4 4Cl Cl 在常温时的溶解度比在常温时的溶解度比 NaCl NaCl 大，而在低温下却比大，而在低温下却比 NaCl NaCl 溶解度小的原理，在溶解度小的原理，在 278K 278K 283K(5 283K(5 10 )10 )时，向母时，向母液中加入食盐细粉，而使液中加入食盐细粉，而使 NH4Cl NH4Cl 单独结晶析出供做氮肥。单独结晶析出供做氮肥。此法优点：保留了氨碱法的优点，消除了它的缺点，使食盐的利此法优点：保留了氨碱法的优点，消除了它的缺点，使食盐的利用率提高到用率提高到 96 96；NHNH4 4Cl Cl 可做氮肥；可与合成氨厂联合，使合成可做氮肥；可与合成氨厂联合，使合成氨的原料气氨的原料气 CO CO 转化成转化成 COCO2 2 ，革除了，革除了 CaCOCaCO3 3 制制 COCO2 2 这一工序这一工序。本讲稿第三十七页，共五十三页化合反应化合反应3H3H2 2 +N N2 2 =2NH =2NH3 3 加成反应加成反应 CHCH2 2=CH=CH2 2+HBr-CH+HBr-CH3 3CHCH2 2Br Br 重排反应重排反应 重排反应是构成分子的原子通过改变相互的位置、连接、键的形式重排反应是构成分子的原子通过改变相互的位置、连接、键的形式等产生一个新的分子的反应。等产生一个新的分子的反应。分子间结构互变或异构化的重排反应，是合成染料、合成药物中的分子间结构互变或异构化的重排反应，是合成染料、合成药物中的重要有机合成反应，也是理想的原子经济反应。重要有机合成反应，也是理想的原子经济反应。几几种种常常见见反反应应的原子的原子经济经济性性 本讲稿第三十八页，共五十三页 取代反应 包括烷基化、芳基化、酰化、磺化等反应。其通式为：AB+CD AC+BD 例如丙酸乙脂与甲胺的取代反应 消除反应 包括脱氢、脱水、脱氨、脱卤化氢、脱醇、脱羧基、脱酰基以及降解等反应。其通式为：本讲稿第三十九页，共五十三页5 5、环境友好的可降解物质、环境友好的可降解物质 绿色化学认为，化学品的设计必须考虑当其功能用尽绿色化学认为，化学品的设计必须考虑当其功能用尽时能被降解为无害的物质，而不在环境中长期滞留，同时时能被降解为无害的物质，而不在环境中长期滞留，同时也要考虑母体化合物降解后的存在形式，也要考虑母体化合物降解后的存在形式，只有当降解后的只有当降解后的化合物的毒性和危害小于母体化合物时，化合物的毒性和危害小于母体化合物时，才具有绿色化学才具有绿色化学意义。意义。降解塑料降解塑料 本讲稿第四十页，共五十三页 降解塑料是指在保存期内各项性能可满足使用要求，降解塑料是指在保存期内各项性能可满足使用要求，而使用后在自然环境条件下能降解成对环境无害的物而使用后在自然环境条件下能降解成对环境无害的物质的塑料。质的塑料。降解塑料的降解主要包括降解塑料的降解主要包括生物降解、光降解和生物降解、光降解和化学降解化学降解（又分为氧化降解和水解降解）三种类（又分为氧化降解和水解降解）三种类型。这三种降解过程相互间具有协同、增效和连型。这三种降解过程相互间具有协同、增效和连贯作用。例如光降解与氧化降解经常同时进行并贯作用。例如光降解与氧化降解经常同时进行并相互促进，而生物降解更容易在光降解之后发生。相互促进，而生物降解更容易在光降解之后发生。本讲稿第四十一页，共五十三页 生物降解塑料是指在自然环境下可被微生物作用而发生降生物降解塑料是指在自然环境下可被微生物作用而发生降解的塑料。它是一类最重要的降解塑料。解的塑料。它是一类最重要的降解塑料。它的生物降解原理它的生物降解原理 生物包括植物、动物和微生物。生物降解专指微生物降解。生物包括植物、动物和微生物。生物降解专指微生物降解。当生物降解塑料制品被丢弃到自然环境中后，环境中的微生物当生物降解塑料制品被丢弃到自然环境中后，环境中的微生物（主要是细菌和真菌）在代谢过程中分泌出酶并附着于塑料表（主要是细菌和真菌）在代谢过程中分泌出酶并附着于塑料表面，在酶的催化作用下，组成塑料大分子中的某些化学键发生面，在酶的催化作用下，组成塑料大分子中的某些化学键发生断裂，分子链变短，高聚物变为低分子化合物，塑料的物理结断裂，分子链变短，高聚物变为低分子化合物，塑料的物理结构被破坏。由于低分子化合物是微生物的良好碳源，使微生物构被破坏。