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1、绿色化学,本讲稿第一页，共三十三页1.环境保护的环境保护的警世警世之作之作寂静的春天寂静的春天蕾切尔蕾切尔.卡逊（卡逊（RachelCarson）（）（19071964），海洋学家），海洋学家本讲稿第二页，共三十三页1962年，美国女科学家年，美国女科学家RachelCarson所著所著SilentSpring出版，书中详细出版，书中详细地叙述了地叙述了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红叶绿、百鸟歌唱的春天变得“一片寂静一片寂静”。在后来的在后来的30年间，千百万吨年间，千百万吨滴滴涕在
2、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。害，农民的收成剧增。寂静的春天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这本书第一次对人类长期流行于全世界的口号“向大自然向大自然宣战宣战”、“征服大自然征服大自然”的绝对正确性提出了质疑。她指出，化学杀虫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。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，而当时的尽管当时的工业界特别是化
3、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寂静的春天出版两出版两年后，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。弊多利少。1971年，美国环保署成立，年，美国环保署成立，1972年正式立法宣布禁止使用年正式立法宣布禁止使用DDT。RachelC
4、arson被誉为人类环保事业的被誉为人类环保事业的“普罗米修斯普罗米修斯”。本讲稿第三页，共三十三页目录目录第一章第一章明天的寓言明天的寓言第二章第二章忍耐的义务忍耐的义务第三章第三章死神的特效药死神的特效药第四章第四章地表水和地下海地表水和地下海第五章第五章土壤的王国土壤的王国第六章第六章地球的绿色斗篷地球的绿色斗篷第七章第七章不必要的大破坏不必要的大破坏第八章第八章再也没有鸟儿歌唱再也没有鸟儿歌唱第九章第九章死亡的河流死亡的河流第十章第十章自天而降的灾难自天而降的灾难第十一章第十一章超过了波尔基亚家族的梦超过了波尔基亚家族的梦想想第十二章第十二章人类的代价人类的代价第十三章第十三章通过一个
5、狭小的窗户通过一个狭小的窗户第十四章第十四章每四个中有一个每四个中有一个第十五章第十五章大自然在反抗大自然在反抗第十六章第十六章崩溃声隆隆崩溃声隆隆第十七章第十七章另外的道路另外的道路美美蕾切尔蕾切尔卡逊著卡逊著总序总序译序译序致谢致谢前言前言/美国副总统阿尔美国副总统阿尔戈尔戈尔寂静的春天寂静的春天本讲稿第四页，共三十三页DDT(双对氯苯基三氯乙烷双对氯苯基三氯乙烷),1939年被发明，年被发明，1941年上市。年上市。昆虫一碰到它，便因神经系统麻痹而被杀死。昆虫一碰到它，便因神经系统麻痹而被杀死。将它喷酒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在农作物上，或喷酒在带菌昆虫赖
6、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。类地区，会收到良好的灭虫效果。本讲稿第五页，共三十三页人们发现有些昆虫对滴滴涕产生了抗药性，药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物体内未被降解，这使人担心它会通过食物链传递下去。下去。对滴滴涕积聚的最初警告信号是来自对鸟类的对
7、滴滴涕积聚的最初警告信号是来自对鸟类的研究。研究。RachelCarson发现发现鸟类鸟类从吃下的昆虫那里从吃下的昆虫那里吸收了滴滴涕，从而使产下的蛋壳变薄。薄蛋壳很吸收了滴滴涕，从而使产下的蛋壳变薄。薄蛋壳很容易破碎，致使幼鸟死去。既然滴滴涕能影响鸟类，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？难道它不会影响人类吗？本讲稿第六页，共三十三页寂静的春天寂静的春天唤醒唤醒了广大民众，美国第一个民间环境组织由此应了广大民众，美国第一个民间环境组织由此应运而生，美国环境保护局也在此背景下成立。道理是很简单的，如果运而生，美国环境保护局也在此背景下成立。道理是很简单的，如果我
8、们最终失去了清洁的空气、水、安全的食物和与之我们最终失去了清洁的空气、水、安全的食物和与之共存共荣共存共荣的多的多样化生物基因，经济发展还有什么意义呢？社会组织还有什么样化生物基因，经济发展还有什么意义呢？社会组织还有什么功效呢？在这个小小的蔚蓝色星球上所出现的新思考中，全球功效呢？在这个小小的蔚蓝色星球上所出现的新思考中，全球环保意识的迅速觉醒是最具根本性的。蕾切尔环保意识的迅速觉醒是最具根本性的。蕾切尔.卡逊的思想正在卡逊的思想正在变成亿万人的共同意识，这一新意识的觉醒正为人类社会向新阶变成亿万人的共同意识，这一新意识的觉醒正为人类社会向新阶段迈进作好准备。段迈进作好准备。本讲稿第七页，共
