第三章绿色化学方法PPT讲稿.ppt

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1、第三章绿色化学方法西昌学院生化系第1页，共104页，编辑于2022年，星期二第一节第一节第一节第一节催化剂在化学反应中的作用催化剂在化学反应中的作用 第2页，共104页，编辑于2022年，星期二催化剂在化学反应中的作用 n加快了化学反应由反应物转化为生成物的速度,降低反应条件n有选择性地加快多种热力学上可能进行的反应中的其中一种反应，选择性地生成某一特定目标产物，即催化剂可控制反应产物化学物种的选择性n控制产物立体规整性的作用第3页，共104页，编辑于2022年，星期二催化剂在化学反应中的作用定向合成单一的旋光异构体催化剂与反应条件共同作用，控制产物的化学物种选择性第4页，共104页，编辑于2

2、022年，星期二分子机器具有高度专一、高选择性和原子经济性的催化剂。n在生命过程中，最需要高度的选择性和原子经济性，在生物体内进行的化学反应都是以酶作为催化剂的。这些酶催化的反应通常都是高度专一、高选择性和原子经济的。因此，这种酶酶催化剂被称为分子机器分子机器(molecular machine).第5页，共104页，编辑于2022年，星期二n近年来的研究发现，不仅酶的功能像一台万无一失的机器，我们常用的化学催化剂也具有这种功能，其典型例子是环戊二烯金属络合物用作烯烃聚合反应的催化剂分子机器具有高度专一、高选择性和原子经济性的催化剂。第6页，共104页，编辑于2022年，星期二分子机器具有高度

3、专一、高选择性和原子经济性的催化剂。n不管是酶催化剂还是传统的化学催化剂，只要其具有高度的专一性，高的选择性，高的反应物转化率和反应的原子经济性，均可认为，它是在化学反应中具有各种特殊功能的分子机器分子机器。第7页，共104页，编辑于2022年，星期二第二节第二节 绿色化学与催化绿色化学与催化 第8页，共104页，编辑于2022年，星期二催化与污染防治催化与污染防治 新原料需新催化剂来活化新原料需新催化剂来活化 催化与反应过程的改善 第9页，共104页，编辑于2022年，星期二一：催化与污染防治第10页，共104页，编辑于2022年，星期二催化已经在减少环境污染方面引起到了重要作用n利用催化剂

4、减少和消除发电厂废气及汽车尾气中的NOx的排放，以改善空气的质量；n利用催化剂以减少挥发性有机溶剂的使用；n利用催化技术取代使用氯或有含氯中间物的合成方法和过程，并减少污染物的生成；n第11页，共104页，编辑于2022年，星期二催化在新的、不产生污染的合成途径中将继续起重要作用n利用催化剂，化学反应会更加有效，会具有更高的选择性，这样就可以减少大量副产物和其他废物成分的生成；n利用催化剂，可改善化学反应的条件，比如降低反应温度和反应压力从而降低能耗，消除某些有毒反应介质的使用等等。总之，催化剂的利用常可以同时满足若干个绿色化学的要求。第12页，共104页，编辑于2022年，星期二 二：新原料

5、需要新催化剂来活化 第13页，共104页，编辑于2022年，星期二邻苯二酚的生产:传统生产方法:苯为原料有毒害，产生副产物丙酮和对苯二酚，要使用二氧化硫等不安全物质合成路线长，3步 第14页，共104页，编辑于2022年，星期二Draths和Frost等采用安全无毒的反应原料葡萄糖:避免了风险原料和试剂的使用，副产物大为减少第15页，共104页，编辑于2022年，星期二三：催化与反应过程的改善第16页，共104页，编辑于2022年，星期二n乙醛的合成 moren对苯二酚的合成moren羰基化合物的合成more第17页，共104页，编辑于2022年，星期二(一):乙醛的合成第18页，共104页，

6、编辑于2022年，星期二传传统统合合成成方方法法CH2 2=CH2 2O2 2PdCl2CuCl2水溶液 CH3 3CHO 缺点：这一方法需要使用大量的催化剂，这样使这一方法需要使用大量的催化剂，这样使得溶液中得溶液中ClCl的浓度较大，溶液中大量的的浓度较大，溶液中大量的ClCl会会导致有机氯化物副产物的生成。这些氯化物副产导致有机氯化物副产物的生成。这些氯化物副产物不仅影响了产品的纯度，而且对人类的健康和物不仅影响了产品的纯度，而且对人类的健康和环境都有害。环境都有害。机理：机理：在反应过程中在反应过程中,PdCl2被还原为被还原为Pd（零价（零价),),Pd（零（零价）与价）与CuCl2

