绿色化学提出与发展.ppt

《绿色化学提出与发展.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《绿色化学提出与发展.ppt（43页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、一、绿色化学的提出与发展化学在保证和提高人类生活质量、保护自然环境以及增强化学工业的竞争力化学在保证和提高人类生活质量、保护自然环境以及增强化学工业的竞争力方面均起着关键作用。方面均起着关键作用。v如药品的研究和开发有助于治愈疾病，延长人类的寿命。如药品的研究和开发有助于治愈疾病，延长人类的寿命。v分子聚合技术的发展，有助于合成纤维和各种材料的更新换代。分子聚合技术的发展，有助于合成纤维和各种材料的更新换代。v化肥农药的研发，控制了病虫害，提高了农作物的产量。化肥农药的研发，控制了病虫害，提高了农作物的产量。但是，随着化学品的大量生产和广泛应用，人类原本和谐的生态环境但是，随着化学品的大量生产

2、和广泛应用，人类原本和谐的生态环境逐渐有了黑臭的污水、讨厌的烟尘、难以处置的废物和各种各样的毒物逐渐有了黑臭的污水、讨厌的烟尘、难以处置的废物和各种各样的毒物化学品开始威胁着人类的健康，伤害着我们的地球家园。化学品开始威胁着人类的健康，伤害着我们的地球家园。这种情况引起了越来越多的人的关注。这种情况引起了越来越多的人的关注。1990 1990年，美国国会通过污染预防法案年，美国国会通过污染预防法案 （Pollution Prevention Pollution Prevention ACTACT），明确提出了，明确提出了 污染预防污染预防 这一概念，要求杜绝污染源，指出最好的这一概念，要求杜绝

3、污染源，指出最好的防止防止有毒化学物质危害的办法就是从一开始就不生产有毒物质和形成废有毒化学物质危害的办法就是从一开始就不生产有毒物质和形成废弃物。弃物。此后，人们赋予这一新事物不同的取名此后，人们赋予这一新事物不同的取名:环境无害化学环境无害化学(Environmental Benign Chemistry)Environmental Benign Chemistry)、清洁化学清洁化学(Clean Chemistry)Clean Chemistry)原子经济学原子经济学(Atomic Economy)Atomic Economy)绿色化学绿色化学(Green Chemistry)Green

4、 Chemistry)等等。等等。美国环保局率先在官方文件中正式采用美国环保局率先在官方文件中正式采用“绿色化学绿色化学”这个名称，以突出化学对环境的友好这个名称，以突出化学对环境的友好;19951995年年3 3月月1616日，美国总统克林顿宣布设立日，美国总统克林顿宣布设立“绿色化学挑战奖计划绿色化学挑战奖计划”，以推动社会各界进行化学污染预防和工业生态学研究，鼓励支持重，以推动社会各界进行化学污染预防和工业生态学研究，鼓励支持重大的创造性的科学技术突破，从根本上减少乃至杜绝化学污染源大的创造性的科学技术突破，从根本上减少乃至杜绝化学污染源;随后美国科学基金会和美国国家环保局提供专门基金资

5、助绿色化学的随后美国科学基金会和美国国家环保局提供专门基金资助绿色化学的研究，并于同年研究，并于同年1010月月3030日设立日设立“总统绿色化学挑战奖总统绿色化学挑战奖”这项在化学化工这项在化学化工领域内唯一的总统奖，以表彰在该领域有重大突破和成就的个人与单位。领域内唯一的总统奖，以表彰在该领域有重大突破和成就的个人与单位。共有共有5 5个奖项：学术奖、中小企业奖、新合成路线奖、新工艺奖个奖项：学术奖、中小企业奖、新合成路线奖、新工艺奖和安全化学品设计奖。和安全化学品设计奖。由于上述原因，使得由于上述原因，使得 绿色化学绿色化学 这个名称广为传播。目前全世界比较发这个名称广为传播。目前全世界

