第一章 绪论xyl

1、绿色化学绿色化学徐雅玲徐雅玲 TelE-mail: Office: 5-523参考书参考书四川大学绿色化学导论第1章 绪论v绿色化学绿色化学： 利用化学原理和新化工技术，以利用化学原理和新化工技术，以“原子经济原子经济性性”为基本原则，从为基本原则，从源头上源头上减少或消除污染，最减少或消除污染，最大限度地从资源合理利用、生态平衡和环境保护大限度地从资源合理利用、生态平衡和环境保护等方面满足人类可持续发展的需求，实现人与自等方面满足人类可持续发展的需求，实现人与自然的协调与然的协调与和谐和谐。1.1 绿色化学的兴起与发展绿色化学的兴起与发展1.1.1 生态环境的危机呼

2、唤绿色化学生态环境的危机呼唤绿色化学v典型环境问题典型环境问题l 全球气候变暖全球气候变暖l 臭氧层破环臭氧层破环l 大气污染大气污染l 酸雨酸雨l 森林锐减及沙漠化森林锐减及沙漠化l 水污染水污染l 有毒有害化学物质及固体废弃物污染有毒有害化学物质及固体废弃物污染v“温室效应温室效应”l温室气体：温室气体： CO2, NOx, CH4, Halogenides等。等。l温室气体吸收太阳的温室气体吸收太阳的热量，并阻止其散发，热量，并阻止其散发，导致大气温度的升高导致大气温度的升高l我国我国COCO2 2排放居世界第排放居世界第二，仅此于美国二，仅此于美国。全球气候变暖全球气候变暖v“温室效应

3、温室效应”l全球气温上升全球气温上升1.41.4 1.51.5。l海平面上升海平面上升研究结果显示，第二次工业革命前的一千年，海平面波动的幅研究结果显示，第二次工业革命前的一千年，海平面波动的幅度大概是一个世纪上涨度大概是一个世纪上涨1-1.51-1.5英寸（英寸（1 1英寸英寸=2.54=2.54厘米）。而进入厘米）。而进入2020世纪后，全球海世纪后，全球海平面已经平均上涨了平面已经平均上涨了5.55.5英寸。研究人员认为按照最快的速率，本世纪内海平面就会英寸。研究人员认为按照最快的速率，本世纪内海平面就会上升超过上升超过4 4英尺（英尺（1 1英尺英尺=30.48=30.48厘米），淹没

4、沿海基础设施厘米），淹没沿海基础设施l内陆更干燥，荒漠化严重；沿海更潮湿。内陆更干燥，荒漠化严重；沿海更潮湿。l病菌繁殖加快，危害更快更大。病菌繁殖加快，危害更快更大。l生存环境变化，物种灭绝加速。生存环境变化，物种灭绝加速。全球气候变暖全球气候变暖 l对流层臭氧是有害的，是产生烟雾的重要原因。对流层臭氧是有害的，是产生烟雾的重要原因。l平流层臭氧，浓度平流层臭氧，浓度10ppm，吸收吸收99%以上以上紫外线紫外线（290-320 nm）。）。l正常臭氧是处于不断形成和分解的动态平衡中。正常臭氧是处于不断形成和分解的动态平衡中。l氟氯烃类物质使臭氧分解大于形成，形成氟氯烃类物质使臭氧分解大于形

5、成，形成“空洞空洞”l从从1995年起年起,每年的每年的9月月16日被定为日被定为“国际保护臭氧层日国际保护臭氧层日”。 臭氧层破环臭氧层破环v大气污染物大气污染物l SO2、悬浮颗粒物、悬浮颗粒物、NOx、CO、挥发性有机、挥发性有机化合物化合物（致癌及易形成光化学烟雾）（致癌及易形成光化学烟雾）、臭氧、臭氧、有害重金属有害重金属（如铅）等。（如铅）等。v大气污染是我国第一大环境问题大气污染是我国第一大环境问题l 以烟尘和以烟尘和SO2为代表的典型煤烟型污染。为代表的典型煤烟型污染。l SO2 排放居世界第一（占排放居世界第一（占13%），），90% 来自来自煤燃烧。煤燃烧。大气污染大气污染