7、反应生成反应生成PdCl2和（和（CuCl2），氧又将，氧又将（CuCl2）氧化，使氧化，使CuCl2复原。复原。第19页，共104页，编辑于2022年，星期二新方法用钒的配合物代替CuCl2催化剂PdCl2的用量可大幅度减少;溶液中Cl的浓度也就大为减少，其减少幅度可达100400倍;大大降低了生成氯化有机物的可能性。第20页，共104页，编辑于2022年，星期二(二):对苯二酚的合成传统合成方法：缺点缺点:n步骤多步骤多,生成大量的盐副产物生成大量的盐副产物n还要多次使用硫酸、盐酸等有腐蚀性的物还要多次使用硫酸、盐酸等有腐蚀性的物质质 第21页，共104页，编辑于2022年，星期二新的环境

8、友好方法：优点优点:这一新方法，虽然也不是原子经济的反应，但由于反应步骤减少，且只有最后一步会有副产物生成，其对环境的友好程度已大大优于传统方法。第22页，共104页，编辑于2022年，星期二 若能找到直接用分子氧氧化苯的新催化剂，则过程的效益会大为增加.第23页，共104页，编辑于2022年，星期二（三）：羰基化合物的合成第24页，共104页，编辑于2022年，星期二R1 1C(OH)R2 2R1 1COR2 2催化剂微波Varma等利用微波与催化剂共同活化的方法,在不用溶剂的条件下把醇转化为羰基化合物,这样就消除了有机溶剂的使用：n传统的方法需要有机溶剂;n还要使用像三氧化铬，高锰酸钾这一

9、类会造成盐污染的氧化剂.第25页，共104页，编辑于2022年，星期二第三节第三节第三节第三节设计高效无害催化剂设计高效无害催化剂催化剂在绿色化学中具有重要地位催化剂在绿色化学中具有重要地位催化剂在绿色化学中具有重要地位催化剂在绿色化学中具有重要地位,老工艺老工艺老工艺老工艺的改造需要新催化剂的改造需要新催化剂的改造需要新催化剂的改造需要新催化剂,新的反应原料、新的反新的反应原料、新的反新的反应原料、新的反新的反应原料、新的反应过程需要新催化剂应过程需要新催化剂应过程需要新催化剂应过程需要新催化剂.因此因此因此因此,如何设计和使用高如何设计和使用高如何设计和使用高如何设计和使用高效无害催化剂效

10、无害催化剂效无害催化剂效无害催化剂,也就成了绿色化学研究的重要内也就成了绿色化学研究的重要内也就成了绿色化学研究的重要内也就成了绿色化学研究的重要内容之一容之一容之一容之一.催化剂设计就是指人们按照自己的意图制造催化剂设计就是指人们按照自己的意图制造催化剂设计就是指人们按照自己的意图制造催化剂设计就是指人们按照自己的意图制造目标催化剂的工作。它是一种构思，而不一定目标催化剂的工作。它是一种构思，而不一定目标催化剂的工作。它是一种构思，而不一定目标催化剂的工作。它是一种构思，而不一定要画出图纸。也就是对指定的反应或者需要制要画出图纸。也就是对指定的反应或者需要制要画出图纸。也就是对指定的反应或者

11、需要制要画出图纸。也就是对指定的反应或者需要制造的某种产品，应该如何选用一种催化剂的知造的某种产品，应该如何选用一种催化剂的知造的某种产品，应该如何选用一种催化剂的知造的某种产品，应该如何选用一种催化剂的知识的逻辑分析。识的逻辑分析。识的逻辑分析。识的逻辑分析。第26页，共104页，编辑于2022年，星期二一：总体性考虑 总体性分析总体性分析n反应的可行性，最大平衡产率n要求的最佳反应条件n可选用的原料n反应的原子经济性如何n在实际使用中可能会遇到什么问题n催化剂的经济性n催化反应的经济性等等。第27页，共104页，编辑于2022年，星期二分析催化剂设计参数的几个要素：分析催化剂设计参数的几个