6、比较发达的国家的许多行业都以浓厚的兴趣大力研究绿色化学课题达的国家的许多行业都以浓厚的兴趣大力研究绿色化学课题。德国于德国于19971997年通过实施有关绿色化学的年通过实施有关绿色化学的“为环境而为环境而研究研究”计划。计划。荷兰利用税法条款等方法来推动绿色化学技术的开发荷兰利用税法条款等方法来推动绿色化学技术的开发和应用。和应用。日本则通过制定日本则通过制定“新阳光计划新阳光计划”，在环境技术的研究，在环境技术的研究与开发领域确定了环境无害制造技术、减少环境污染技术与开发领域确定了环境无害制造技术、减少环境污染技术和二氧化碳固定与利用技术等绿色化学的内容，成立了由和二氧化碳固定与利用技术等

7、绿色化学的内容，成立了由工业界、学术界和政府联合组织的工业界、学术界和政府联合组织的“为地球而创新技术为地球而创新技术”的研究院和日本化学创新研究院，以推动社会的可持续发的研究院和日本化学创新研究院，以推动社会的可持续发展。展。总之，绿色化学的研究已迅速成为一些主要国家政府、总之，绿色化学的研究已迅速成为一些主要国家政府、企业和学术界的重要研究开发方向。企业和学术界的重要研究开发方向。我国在绿色化学方面的活动也非常活跃。我国在绿色化学方面的活动也非常活跃。1995 1995年，中国科学院化学部组织了绿色化学与技术年，中国科学院化学部组织了绿色化学与技术推动化工生产可持续发展的途径的院士咨询。推

8、动化工生产可持续发展的途径的院士咨询。1997 1997年，国家自然科学基金委员会与中国石油化工集团年，国家自然科学基金委员会与中国石油化工集团公司联合立项，资助公司联合立项，资助“九五九五”重大基础研究项目重大基础研究项目“环境环境友好石油化工催化化学与化学反应工程友好石油化工催化化学与化学反应工程”。1997 1997年以来，中国科技大学、四川大学和上海大学等陆年以来，中国科技大学、四川大学和上海大学等陆续成立了绿色化学化工研发中心。续成立了绿色化学化工研发中心。19941994年年8 8月，美国化学会第月，美国化学会第208208届年会就举办了以届年会就举办了以“为为环境而设计：环境而设

9、计：2121世纪的新范例世纪的新范例”为专题的讨论会，讨论了为专题的讨论会，讨论了环境无害化学、环境友好工艺和绿色技术等问题。环境无害化学、环境友好工艺和绿色技术等问题。1996 1996年，著名的哥顿会议第一次以年，著名的哥顿会议第一次以“环境无害有机合环境无害有机合成成”为主题讨论了原子经济、环境无害溶剂等问题。这是为主题讨论了原子经济、环境无害溶剂等问题。这是世界高水平学术论坛首次讨论绿色化学专题。这次会议与世界高水平学术论坛首次讨论绿色化学专题。这次会议与“绿色化学挑战奖绿色化学挑战奖”一起，被时任美国化学会主席的一起，被时任美国化学会主席的R.R.BrealowBrealow在在“化

10、学的绿色化化学的绿色化”的评论中称为的评论中称为19961996年年“两项重两项重要的第一次要的第一次”。1997 1997年年8 8月，在英国召开的哥顿会议，仍以绿色化学的月，在英国召开的哥顿会议，仍以绿色化学的有关内容为主题。有关内容为主题。以美国化学会、美国化学工程师协会等多家单位发起以美国化学会、美国化学工程师协会等多家单位发起的第一届的第一届“绿色化学与工程会议绿色化学与工程会议”，于，于19971997年年6 6月在华盛顿月在华盛顿国家科学院召开，主题为国家科学院召开，主题为“20202020年的应用展望年的应用展望”。此后每。此后每年举行的历届会议，均包括绿色化学的内容。年举行的

11、历届会议，均包括绿色化学的内容。由美国环保局由美国环保局Paul T.Anastas等编写的等编写的 绿色化学绿色化学 丛书丛书1996年出版的第一辑副标题为年出版的第一辑副标题为“为环境设计化学为环境设计化学”；1998年出版的第二辑副标题为年出版的第二辑副标题为“无害化学合成和工无害化学合成和工艺的前沿艺的前沿”。此外，此外，Anastas等在等在1998年出版的年出版的 绿色化学绿色化学理理论与实践论与实践 一书中，详细阐述了绿色化学的定义、原则、一书中，详细阐述了绿色化学的定义、原则、评估方法及发展趋势，是绿色化学的经典之作。评估方法及发展趋势，是绿色化学的经典之作。站在现代化学研究前