6、v酸性气体：酸性气体：SO2、NOxl 成分：成分：硫酸硫酸60-65%，硝酸硝酸30%，盐酸，盐酸5%，有，有机酸机酸2%。v酸雨危害酸雨危害l 损坏植物叶、根，导致森林成片死亡损坏植物叶、根，导致森林成片死亡l 湖泊及地下水酸化，鱼虾绝迹湖泊及地下水酸化，鱼虾绝迹l 土壤酸化，农作物减产土壤酸化，农作物减产l 腐蚀建筑材料、金属构件、油漆等腐蚀建筑材料、金属构件、油漆等l 对露天文物有腐蚀作用对露天文物有腐蚀作用酸酸 雨雨酸酸 雨雨v 1公顷森林吸收公顷森林吸收1吨吨CO2，放，放出出0.73吨吨O2。l 10 m10 m2 2 forest forest one one personpe

7、rsonv 森林覆盖率森林覆盖率l 我国我国14%，是世界人均，是世界人均的的1/3。l 瑞典：瑞典：64%，人均，人均3公顷。公顷。v 锐减：锐减：70万公顷万公顷/年年森林锐减及沙漠化森林锐减及沙漠化森林锐减及沙漠化森林锐减及沙漠化水污染水污染v 工业废水、生活污水、农工业废水、生活污水、农田废水、运输废水等田废水、运输废水等。l 悬浮固体悬浮固体l 有机物和病原体有机物和病原体l 重金属重金属l 合成化学品合成化学品l 酸性和碱性废液酸性和碱性废液l 磷酸盐磷酸盐l 含氮化合物含氮化合物l 油类物质油类物质水污染水污染有毒有害化学物质及固体废弃物污染有毒有害化学物质及固体废弃物污染有毒有

8、害化学物质及固体废弃物污染有毒有害化学物质及固体废弃物污染有毒有害化学物质及固体废弃物污染有毒有害化学物质及固体废弃物污染持久性有机污染物（持久性有机污染物（POPs）滴滴涕滴滴涕（DDT）致癌、致畸、致突变致癌、致畸、致突变 扰乱内分泌扰乱内分泌环境激素环境激素2001年，年，127国签署国签署 斯德哥尔摩公约斯德哥尔摩公约 25年内停止和限制使用年内停止和限制使用12种种POPs。多氯联苯多氯联苯（PCB）有毒有害化学物质及固体废弃物污染有毒有害化学物质及固体废弃物污染固体废弃物固体废弃物工业固体废弃物工业固体废弃物生活固体废弃物生活固体废弃物化学物质类化学物质类重金属类重金属类过期药物过

9、期药物家装用油漆、涂料家装用油漆、涂料废电池、灯管废电池、灯管废旧家电废旧家电废物资源化，无垃圾社会废物资源化，无垃圾社会1.1.2 环境保护的宣传和法规推动绿色化学环境保护的宣传和法规推动绿色化学v 1962年，年，Carson R，寂静的春天寂静的春天。v 1972年，联合国发表年，联合国发表人类环境宣言人类环境宣言。v 1978年，年，我们共同的未来我们共同的未来长篇报告书。长篇报告书。v 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。v 1991年，年，ACS和和EPA启动绿色化学计划。启动绿色化学计划。v 1992年，巴西里约热内卢举行年，巴西里约热内卢举行“联合国环

10、境与发展大会联合国环境与发展大会”。v 1994年，我国发表年，我国发表中国中国21世纪议程世纪议程，制定科教兴国和，制定科教兴国和可持续发展战略。可持续发展战略。1.1.3 化学工业的发展催发绿色化学化学工业的发展催发绿色化学v八大公害事件八大公害事件l 马斯河谷烟雾马斯河谷烟雾 1930.12，比利时马斯河谷工业区，比利时马斯河谷工业区，SO2烟尘污染，一烟尘污染，一周内周内60多人死亡。多人死亡。20世纪最早记录的大气污染事件。世纪最早记录的大气污染事件。l 多诺拉烟雾多诺拉烟雾 1948.10，美国多诺拉镇持续雾天，美国多诺拉镇持续雾天，6000多人突发眼多人突发眼痛、胸闷等不适，痛、