12、要素：n活活性性、选选择择性性、稳稳定定性性或或寿寿命命，可可再再生生性性和和对人对环境是否无害。对人对环境是否无害。选择催化剂类型和材料选择催化剂类型和材料n可可根根据据反反应应类类型型、反反应应分分子子的的活活化化方方式式等等选选择择催催化化剂剂的的类类型型和和可可选选用用材材料料，找找出出最最可可行行催化剂，进行各种改良与调变。催化剂，进行各种改良与调变。试验验证设计的可行性试验验证设计的可行性n用用实实验验证证实实设设计计的的可可行行性性，若若实实验验证证明明设设计计不合理，则又从头开始重新进行设计。不合理，则又从头开始重新进行设计。第28页，共104页，编辑于2022年，星期二二、设

13、计和开发新型分子氧氧化催化剂 在化学化工过程种常用的氧化剂有：分在化学化工过程种常用的氧化剂有：分子氧、过氧化氢、臭氧和其他无机氧子氧、过氧化氢、臭氧和其他无机氧供体。供体。常用的无机氧供体氧化剂常用的无机氧供体氧化剂n次氯酸钠，次溴酸钠，硝酸、亚硫酸次氯酸钠，次溴酸钠，硝酸、亚硫酸氢钾、三氧化铬、高锰酸钾、重铬酸氢钾、三氧化铬、高锰酸钾、重铬酸钾等等。钾等等。n采用无机氧供体作氧化剂时，常常会生采用无机氧供体作氧化剂时，常常会生成大量的盐废物，不仅造成环境污染，成大量的盐废物，不仅造成环境污染，同时也造成资源浪费。同时也造成资源浪费。第29页，共104页，编辑于2022年，星期二清洁氧化剂及

14、其特点n分子氧分子氧(O2 2):):最清洁的氧化剂，但有时受反应条件最清洁的氧化剂，但有时受反应条件限制，也采用过氧化氢或臭氧作为氧化限制，也采用过氧化氢或臭氧作为氧化剂。剂。第30页，共104页，编辑于2022年，星期二清洁氧化剂及其特点n过氧化氢过氧化氢(H(H2 2O2 2)：过氧化氢比氧和臭氧贵得多，但过氧化氢中含有过氧化氢比氧和臭氧贵得多，但过氧化氢中含有47%47%的活性氧，其氧化产物为水，是环境可接受的副产物。的活性氧，其氧化产物为水，是环境可接受的副产物。第31页，共104页，编辑于2022年，星期二清洁氧化剂及其特点n臭氧(O3)：臭氧也是环境可接受的氧化剂，它氧化其他产物

15、后变为分子氧，其缺点是，使用时需要特殊的处理方法和特殊的发生装置。第32页，共104页，编辑于2022年，星期二清洁氧化剂及其特点n氧化亚氮(N2O)：氧化反应后产物为氮气，对环境友好N2O本身的生产复杂，价格不低第33页，共104页，编辑于2022年，星期二采用晶格氧氧化烃类也是近年来颇受重视的方法。n这种方法在没有气相氧分子存在的条件下进行烃类的氧化反应，能大幅度提高烃类选择氧化的选择性，而且因不受爆炸极限的限制，可提高原料浓度，使反应物容易分离回收，是控制盛度氧化、节约资源和环境保护的有效催化新技术。第34页，共104页，编辑于2022年，星期二三、设计新型分子筛催化剂 分子筛分子筛n

16、分子筛是结晶态无机高聚物，由铝硅酸盐组成，具有开放的骨架结构。n 天天然然分分子子筛筛（八面沸石）具有足够大的孔结构，可用于石油炼制。n 合合成成八八面面沸沸石石分分子子筛筛现已可大规模商业应用，已成为石油工业的重要催化剂。第35页，共104页，编辑于2022年，星期二分子筛的结构特征n 从结构上看，分子筛具有四四面面体体形形XO4结结构构，其中X与其他X共用氧离子。X可以是三价的（铝、硼、镓），四价的（锗，硅），或五价的（磷）原子。n 分子筛孔的大小由四面体单元数确定，按四面体单元数的多少可分为大大孔孔、中中孔孔和小小孔孔分子筛，其相应的最大自由孔径为0.75、0.67和0.43nm。第36

