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1、绿色化学提出与发展第1页，此课件共43页哦 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 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
2、学绿色化学”这个名称，这个名称，以突出化学对环境的友好以突出化学对环境的友好;第2页，此课件共43页哦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，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，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助绿色化学的研究，并于同年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
3、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”这项在化学化工领域内唯一的总统奖，以表彰在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。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。合成路线奖、新工艺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。目前全世界比较发达的国家的许多这个名称广为传播。目前全世界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行业都以浓厚的
4、兴趣大力研究绿色化学课题。第3页，此课件共43页哦 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“为环境而研为环境而研究究”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和应用。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。日本则通过制定日本则通过制定“新阳光计划新阳光计划”，在环境技术的研究与，在环境技术的研究与开发领域确定了环境无害制造技术、减少环境污染技术和二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，成立了由工业界、氧化碳固定与利用技术等绿色化学的内容，成立了由工业界、学术界和政府联合组织
5、的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。日本化学创新研究院，以推动社会的可持续发展。总之，绿色化学的研究已迅速成为一些主要国家政府、企业总之，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。和学术界的重要研究开发方向。第4页，此课件共43页哦 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推动化工生产可持续发展的途径的院士咨询。工生产可持续发展的途径的院士咨
6、询。1997 1997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“环境友好石油化工催环境友好石油化工催化化学与化学反应工程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续成年以来，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。立了绿色化学化工研发中心。第5页，此课件共43页哦 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“为环境而为环境而设计：设计：21
7、21世纪的新范例世纪的新范例”为专题的讨论会，讨论了环境无害化学、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“环境无害有机合成环境无害有机合成”为主题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，被时任一起，被时任美国化学会主席的美国化学会主席的R.BrealowR.Brealow在在“化学的绿色
8、化化学的绿色化”的评论中称的评论中称为为19961996年年“两项重要的第一次两项重要的第一次”。1997 1997年年8 8月，在英国召开的哥顿会议，仍以绿色化学的有关内月，在英国召开的哥顿会议，仍以绿色化学的有关内容为主题。容为主题。第6页，此课件共43页哦 以美国化学会、美国化学工程师协会等多家单位发起的第以美国化学会、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月在华盛顿国家科月在华盛顿国家科学院召开，主题为学院召开，主题为“2020“2020年的应用展望年的应用展望”。此后每年举行的。此后每年举行的历届会议，均
9、包括绿色化学的内容。历届会议，均包括绿色化学的内容。第7页，此课件共43页哦 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年出年出版的第二辑副标题为版的第二辑副标题为“无害化学合成和工艺的前沿无害化学合成和工艺的前沿”。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论与实理论与实践践 一书中，详细阐述了绿色化学的定义、原则、评估方法及发展一书中，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。
10、趋势，是绿色化学的经典之作。第8页，此课件共43页哦 站在现代化学研究前沿的、由英国皇家化学会主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，于办的国际性杂志绿色化学，于19991999年年1 1月创刊。月创刊。其内容涉及清洁化工生产技术各个方面的研究成果和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工来减轻综述，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。对环境影响的所有研究活动。http:/www.rsc.org/greenchem第9页，此课件共43页哦 在中国，在中国，19971997年年5 5月以月以“
11、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”为主题的香山学术会议第为主题的香山学术会议第7272次学术讨论会在北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的挑战、化学工业京举行。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重大问题和中国绿色化学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。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。第10页，此课件共4
12、3页哦二、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在技术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、工艺、分离和分析要的科学手段，包括许多化学领域，如合成、催化、工艺、分离和分析监测等。监测等。绿色化学的理想在于不再使用有毒、有害的物质，不再产生废物。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。不再处理废物。它是一门从源头上阻
13、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，是人们应该倾很明显，绿色化学要求负作用尽可能小，它是一种理念，是人们应该倾力追求的目标。力追求的目标。第11页，此课件共43页哦绿色化学定义：绿色化学定义：利用化学来防止污染的一门科学。其研究目的是通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设计、制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，使所设计的化学产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。绿色化学包括所有可以降低对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
14、健康与环境产生负面影响的化学方法、技术与过程。人类健康与环境产生负面影响的化学方法、技术与过程。第12页，此课件共43页哦绿色化学的目标：绿色化学的目标：绿色化学的研究目标是利用可持续的方法来降低维持人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与产生的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。有害物质。第13页，此课件共43页哦绿色化学的优点：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。第14页，此课件共43页哦 绿色化学不同于环境化学。环境化
15、学是一门研究污染物的分布、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。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科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。它研究污染的根源源污染的本质在哪里，它不是去对终端或过程污染进行控制污染的本质在哪里，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降低对人或进行处理。绿色化学关注在现今科技手段和条件下能降低对
16、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分利用每个原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，具有子，具有 原子经济性原子经济性，因此它既能够充分利用资源，又能够实，因此它既能够充分利用资源，又能够实现防止污染。现防止污染。第15页，此课件共43页哦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
17、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，而且在一定条件下息息相关。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。因此，这四个方面也是绿色化学所研究的方面。第16页，此课件共43页哦 绿色化学的核心是利用化学知识和技术预防污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理，染，从源头消除污染。发达国家对环境的治理，已开始从治标已开始从治标(即从末端治理污染即从末端治理污染)，转向治本，转向治本(即减即减少污染源头，生产环
18、境友好产品少污染源头，生产环境友好产品)。从节约资源和。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，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技术。并发展可持续发展的科学技术。第17页，此课件共43页哦四、绿色化学的研究内容四、绿色化学的研究内容第18页，此课件共43页哦 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:(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。第19页，此课件共43页
19、哦 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外，还要考虑间接影响，如转化产物或代谢物的毒性等。第20页，此课件共43页哦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
20、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。第21页，此课件共43页哦第22页，此课件共43页哦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。第23页，此课件共43页哦第24页，此课件共43页哦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
21、要的意义。第25页，此课件共43页哦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。第26页，此课件共43页哦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第27页，此课件共43页哦E多糖聚合物多糖可再生，无毒，无事故隐患，还可生物降解。第28页，此课件共43页哦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第29页，此课件共43页哦光化学法替代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
22、酸也具有腐蚀性及对水的反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。第30页，此课件共43页哦非光气异氰酸酯合成第31页，此课件共43页哦液体氧化反应器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。第32页，此课件共43页哦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。第33页，此课件共43页哦利用碳酸二苯酯进行非结晶聚合物的
23、固态聚合第34页，此课件共43页哦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/生物降解转化成生物活性物质转化成生物非活性物质第35页，此课件共43页哦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、立体异构体的出现第36页，此课件共43页哦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第37页
24、，此课件共43页哦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。第38页，此课件共43页哦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
25、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第39页，此课件共43页哦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。第40页，此课件共43页哦溶质在超临界二
26、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。第41页，此课件共43页哦 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。第42页，此课件共43页哦姓名：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。第43页，此课件共43页哦