12、沿的、由英国皇家化学会站在现代化学研究前沿的、由英国皇家化学会主办的国际性杂志绿色化学，于主办的国际性杂志绿色化学，于19991999年年1 1月创月创刊。其内容涉及清洁化工生产技术各个方面的研究刊。其内容涉及清洁化工生产技术各个方面的研究成果和综述，其信息涵盖了通过化学品的应用或加成果和综述，其信息涵盖了通过化学品的应用或加工来减轻对环境影响的所有研究活动。工来减轻对环境影响的所有研究活动。http:/www.rsc.org/greenchem 在中国，在中国，19971997年年5 5月以月以“可持续发展问题对科学的可持续发展问题对科学的挑战挑战绿色化学绿色化学”为主题的香山学术会议第为主

13、题的香山学术会议第7272次学术次学术讨论会在北京举行。中心议题为可持续发展对物质科学讨论会在北京举行。中心议题为可持续发展对物质科学的挑战、化学工业中的绿色革命以及绿色科技中的一些的挑战、化学工业中的绿色革命以及绿色科技中的一些重大问题和中国绿色化学发展战略。重大问题和中国绿色化学发展战略。1998 1998年，第一届国际绿色化学高级研讨会在合肥举行。年，第一届国际绿色化学高级研讨会在合肥举行。此后，绿色化学得到了越来越多的关注和重视。此后，绿色化学得到了越来越多的关注和重视。二、什么是绿色化学?绿色化学是指设计没有或者只有尽可能小的环境负作用并且绿色化学是指设计没有或者只有尽可能小的环境负

14、作用并且在技术上和经济上可行的化学品和化学过程。它是实现污染预防在技术上和经济上可行的化学品和化学过程。它是实现污染预防的基本的和重要的科学手段，包括许多化学领域，如合成、催化、的基本的和重要的科学手段，包括许多化学领域，如合成、催化、工艺、分离和分析监测等。工艺、分离和分析监测等。绿色化学的理想在于不再使用有毒、有害的物质，不再产生绿色化学的理想在于不再使用有毒、有害的物质，不再产生废物。不再处理废物。它是一门从源头上阻止污染的化学。废物。不再处理废物。它是一门从源头上阻止污染的化学。很明显，绿色化学要求负作用尽可能小，它是一种理念，是很明显，绿色化学要求负作用尽可能小，它是一种理念，是人们

15、应该倾力追求的目标。人们应该倾力追求的目标。绿色化学定义：绿色化学定义：利用化学来防止污染的一门科学。其研究目的利用化学来防止污染的一门科学。其研究目的是通过一系列的原理与方法来降低或除去化学产品是通过一系列的原理与方法来降低或除去化学产品设计、制造与应用中有害物质的使用与产生，使所设计、制造与应用中有害物质的使用与产生，使所设计的化学产品或过程更加环境友好。绿色化学包设计的化学产品或过程更加环境友好。绿色化学包括所有可以降低对人类健康与环境产生负面影响的括所有可以降低对人类健康与环境产生负面影响的化学方法、技术与过程。化学方法、技术与过程。绿色化学的目标：绿色化学的目标：绿色化学的研究目标是

16、利用可持续的方法来降低维绿色化学的研究目标是利用可持续的方法来降低维持人类生活水平及科技进步所需化学产品与过程所使用持人类生活水平及科技进步所需化学产品与过程所使用与产生的有害物质。与产生的有害物质。绿色化学的优点：绿色化学的优点：1 1 无污染，无污染，2 2 环境友好，环境友好，3 3 高选择性合成，高选择性合成，4 4 零排放零排放。绿色化学不同于环境化学。环境化学是一门研究污染物的绿色化学不同于环境化学。环境化学是一门研究污染物的分布、存在形式、运行、迁移及其对环境影响的科学。分布、存在形式、运行、迁移及其对环境影响的科学。绿色化学的最大特点在于它是在始端就采用实现污染预防的绿色化学的