17、页，共104页，编辑于2022年，星期二分子筛的结构特征第37页，共104页，编辑于2022年，星期二分子筛催化剂的应用n 分子筛催化剂大量用于多相酸碱催化，如烃类转化。n 分子筛的酸性是为保证中性而与表面结合的质子造成的。n 顺磁共振也发现了一些超酸位。第38页，共104页，编辑于2022年，星期二分子筛催化的希望n分子筛催化剂可取代对健康、对环境明显有害的物质，如氢氟酸、硫酸等，因而分子筛催化剂被认为是对环境更友好的催化剂。n 同时，由于使用分子筛催化剂后，选择性的增加、活性的增加，无疑将使分子筛催化成为绿色化学中最有希望的领域之一。第39页，共104页，编辑于2022年，星期二第四节第四

18、节第四节第四节改变反应原料改变反应原料 第40页，共104页，编辑于2022年，星期二原料的选用n原料对合成路线的效率、过程的环境效应和对人原料对合成路线的效率、过程的环境效应和对人类健康均有极大的影响。类健康均有极大的影响。n 原料本身的生产者、原料的保存和运输过程中的操作原料本身的生产者、原料的保存和运输过程中的操作管理者、原料在使用过程中的加工者会面临多大的危管理者、原料在使用过程中的加工者会面临多大的危险是在选择原料时要加以考虑的。险是在选择原料时要加以考虑的。n对于某些大宗化学品的生产，原料的选择可能改变市对于某些大宗化学品的生产，原料的选择可能改变市场状况，因为有些物质的主要功能就

19、是作为原料场状况，因为有些物质的主要功能就是作为原料 第41页，共104页，编辑于2022年，星期二一、改变反应原料的一般原则（一）、考虑原料本身的危险性n是否对人对环境无害n是否具有比如毒性、发生意外事故的可能性n是否会破坏生态环境n是否具有其他不友好性质 第42页，共104页，编辑于2022年，星期二（二）、使用可再生资源n目前，目前，90%以上的有机化学品都是以石油为原以上的有机化学品都是以石油为原料加工合成的。料加工合成的。n石油加工是一个高耗能的产业，比如，在美国石油加工是一个高耗能的产业，比如，在美国石油炼制所耗能量就占其总消耗量的石油炼制所耗能量就占其总消耗量的15%1。由于原油

20、质量在不断下降，这种能耗还会不断由于原油质量在不断下降，这种能耗还会不断增加。增加。n在由石油转化为有用的有机化学品的过程中，在由石油转化为有用的有机化学品的过程中，通常要发生氧化反应，而氧化步骤是历史上污通常要发生氧化反应，而氧化步骤是历史上污染严重的步骤。染严重的步骤。第43页，共104页，编辑于2022年，星期二（二）、使用可再生资源n考虑到石油、天然气、煤等化石资源面临枯竭考虑到石油、天然气、煤等化石资源面临枯竭的危险，故应减少对这类资源的依赖。的危险，故应减少对这类资源的依赖。n农业资源和生物资源是很好的替代品。近期的农业资源和生物资源是很好的替代品。近期的研究表明，许多农产品，比如

21、玉米、马铃薯、研究表明，许多农产品，比如玉米、马铃薯、大豆、糖浆等均可转化为有用化学品比如纺织大豆、糖浆等均可转化为有用化学品比如纺织品和尼龙等。农业废物、生物质和非食物性生品和尼龙等。农业废物、生物质和非食物性生物制品通常都含有木质纤维素，也可作为化学物制品通常都含有木质纤维素，也可作为化学化工原料。化工原料。第44页，共104页，编辑于2022年，星期二二、生物质作为化学化工原料的利弊（一）、采用生物质作为化学化工原料的优点 n生物质可给出结构多样结构多样的产品材料 特定的立体结构和光学特征结构,利用这些已有的结构因素 第45页，共104页，编辑于2022年，星期二n生物质的结构单元结构单

22、元通常比原油的结构单元复复杂杂n利用这种结构单元结构的复杂性，则可减少利用这种结构单元结构的复杂性，则可减少副产物的生成副产物的生成 由原油的结构单元衍生所得物质，通常没被氧化的，而在碳氢化合物中引入氧的方法是极其有限的，且常需要使用有毒试剂（比如铬、铅等），造成环境污染。而由生物质衍生所得物质常常已是氧化产物，无无需需再通过氧化反应引入氧。再通过氧化反应引入氧。第46页，共104页，编辑于2022年，星期二n增大生物质的使用量可增长原油增大生物质的使用量可增长原油的使用时间的使用时间 为可持续发展作出贡献。为一些必须使用石油作原料的产品的生产提供保证。n使用生物质可减少使用生物质可减少COC