由于低分子化合物是微生物的良好碳源，使微生物迅速增长，同时被吞噬的低分子化合物由于微生物的生化作用，迅速增长，同时被吞噬的低分子化合物由于微生物的生化作用，最终被分解成最终被分解成COCO2 2和和H H2 2O O。本讲稿第四十二页，共五十三页 影响因素影响因素微生物的种类。微生物的种类。塑料中化学键的类型。塑料中化学键的类型。添加剂的性质和用量。添加剂的性质和用量。温度、湿度和温度、湿度和pHpH值等值等几几种种生物降解塑料生物降解塑料生物塑料生物塑料聚乳酸塑料聚乳酸塑料淀粉塑料淀粉塑料 我我国国目前生目前生产产的淀粉塑料的淀粉塑料绝绝大多大多数为填数为填充型淀粉塑料，即充型淀粉塑料，即在非生物降解的高分子材料中添加一定比例的淀粉在非生物降解的高分子材料中添加一定比例的淀粉,通通过过淀粉的淀粉的生物降解而致使整生物降解而致使整个个材料物理性能崩材料物理性能崩溃溃,促使大量端基暴露以致促使大量端基暴露以致氧氧化降解化降解,但但这种这种“崩崩溃溃”后的剩余部分中的后的剩余部分中的PEPE、PVCPVC等均不等均不可能降解而一直可能降解而一直残残留于土壤中，日留于土壤中，日积积月累月累当当然然会会造成造成污污染，因此染，因此国国外外将将此此类产类产品品归属为归属为淘汰型。淘汰型。本讲稿第四十三页，共五十三页光降解塑料光降解塑料 光降解塑料是指在光的作用下能发生降解的塑料。光降解塑料是指在光的作用下能发生降解的塑料。光降解原理光降解原理 大部分聚合物的自氧化反应的活化能为大部分聚合物的自氧化反应的活化能为41.8-167.2 41.8-167.2 kJ/molkJ/mol，化学键的解离能为，化学键的解离能为167-600 kJ/mol167-600 kJ/mol，太阳光中波长，太阳光中波长为为290-400nm290-400nm的紫外光的光量子能量为的紫外光的光量子能量为412.5-299.2 kJ/mol412.5-299.2 kJ/mol。因此，到达地面的紫外光可使塑料中的弱键断裂，发生降因此，到达地面的紫外光可使塑料中的弱键断裂，发生降解反应，先变成粉末状，而后再被微生物分解，最终变为解反应，先变成粉末状，而后再被微生物分解，最终变为为为CO2CO2和和H2O H2O，进入自然界生态循环。，进入自然界生态循环。本讲稿第四十四页，共五十三页影响塑料光降解性的因素影响塑料光降解性的因素 聚合物的种类。不同的聚合物，吸收光的波长是聚合物的种类。不同的聚合物，吸收光的波长是不同的。如聚氯乙烯为不同的。如聚氯乙烯为310nm310nm，聚酯为，聚酯为325nm325nm。添加剂的种类和含量。如抗氧剂可以抑制光降解而延添加剂的种类和含量。如抗氧剂可以抑制光降解而延长使用寿命；光敏剂可以加速光降解过程。长使用寿命；光敏剂可以加速光降解过程。氧、热、水（如雨、雪）、力（如风、沙）等氧、热、水（如雨、雪）、力（如风、沙）等自然环境因素也会对光降解过程产生影响。自然环境因素也会对光降解过程产生影响。本讲稿第四十五页，共五十三页 光-生物双降解塑料是淀粉等生物降解剂首先被生物降解，消弱聚合物的基质，使聚合物母体变为疏松，增大表面/体积比。同时日光、热、氧等引发光敏剂，促氧化剂和生物降解增敏剂的光氧化和自氧化作用等，导致聚合物的氧化、断裂。使聚合物分子量下降到能被微生物所消化，最终变成二氧化碳和水，被农作物吸收。复合降解塑料是集光降解、生物降解和化学助剂诱导性降解为一体的新型可环境降解塑料。它不用淀粉而是采用价廉的无机基料碳酸钙，配以聚烯烃和各种助剂，采用先进的生产工艺和设备交联制造而成。复合降解塑料的降解首先是通过诱导性光降解，使聚合物的大分子降低到能被微生物侵蚀、吞噬的分子量以下，最后通过生物侵蚀性降解，达到完全降解目的。使源自自然的物质重新回到大自然当中。本讲稿第四十六页，共五十三页6、绿色农药 农药是指具有杀虫、杀菌、杀病毒、除草等功能的化学药物。现代农药还包括植物生长调节剂。农药的危害 引起急性中毒对环境和土壤的污染对生态的破坏对粮食和果蔬的污染本讲稿第四十七页，共五十三页 绿色农药是指对防治病菌、害虫高效，而对人畜、害虫天敌、农作物安全，在环境中易分解、在农作物中低残留或无残留的农药。本讲稿第四十八页，共五十三页 美国研制出美国研制出“绿色杀手绿色杀手”安全低毒灭蝗虫安全低毒灭蝗虫 设在美国华盛顿的世界银行的农业研究机构，经过多设在美国华盛顿的世界银行的农业研究机构，经过多年的研究，开发出一种安全低毒的新型灭蝗农药，并已在年的研究，开发出一种安全低毒的新型灭蝗农药，并已在非洲的尼日利亚成功地进行了大面积的喷洒试验。