17、最大特点在于它是在始端就采用实现污染预防的科学手段，因而过程和终端均为零排放或零污染。它研究污染科学手段，因而过程和终端均为零排放或零污染。它研究污染的根源的根源污染的本质在哪里，它不是去对终端或过程污染进污染的本质在哪里，它不是去对终端或过程污染进行控制或进行处理。绿色化学关注在现今科技手段和条件下能行控制或进行处理。绿色化学关注在现今科技手段和条件下能降低对人类健康和环境有负面影响的各个方面和各种类型的化降低对人类健康和环境有负面影响的各个方面和各种类型的化学过程。绿色化学主张在通过化学转换获取新物质的过程中充学过程。绿色化学主张在通过化学转换获取新物质的过程中充分利用每个原子，具有分利用

18、每个原子，具有 原子经济性原子经济性，因此它既能够充分利用，因此它既能够充分利用资源，又能够实现防止污染。资源，又能够实现防止污染。绿色化学研究什么绿色化学研究什么?一般说来，一个化学反应主要受四个方面的影响一般说来，一个化学反应主要受四个方面的影响:(1)(1)原料或起始物的性质原料或起始物的性质;(2)(2)试剂或合成路线的特点试剂或合成路线的特点;(3)(3)反应条件反应条件;(4)(4)产物或目标分子的性质。产物或目标分子的性质。众所周知，这四个因素相互紧密联系，而且在一定条件下众所周知，这四个因素相互紧密联系，而且在一定条件下息息相关。因此，这四个方面也是绿色化学所研究的方面。息息相

19、关。因此，这四个方面也是绿色化学所研究的方面。绿色化学的核心是利用化学知识和技术预防绿色化学的核心是利用化学知识和技术预防污染，从源头消除污染。发达国家对环境的治污染，从源头消除污染。发达国家对环境的治理，已开始从治标理，已开始从治标(即从末端治理污染即从末端治理污染)，转向，转向治本治本(即减少污染源头，生产环境友好产品即减少污染源头，生产环境友好产品)。从节约资源和防止污染的观点来重新审视和改从节约资源和防止污染的观点来重新审视和改革现有的科学制度，并发展可持续发展的科学革现有的科学制度，并发展可持续发展的科学技术。技术。四、绿色化学的研究内容四、绿色化学的研究内容 绿色化学研究什么?一般

20、说来，一个化学反应主要受四个方面的影响:(1)原料或起始物的性质;(2)试剂或合成路线的特点;(3)反应条件;(4)产物或目标分子的性质。众所周知，这四个因素相互紧密联系，而且在一定条件下息息相关。因此，这四个方面也是绿色化学所研究的方面。目前绿色化学的研究重点是:(1)设计对人类健康和环境更安全的化合物，这是绿色化学的关键部分;(2)探求新的、更安全的、对环境更友好的化学合成路线和生产工艺;(3)改善化学反应条件、降低对人类健康和环境的危害，减少废弃物的生产和排放。绿色化学着重于更安全这个概念，不仅针对人类的健康，还包括整个生命周期中对生态环境、动物、水生生物和植物的影响;而且除了直接影响之

21、外，还要考虑间接影响，如转化产物或代谢物的毒性等。1原料的选择一个化学反应类型或合成路径的特性在很大程度上是由初始原料的的选择而决定的。初始原料的选择决定了处理、生产及运输过程中工人所要面对的危害性。因此原料的选择十分重要，寻找环境无害的原料是绿色化学主要研究方向之一。a废弃生物质转化动物饲料、工业化学品及燃料TexasA&M大学的MHoltzapple小组开发的利用废弃生物质转化动物饲料、工业化学品及燃料的技术获得1996年度美国总统绿色化学挑战技术奖。B木质素作原料制造化学品木质素可从生物质炼制中得到，是一种重要的可再生资源。木质素可通过氧化转换成苯醌。苯醌被广泛地用作染料工业等。也是许多