23、O2 2在大气中在大气中浓度的增加浓度的增加 因生物在形成过程中要吸收二氧化碳。故在大气中浓度的二氧化碳净增加会受到抑制，甚至达到平衡态 第47页，共104页，编辑于2022年，星期二n化学工业使用更多的可再生资源可使化学工业使用更多的可再生资源可使其本身在原料上更有保障其本身在原料上更有保障 原油仅产于世界少数国家和地区，其价格易随国际关系的变化而变化，进而使化学工业本身受到大的影响。n生物质资源比原油有更大的灵活性生物质资源比原油有更大的灵活性 原油的组成和性质与一系列地理因素有关，生物质的结构单元具有结构多样性，可用于生产不同的产品，同时，利用基因工程，还可以对植物的生长进行调变，使植物

24、长出更多的我们需要的化学品所需的结构 第48页，共104页，编辑于2022年，星期二（二）、生物质作为化学化工原料的缺点（二）、生物质作为化学化工原料的缺点 n在经济上还不具备竞争力 石油工业已相当成熟，从石油开采到从原油中提取出各种有用的烃类，再将其加工成为中间物或最终化学品，已形成了大规模的、高效的生产系统。这些都使石油工业在经济上具有相当的竞争力。而利用生物质作原料的化学工业系统仍处于研究开发之中，经济上还没有竞争力。n食品原料改作化学化工原料的合理性 现在考虑用作化学化工原料的生物质是传统的食品原料，把食品原料改作化学化工原料是否合适？生物质也需要土地来种植，大面积的种植对环境又有何影

25、响？是否有足够的土地资源供种植化学化工上所需使用的植物？传统的化石原料（石油、天然气、煤）可从“三维”获取，即在一个小面积范围内可集中大量的化石原料，但种植生物质则是“二维”的，不可能在一小面积区域内集中种植获得大量的生物质原料。第49页，共104页，编辑于2022年，星期二n生物质的生产有明显的季节性生物质的生产有明显的季节性 植物的生长有季节性，在一年中，一定时间种植，一段时间之后才能收获，这就要求使用生物质作原料的工厂要很好地制定生产计划。而实际上，现在的化学品生产厂家要求天天有相同质量的原料供应，改换为生物质之后，很可能年初和年底得到的原料质量就不尽相同，无疑将对生产产生很大的影响。n

26、生物质的组成极为复杂生物质的组成极为复杂 不同种类的物质，其组成和性质都可能不尽相同，若需要对每一类生物质有针对性地修建工厂，这将使生物质的利用变得十分困难。同时，传统的化学品生产装置可能还不能处理由生物质提取得到的结构单元，从而获得我们需要的化学品，故传统化学品生产商还需要要重新认识、学习这方面的知识，也还需要再投资，这是目前他们还不十分乐意做的。第50页，共104页，编辑于2022年，星期二第五节第五节第五节第五节改变反应试剂改变反应试剂 第51页，共104页，编辑于2022年，星期二试剂的选择 目前绿色化学在这方面的研究已取得许多进展例如：借助于光照取消一些试剂的使用；尽可能使用可复原的

27、催化剂来实现反应，将反应试剂负载化而实现反应等6，7。氧化剂、还原剂等均可使之负载化。例如，在叔烃氧化为酮的反应中，传统方法是使用乙酸铜与过氧化氢在水溶液中反应，而把硝酸铜负载在浸有过氧化氢的K10白土上亦可很好地实现此反应 合成效率高 可实施 对人类健康和环境无害第52页，共104页，编辑于2022年，星期二第六节第六节第六节第六节改变反应溶剂改变反应溶剂 第53页，共104页，编辑于2022年，星期二n水溶液系统n离子溶液 n溶剂的固定化高分子溶液 以现用溶剂为基础进行聚合反应得到现行溶剂的聚合衍生物，它们在化学合成、分离和清洁等过程中具有现行溶剂的溶剂化作用，但却不会挥发到空气中和释放到

28、水介质中造成污染。这类溶剂可以单独使用，也可用高级烃类稀释后使用。通过过滤等即可分离回收高分子溶剂。n无溶剂化n超临界流体第54页，共104页，编辑于2022年，星期二无溶剂化BandgerBandger等等55使用环境友好催化剂与微波作用相结合，成功地实现使用环境友好催化剂与微波作用相结合，成功地实现了由二甲氧基（或二羟基）苯甲醛（或酮酚）与了由二甲氧基（或二羟基）苯甲醛（或酮酚）与MeldrumMeldrum氏酸合成氏酸合成3-3-羰基香豆素的反应。微波与催化剂结合而不使用溶剂的方法，羰基香豆素的反应。微波与催化剂结合而不使用溶剂的方法，在有机合成中保护反应、去保护反应、氧化反应、还应反应