非洲的尼日利亚成功地进行了大面积的喷洒试验。这种名为这种名为“绿色杀手绿色杀手”的能杀灭蝗虫的新型生物杀虫剂有的能杀灭蝗虫的新型生物杀虫剂有安全、高效的特点。其外观是油基液体，既可用手动喷雾器在小安全、高效的特点。其外观是油基液体，既可用手动喷雾器在小范围内喷洒，又可用飞机进行大面积喷洒。范围内喷洒，又可用飞机进行大面积喷洒。科学家早已发现一种名为科学家早已发现一种名为“Metarhizium“Metarhizium“的真菌，既能杀的真菌，既能杀灭蝗虫，又不伤害其他生物。为此，世界银行的农业研究机灭蝗虫，又不伤害其他生物。为此，世界银行的农业研究机构在将这种真菌大规模生产后，制成了新型灭蝗农药。这种构在将这种真菌大规模生产后，制成了新型灭蝗农药。这种新型生物灭蝗农药，高效、安全，每季只需喷洒一次，便能新型生物灭蝗农药，高效、安全，每季只需喷洒一次，便能达到预期的灭蝗效果。达到预期的灭蝗效果。本讲稿第四十九页，共五十三页 从绿色化学的目标来看有两方面必须重视：一是开发以“原子经济性”为基本原则的新化学反应过程；另一个是改进现有化学工业，减少和消除污染。(1)新的化学反应过程研究(2)传统化学过程的绿色化学改造 这是一个很大的开发领域。如在烯烃的烷基化反应生产乙苯和异丙苯生产过程中需要用酸催化反应，过去用液体酸HF催化剂，而现在可以用固体酸分子筛催化合成，并配合固定床烷基化工艺，解决了环境污染问题，成为环境友好的化学工艺。本讲稿第五十页，共五十三页(3)能源中的绿色化学问题和洁净煤化学技术 我国现今能源结构中，煤是主要能源。由于煤含硫量高和燃烧不完全，造成S02和大量烟尘排出，使大气污染。我国每年由燃煤排放的S02达1600万t，烟尘达1300万t。由S02而产生的酸雨对生态环境的破坏十分严重。因此研究和开发洁净煤化学技术是当务之急，这方面要重视研究催化燃烧技术，等离子除硫除尘，生物化学除硫等新技术。严格控制排放标准和监察大气的质量，这是大气净化中的首要任务。本讲稿第五十一页，共五十三页（4)4)资源再生和循环使用技术研究资源再生和循环使用技术研究 自然界的资源有限，因此人类生产的各种化学品能否回收、自然界的资源有限，因此人类生产的各种化学品能否回收、再生和循环使用也是绿色化学研究的一个重要领域。再生和循环使用也是绿色化学研究的一个重要领域。世界塑料的年产量已达世界塑料的年产量已达1 1亿亿t t，大部分是由石油裂解成成乙烯、，大部分是由石油裂解成成乙烯、丙烯，经催化聚合而成的。而这丙烯，经催化聚合而成的。而这1 1亿亿t t中约有中约有5 5经使用后当年就作为经使用后当年就作为废弃物排放，如包装袋、地膜、饭盒、汽车垃圾等。废弃物排放，如包装袋、地膜、饭盒、汽车垃圾等。我国推广地膜覆盖面积达我国推广地膜覆盖面积达70007000万亩，塑料用量高达万亩，塑料用量高达3030万万t t，“白白色污染色污染”和石油资源浪费十分严重。西欧各国提出三和石油资源浪费十分严重。西欧各国提出三R R原则：首先是降低原则：首先是降低(reduce)(reduce)塑料制品的用量，第二是倡导推行塑料制品特别是塑料塑料制品的用量，第二是倡导推行塑料制品特别是塑料包装袋的再利用包装袋的再利用(reuse)(reuse)，第三是重视塑料的再资源化，第三是重视塑料的再资源化(recycle)(recycle)。回收废弃塑料，再生或再生产其他化学品、燃料油或焚烧发电供气等。回收废弃塑料，再生或再生产其他化学品、燃料油或焚烧发电供气等。本讲稿第五十二页，共五十三页 同时在矿物资源方面亦有三同时在矿物资源方面亦有三R R原则的问题。原则的问题。开矿提炼和制造金属材料亦是大量消耗能源和劳动开矿提炼和制造金属材料亦是大量消耗能源和劳动力的工业，如铝材现已广泛用于建材、飞机和日用力的工业，如铝材现已广泛用于建材、飞机和日用品等方面，而纯铝要电解法制备，是一个大量耗电品等方面，而纯铝要电解法制备，是一个大量耗电的工业，应该做好铝废弃物的回收和再生技术研究。的工业，应该做好铝废弃物的回收和再生技术研究。(5)(5)综合利用的绿色生化工程综合利用的绿色生化工程 如用现代生物技如用现代生物技术进行煤的脱硫、微生物造纸以及生物质能源术进行煤的脱硫、微生物造纸以及生物质能源等的研究。等的研究。本讲稿第五十三页，共五十三页