9、三十三页2.全球环境保护对策大事记全球环境保护对策大事记1972年年6月月16日日联合国人类环境会议通过联合国人类环境会议通过环境宣言环境宣言。1973年年1月月联合国成立环境规划署。联合国成立环境规划署。1977年年8月联合国通过月联合国通过“防止荒漠化行动计划防止荒漠化行动计划”。1982年年5月月18日联合国人类环境会议通过日联合国人类环境会议通过内罗毕宣言内罗毕宣言。1984年年4月月非洲召开环境保护会议，决定每年非洲召开环境保护会议，决定每年4月月10日为日为“非洲环境保护日非洲环境保护日”。1985年年3月月5日日通过保护臭氧层的通过保护臭氧层的维也纳公约维也纳公约。1987年年4
10、月月27日日世界环境与发展委员会公布世界环境与发展委员会公布我们共同的未来我们共同的未来长篇报告。长篇报告。1987年年9月月16日日联合国环境署保护臭氧层会议通过联合国环境署保护臭氧层会议通过蒙特利尔协定蒙特利尔协定。1989年年3月月23日日联合国环境署控制危险废物越境转移会议通过联合国环境署控制危险废物越境转移会议通过巴塞尔公约巴塞尔公约。1990年，美国国会通过年，美国国会通过污染预防法污染预防法，并确定为国策，提出从源头上防止污染的产生。同时，美国环保局发起了绿色化学计，并确定为国策，提出从源头上防止污染的产生。同时，美国环保局发起了绿色化学计划，其目的是促进开发对人类健康和生态环境
11、危害较少的化学产品和工艺流程。划，其目的是促进开发对人类健康和生态环境危害较少的化学产品和工艺流程。1992年年6月月3日至日至14日日联合国环境与发展大会，联合国环境与发展大会，102个国家元首出席会议。大会通过了个国家元首出席会议。大会通过了里约热内卢环境与发展宣言里约热内卢环境与发展宣言以及以及二十二十一世纪议程一世纪议程。1992年年11月月16日日1575名著名科学家起草的名著名科学家起草的世界科学家对人类的警告世界科学家对人类的警告发表。发表。1993年年9月月17日至日至19日日联合国环境规划署与澳大利亚民间环境团体联合倡议的联合国环境规划署与澳大利亚民间环境团体联合倡议的“让世
12、界清洁起来让世界清洁起来”的运动在的运动在61个国家得到热烈响应。个国家得到热烈响应。1995年年3月月16日，美国总统克林顿宣布设立日，美国总统克林顿宣布设立“总统绿色化学挑战奖总统绿色化学挑战奖”。本讲稿第八页，共三十三页3.环境保护经历的三个时期环境保护经历的三个时期(1)20世纪中期以前世纪中期以前稀释废物来防治污染时期稀释废物来防治污染时期认为只要充分认为只要充分降低降低某一化学物质在特定介质中的某一化学物质在特定介质中的浓度浓度就足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
13、态系统对某些外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。因此，采用稀释废物来防治污途径进入人体，威胁人类健康。因此，采用稀释废物来防治污染的办法导致了染的办法导致了20世纪世纪30年代以来世界范围内的八大公害事件。年代以来世界范围内的八
14、大公害事件。本讲稿第九页，共三十三页1930年比利时马斯河谷烟雾事件1943年洛杉矶光化学烟雾事件1948年美国多诺拉烟雾事件1952年伦敦烟雾事件19531956年日本水俣病事件1961年日本四日市哮喘事件1968年日本北九州米糠油事件1972年日本富山县骨痛病事件本讲稿第十页，共三十三页（2）20世纪中期至八十年代末世纪中期至八十年代末末端治理时期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，各国政府相继立法立法限制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
15、后才能排放，然而这并没有从根本上解决环境污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，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年美国仅以年美国仅以365种有毒物质估算，其排放量就达到了种有毒物质估算，其排放量就达到了30亿吨。另一方亿吨。另一方面，处理污染物所需费用十分巨大。面，处理污染物所需费用十分巨大。1992年，美国化学工业用于年，美国化学工业用于环保的费用为环保的费用为1150亿美圆，而美国政府清理已污染地区的费用更高亿美圆，而美国政府清理已污染地区的费用更高达达7000亿美圆。高昂的费用使环境
16、治理陷入困境。亿美圆。高昂的费用使环境治理陷入困境。本讲稿第十一页，共三十三页（3）20世纪九十年代以后世纪九十年代以后污染预防为主，污染预防为主，末端治理为辅时期末端治理为辅时期 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。为美国的国策。绿色化学绿色化学在这一背景下应运而生。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，实现从的目标是改变现有化学化工生产的技术路线，实现从“先污先污染，后治理染，后治理”向向“从源头上根除污染从源头上根除污染”的转变。的转变。目前，世界各国对绿色化学与化工技术的研究十