29、、重在有机合成中保护反应、去保护反应、氧化反应、还应反应、重排反应等方面均十分有效排反应等方面均十分有效66。第55页，共104页，编辑于2022年，星期二超临界流体 当流体的温度和压力处于它的临界温度和压力以上时，称该流体为超临界流体。将纯物质沿气液饱和线升温，当达到临界点时气液界面消失，体系的性质变得均一，不再分为气体和液体。在压力-温度图上，温度高于临界温度、压力高于临界压力的区域属于超临界流体状态。第56页，共104页，编辑于2022年，星期二表表3-1 一些常用超临界流体的临界性质一些常用超临界流体的临界性质物质物质 二氧化碳二氧化碳 乙烷乙烷 乙烯乙烯 丙烷丙烷 丙烯丙烯 临界温度

30、Tc/K304.2305.4282.4369.8365.0 环己烷环己烷 异丙醇异丙醇 苯苯 甲苯甲苯 水水353.4508.3562.1591.7647.3临界压力Pc/Mpa7.374.885.044.254.624.074.764.894.1122.05n第57页，共104页，编辑于2022年，星期二超临界流体的传递性质超临界流体超临界流体:密度与密度与液体液体的的密度密度相近，相近，粘度粘度却比液体小近百倍，因此却比液体小近百倍，因此其其流动性流动性要比液体好得多。要比液体好得多。在相同流速下，超临界流体的在相同流速下，超临界流体的流动雷诺数流动雷诺数比液体要比液体要大得多。大得多。所

31、以所以传递系数传递系数也比液体中大得多。也比液体中大得多。溶质在超临界流体中的溶质在超临界流体中的扩散系数扩散系数虽然比在虽然比在气体气体中要中要小几百倍，但却比在液体中大几百倍。小几百倍，但却比在液体中大几百倍。这些都表明，物质在超临界流体中的传递比在液体这些都表明，物质在超临界流体中的传递比在液体中要好得多。中要好得多。第58页，共104页，编辑于2022年，星期二超临界流体用作化学反应溶剂的优点n优点之一，是可以通过压力变化，在“象象气气相相”和和“象象液液相相”之间调节流体的性质，即通过压力变化，使其性质在接近于气体性质或接近于液体性质之间变化，这样为更好地实现化学反应提供了方便。n可

32、通过调节压力来改变其密密度度，从而调节一些与密度相关的溶剂性质，如介电性、粘度等，这样就增大了对化学反应进行控制的能力和改变化学反应选择性的可能性。n超临界流体又具有某些年个气体的优点，如粘度低、大的气体溶解度、大的扩散系数等，这对快速化学反应、尤其是扩散控制化学反应或包含有气体反应物的反应是十分有利的。第59页，共104页，编辑于2022年，星期二超临界流体用作化学反应溶剂的优点n超临界二氧化碳的另一个优点是，二氧化碳不可能再被氧化不可能再被氧化，因而是理想的氧化反应的溶剂。n利用超临界二氧化碳中二氧化碳浓度高这一性质，使二氧化碳作为反应物二氧化碳作为反应物的反应在超临界二氧化碳中进行，从而

33、提高反应速度、甚至开发出新的反应.第60页，共104页，编辑于2022年，星期二超临界二氧化碳作化学反应溶剂的优点n二氧化碳是超临界流体技术中最常用的溶剂，它的临界温度为304.2K（即31.5）,可在室温下实现超临界操作；它的临界压力为7.37Mpa，也不算高，设设备备加加工工并并不困难不困难。这样能耗也比较节省能耗也比较节省。n研究表明，超临界二氧化碳对多数物质具有较较大大的的溶溶解解度度，而水在二氧化碳中的溶解度却很小，这些性质使得在近临界或超临界二氧化碳中分离有机物和水十分方便。n二氧化碳还具有不不可可燃燃、无无毒毒、化化学学性性质质稳稳定定、价价廉廉易得等优点。易得等优点。第61页，