22、生物活性材料地主要结构单元。但木质素的结构非单一性限制了其应用，使其结构均一化的方法与技术的开发研究具有重要的意义。C葡萄糖作原料制造商品化学品可通过利用葡萄糖来替代苯，以生物合成己二酸。没有有机毒物的使用；水为溶剂；压力较小，能耗低。D生物质气化制造氢气开发以生物质为原料生产氢气的高效过程与技术是重要的研究方向E多糖聚合物多糖可再生，无毒，无事故隐患，还可生物降解。2试剂的选择选择试剂时要考虑的因素：试剂的危害性废物的产生产品的选择性反应效率试剂的数量光化学法替代F-C酰化反应绿色试剂的例子传统反应酰氯或酸酐有腐蚀性，且对空气敏感；酰氯与水反应的产物为HClLewis酸也具有腐蚀性及对水的反

23、应性典型的溶剂为各种芳香烃、CS2、氯代烃等光化学反应不需要Lewis酸作催化剂原料试剂有很好的空气与水稳定性苯醌还可以通过生物质原料制造。非光气异氰酸酯合成液体氧化反应器Praxair开发了使有机化学品与纯氧气或近似纯氧气安全地反应过程。优点：减少了废气量；反应条件降低；由于温度低而减少了向空气中挥发的物质。利用碳酸二甲酯选择性甲基化 避免使用卤代甲烷或硫酸二甲酯；高选择性99%；可控制活性亚甲基的多甲基化反应；无副产无机盐类化合物。利用碳酸二苯酯进行非结晶聚合物的固态聚合3溶剂的选择溶剂选择的考虑因素外因-降低暴露性或可接触性同环境扩散相关的性质挥发/密度/熔点水溶解度残留/生物降解转化成

24、生物活性物质转化成生物非活性物质同被生物体吸收相关的性质挥发性/亲油性/分子大小/降解性同人类、动物/水生物吸收途径方面的考虑皮肤/眼睛/肺/胃肠道/腮杂质的减少/消除不同化学杂质的产生/毒性同系物的出现毒性几何、构型、立体异构体的出现内部因素溶剂的性能溶液的改善被溶剂化物质的机理了解溶液的条件：温度/压力/搅拌/时间被溶剂化物质的反应能力可接受的反应能力所需的产品避免不需要的副反应1水溶液系统2离子溶液优点：温度范围大：-40300oC，对大量无机物、有机物和高分子化合物有很大的溶解度，酸性蒸气压很小，几乎观察不到对水敏感但有的不怕遇水，甚至可与水共同使用热稳定性较好相对便宜且易于制备3溶剂

25、的固定化高分子溶液溶剂不会挥发到空气中和释放到水中造成污染4无溶剂化微波与催化剂结合可不使用溶剂进行醛酸缩合反应。5超临解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，称为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。物质CO2C2H6C2H4C3H8C3H6环己烷异丙醇苯甲苯水Tc/K304.2305.4282.4369.8365.0353.4508.3562.1591.7647.3Pc/MPa7.374.885.044.254.624.074.764.894.1122.05二氧化碳是超临界流体技术中最常用的溶剂，它的

26、临界温度为31.5oC，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，设备加工不难，能耗小。超临界二氧化碳对多数物质具有较大的溶解度，而水在二氧化碳中的溶解度却较小，可简单进行有机物和水的方便分离。二氧化碳还具有不可燃，无毒，化学性质稳定，价廉易得等优点。溶质在超临界二氧化碳中的溶解度与超临界二氧化碳的密度有关，而超临界二氧化碳的密度又决定于它所处的温度和压力。可利用超临界流体这一性质对物质实现分离。超临界流体的密度与液体的密度相近，但其黏度只有液体的近百分之一。物质在超临界流体中的传递比在液体中要好得多。超临界二氧化碳作反应溶剂的局限：超临界二氧化碳的溶解度与环己烷类似，同时还具有一定的接受氢键的能力和一定的极性选择性。因此，相对分子质量小于400的非极性有机物，如烷烃，烯烃，芳烃，酮，醇等均可溶于超临界二氧化碳中。而高极性分子，如糖，氨基酸则不溶；聚硅烷，氟代聚合物可溶，而其他聚合物不溶。并且不能作Lewis碱的溶剂。姓名：张铭清姓名：张铭清学号：学号：2011374141专业：专业：11应用化学应用化学结束语结束语绿绿色色与与你你相相伴伴，请请你你爱爱护护守守护护身身边边的的每每一一片片绿绿色色。