17、分重视，进展非目前，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，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。绿色化学将成为实现经济和社会可持续发展的有效手段。本讲稿第十二页，共三十三页第四节第四节什么是绿色化学？什么是绿色化学？1.1.绿色化学的定义绿色化学的定义 绿色化学，又称环境绿色化学，又称环境无害无害化学、环境化学、环境友好友好化学、化学、清洁清洁化学。它是利用化学。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、生态环境有害的化学原理和方法来
18、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科。是一门从。是一门从源头上源头上减少或消除污染的化学。减少或消除污染的化学。本讲稿第十三页，共三十三页2.2.绿色化学的特点绿色化学的特点从科学观点看，绿色化学是对传统化学思维方式的创新和发展；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；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生产成本、符合经济持续发展
19、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，保护环境的新科学和新从环境观点看，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。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十四页，共三十三页原子经济性的概念原子经济性的概念 1991年，美国年，美国Stanford大学的大学的B.M.Trost教授首次提出了反教授首次提出了反应的应的“原子经济性原子经济性”（AtomEconomy）的概念。他认为高效）的概念。他认为高效的化学反应应最大限度地利用原料分子的每一个原子，使之结的化学反应应最大限度地利用原料分子的每一个原子，使之结合成目标产物。原子经济性可用
20、原子利用率衡量：合成目标产物。原子经济性可用原子利用率衡量：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。本讲稿第十五页，共三十三页例题：例题：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）经典方法二步法二步法CH2=CH2+Cl2+H2OClCH2CH2OH+HClClCH2CH2OH+Ca（OH)2+HClC2H4O+2CaCl2+2H2O(2）新方法）新方法一步法一步法C2H4+O2C2H4O本讲稿第十六页，共三十三页解：解：（1）总包反应为总包反应为C2H4+
21、Cl2+Ca（OH）2C2H4O+CaCl2+H2O28717444（2）C2H4+O2C2H4O281644本讲稿第十七页，共三十三页原子经济性与环境效益原子经济性与环境效益为了衡量生产过程对环境的影响，为了衡量生产过程对环境的影响，1992年荷兰化学家年荷兰化学家Sheldon提出了环境因子的概念，其定义为：提出了环境因子的概念，其定义为：原子利用率越低，环境因子就越大，生产过程产生的废物原子利用率越低，环境因子就越大，生产过程产生的废物原子利用率越低，环境因子就越大，生产过程产生的废物原子利用率越低，环境因子就越大，生产过程产生的废物就越多，造成的资源浪费和环境污染就越大。就越多，造成的
22、资源浪费和环境污染就越大。就越多，造成的资源浪费和环境污染就越大。就越多，造成的资源浪费和环境污染就越大。本讲稿第十八页，共三十三页生产规模生产规模/kgE因子因子石油精炼石油精炼基本化工基本化工精细化工精细化工制制药药10910111071091051071041060.11555025100几个行业的环境因子几个行业的环境因子 产品越精细复杂，E值越大。这是因为产品越复杂，生产步骤越多，原子利用率越低的缘故。本讲稿第十九页，共三十三页3.3.绿色化学与环境化学和环境治理的区别绿色化学与环境化学和环境治理的区别环境化学是一门环境化学是一门研究研究污染物的分布、存在形式、运行、迁移及污染物的分
23、布、存在形式、运行、迁移及其对环境影响的科学。环境治理则是对其对环境影响的科学。环境治理则是对已被污染已被污染了的环境进行了的环境进行治理，即研究污染物对环境的污染情况和治理污染物的原理和方法。治理，即研究污染物对环境的污染情况和治理污染物的原理和方法。而绿色化学是从而绿色化学是从源头源头上阻止污染物生成的新学科，它是利用化学上阻止污染物生成的新学科，它是利用化学原理来预防污染，不让污染产生，而不是处理已有的污染物。原理来预防污染，不让污染产生，而不是处理已有的污染物。本讲稿第二十页，共三十三页4.4.绿色化学应用的原则绿色化学应用的原则主要有主要有12条：条：（1）防止污染优于污染治理；）防