34、共104页，编辑于2022年，星期二n可操作温度范围大（可操作温度范围大（4030040300）n很大的溶解度很大的溶解度n表现出表现出BronstedBronsted酸酸性、酸酸性、FranklinFranklin酸酸酸酸性和超强酸性性和超强酸性n蒸气压很小蒸气压很小n对水敏感但能容忍对水敏感但能容忍n热稳定性较好热稳定性较好n相对便宜且易于制备相对便宜且易于制备 离子溶液优点离子溶液优点第66页，共104页，编辑于2022年，星期二n因此离子溶液是许多有机化学反因此离子溶液是许多有机化学反应，如低聚反应、聚合反应、烷应，如低聚反应、聚合反应、烷基化反应、酰基化反应的良好的基化反应、酰基化反

35、应的良好的溶剂。溶剂。nSeddonSeddon44等的研究发现，将离子等的研究发现，将离子溶液用于溶液用于DielsAlderDielsAlder反应，其反应，其效果与传统的高氯酸锂二甲醚混合效果与传统的高氯酸锂二甲醚混合物完全相当。物完全相当。第67页，共104页，编辑于2022年，星期二 第七节第七节第七节第七节化学反应的过程监控化学反应的过程监控和化工过程强化和化工过程强化 第68页，共104页，编辑于2022年，星期二化学反应的化学反应的过程监控过程监控 化工过程强化化工过程强化第69页，共104页，编辑于2022年，星期二反应条件、反应体系中各组分的原位监测 反应条件控制、反应进料

36、情况的控制 有效地控制化学反应的进行使反使反应变为无害反应应变为无害反应 一、化学反应的过程监控 第70页，共104页，编辑于2022年，星期二 比如：比如：某某反反应应进进行行过过程程中中会会生生成成微微量量污污染染物物X X，且且反反应应温温度度和和压压力力过过高高时时，污污染染物物X X的的生生成成量量会会急急剧增大。剧增大。我我们们就就可可利利用用原原位位过过程程监监控控技技术术，在在反反应应过过程程中中连连续续不不断断地地分分析析检检测测X X的的生生成成量量，当当X X的的生生成成量量超超过过预预定定值值时时，立立即即改改变变反反应应条条件件（温度和压力）以减少其生成。（温度和压力

37、）以减少其生成。其其他他因因素素，如如反反应应物物配配比比等等也也可可以以通通过过原原位位监控而控制。监控而控制。第71页，共104页，编辑于2022年，星期二二、化工过程强化二、化工过程强化 n化工过程强化化工过程强化包括发展新设备和新技术。n这些新设备和新技术与现行设备和技术相比 设备体积/产量比、能量消耗、废物排放和成本等方面具有明显的优势。n即新设备和新技术的设备体积/产量比小得多、能量消耗小得多、废物排放少得多和成本大为降低。n也就是说，使反应体积变得更小、使过程变得更清洁、使能量的利用更为有效的任何化学工程的进步都可认为是化工过程强化化工过程强化。第72页，共104页，编辑于202

38、2年，星期二本章作业n1:1:说明催化剂在化学反应中有何作用？说明催化剂在化学反应中有何作用？n2:2:简述反应原料的重要性及绿色化学对反应原简述反应原料的重要性及绿色化学对反应原料的选择原则。料的选择原则。n3:3:为什么说催化剂能全方位地促进绿色化学为什么说催化剂能全方位地促进绿色化学的发展？的发展？n4:4:生物质作为反应原料的优缺点。生物质作为反应原料的优缺点。第102页，共104页，编辑于2022年，星期二参参 考考 文文 献献 第103页，共104页，编辑于2022年，星期二11.Paul.T.Anastas,Tracy C.Williamson,。Green Chemistry,

39、Designing Chemistry for the Environment。American Chemical Society,199612.12.黄黄仲仲涛涛、林林维维明明、庞庞先先桑桑、王王乐乐夫夫编编著著。工工业业催催化化剂剂设设计计与与开开发发。华南理工大学出版社，华南理工大学出版社，1990199013.13.戚蕴石编著。固体催化剂设计。华东理工大学出版社，戚蕴石编著。固体催化剂设计。华东理工大学出版社，1994199414.14.沈沈师师孔孔，闵闵恩恩泽泽。烃烃类类晶晶格格氧氧选选择择氧氧化化。化化学学进进展展，19981998，1010（2 2）：）：137145137145第104页，共104页，编辑于2022年，星期二