24、止污染优于污染治理；（2）提高原子经济性；）提高原子经济性；（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）设计安全的化学品；）设计安全的化学品；（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）合理使用和节省能源；）合理使用和节省能源；（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）减少不必要的衍生化步骤；）减少不必要的衍生化步骤；（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；（10）产物的易降解性；）产物的易降解性；（11）发展分析方法，对污染物实行
25、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；（12）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。本讲稿第二十一页，共三十三页5.5.各国政府对绿色化学的政策与奖励各国政府对绿色化学的政策与奖励（1）美国美国“总统绿色化学挑战奖总统绿色化学挑战奖”1995年年3月月16日，美国总统克林顿宣布设立。所设奖项包括变更日，美国总统克林顿宣布设立。所设奖项包括变更合成路线奖、合成路线奖、改变溶剂改变溶剂/反应条件奖、设计更安全化学品奖、小企业奖和学术奖反应条件奖、设计更安全化学品奖、小企业奖和学术奖。奖励。奖励那些具有基础性和创新性，对工业生产具有实用价值的
26、化学工艺新方法，以那些具有基础性和创新性，对工业生产具有实用价值的化学工艺新方法，以减少资源的消耗，从根本上实现对污染的防止。减少资源的消耗，从根本上实现对污染的防止。（2）日本的日本的“新阳光计划新阳光计划”20世纪中叶，东京世纪中叶，东京光化学烟雾、水俣病、痛骨病光化学烟雾、水俣病、痛骨病等环境污染事件，给灾区人民带等环境污染事件，给灾区人民带来了深重的灾难。来了深重的灾难。进入进入20世纪世纪90年代，日本实施年代，日本实施“新阳光计划新阳光计划”,旨在防止全球气候变暖，旨在防止全球气候变暖，重建绿色地球，大力加强节约资源、能源以及环境保护技术的研究开发。并重建绿色地球，大力加强节约资源
27、、能源以及环境保护技术的研究开发。并指出绿色化学就是化学与可持续发展相结合。指出绿色化学就是化学与可持续发展相结合。本讲稿第二十二页，共三十三页（3）欧洲国家的环境保护新政策欧洲国家的环境保护新政策a.德国德国六十年代，经济高速发展，环境污染严重。如莱茵河鱼虾大量死亡。六十年代，经济高速发展，环境污染严重。如莱茵河鱼虾大量死亡。八十年代，实施环境保护政策。八十年代，实施环境保护政策。九十年代，联邦政府通过九十年代，联邦政府通过“为环境而研究为环境而研究”计划。内容包括区域性和计划。内容包括区域性和全球性环境工程、实施可持续发展的经济及进行环境教育。全球性环境工程、实施可持续发展的经济及进行环境
28、教育。b.英国英国2000年设立英国绿色化学奖，奖励那些在绿色化学研究中做出突出成年设立英国绿色化学奖，奖励那些在绿色化学研究中做出突出成绩的学者、公司和中小企业。绩的学者、公司和中小企业。c.荷兰荷兰利用税法条款等方法推进清洁生产技术的开发和应用，对采用革新性利用税法条款等方法推进清洁生产技术的开发和应用，对采用革新性的清洁生产或污染控制技术的企业，其投资可按的清洁生产或污染控制技术的企业，其投资可按1年折旧（其它投年折旧（其它投资的折旧期通常为资的折旧期通常为10年）。年）。本讲稿第二十三页，共三十三页(4)我国高度重视绿色化学研究我国高度重视绿色化学研究1995年，中国科学院化学部确定了
29、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的院士咨询课题。咨询课题。1997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-绿色化学绿色化学”为主题为主题的香山科学会议第的香山科学会议第72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，国家国家重点基础研究发展规划重点基础研究发展规划将绿色化学作为重点支持方向之一。将绿色化学作为重点支持方向之一。本讲稿第二十四页，共三十三页思考题思考题1、二十世纪人类面临的十大环境危机是、二十世纪人类面临的十大环境危机是什么？什么？2、绿色化学的定义、特点及其与环境化、绿色化学的定义、特点及其与环境化学和环境治理的区别。学和环境治理的区别。3、绿色化学的十二条原则是什么？、绿色化学的十二条原则是什么？本讲稿第二十五页，共三十三页本讲稿第二十六页，共三十三页本讲稿第二十七页，共三十三页本讲稿第二十八页，共三十三页本讲稿第二十九页，共三十三页本讲稿第三十页，共三十三页本讲稿第三十一页，共三十三页本讲稿第三十二页，共三十三页本讲稿第三十三页，共三十三页