11、胸闷等不适，20多人很快死亡。多人很快死亡。多诺拉镇是硫酸厂、钢铁厂、多诺拉镇是硫酸厂、钢铁厂、炼锌厂的集中地，多年来，这些工厂的烟囱不断地向空中喷烟吐雾。空气中散发着刺鼻的二氧化硫炼锌厂的集中地，多年来，这些工厂的烟囱不断地向空中喷烟吐雾。空气中散发着刺鼻的二氧化硫（SO2）气味，令人作呕。空气能见度极低，除了烟囱之外，工厂都消失在烟雾中。随之而来的是小镇）气味，令人作呕。空气能见度极低，除了烟囱之外，工厂都消失在烟雾中。随之而来的是小镇中中6000人突然发病，症状为眼病、咽喉痛、流鼻涕、咳嗽、头痛、四肢乏倦、胸闷、呕吐、腹泻等，其人突然发病，症状为眼病、咽喉痛、流鼻涕、咳嗽、头痛、四肢乏倦

12、、胸闷、呕吐、腹泻等，其中有中有20人很快死亡。死者年龄多在人很快死亡。死者年龄多在65岁以上，大都原来就患有心脏病或呼吸系统疾病，情况和当年的马岁以上，大都原来就患有心脏病或呼吸系统疾病，情况和当年的马斯河谷事件相似斯河谷事件相似l 伦敦烟雾伦敦烟雾 1952.12，英国伦敦大雾笼罩，英国伦敦大雾笼罩，4天死亡天死亡4000多人，此多人，此后两个月内又死亡后两个月内又死亡8000余人，燃煤引起。余人，燃煤引起。l洛杉矶光化学烟雾洛杉矶光化学烟雾 1955.5-12，美国洛杉矶，浅蓝色光化学烟雾，致使，美国洛杉矶，浅蓝色光化学烟雾，致使400多多人死亡，大量植物枯死。人死亡，大量植物枯死。光化

13、学烟雾是大量聚集的汽车尾气中的碳氢化合物在阳光作用下，光化学烟雾是大量聚集的汽车尾气中的碳氢化合物在阳光作用下，与空气中其他成份发生化学作用而产生的有毒气体。这种烟雾中含有臭氧、氧化氮、乙醛和其他氧化剂与空气中其他成份发生化学作用而产生的有毒气体。这种烟雾中含有臭氧、氧化氮、乙醛和其他氧化剂l水俣（水俣（y）病事件）病事件 1953年起，日本熊本县水俣镇，甲基汞引起水俣病，日本年起，日本熊本县水俣镇，甲基汞引起水俣病，日本政府经历政府经历40年处理此水俣病，确认患者年处理此水俣病，确认患者2953人，超万人有人，超万人有异常感。异常感。症状表现为轻者口齿不清、步履蹒跚、面部痴呆、手足麻痹、感觉

14、障碍、视觉丧失、震颤、手足症状表现为轻者口齿不清、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，身体弯弓高叫，直至死亡。氯乙烯和醋酸乙烯在制造过程中要使用含汞变形，重者神经失常，或酣睡，或兴奋，身体弯弓高叫，直至死亡。氯乙烯和醋酸乙烯在制造过程中要使用含汞（Hg）的催化剂，这使排放的废水含有大量的汞。当汞在水中被水生物食用后，）的催化剂，这使排放的废水含有大量的汞。当汞在水中被水生物食用后，在海底泥里能够通过一种叫甲基在海底泥里能够通过一种叫甲基钴氨素的细菌作用变成毒性十分强烈的甲基汞（钴氨素的细菌作用变成毒性十分强烈的甲基汞（CH3HgCl）

15、。甲基汞每年能以）。甲基汞每年能以1%速率释放出来，对上层海水形成速率释放出来，对上层海水形成二次污染二次污染。这种剧毒物质只要有挖耳勺的一半大小就可以致人于死命，而当时由于氮的持续生产已使水俣湾的甲基。这种剧毒物质只要有挖耳勺的一半大小就可以致人于死命，而当时由于氮的持续生产已使水俣湾的甲基汞含量达到了足以毒死日本全国人口汞含量达到了足以毒死日本全国人口2次都有余的程度。次都有余的程度。四日市哮喘病事件四日市哮喘病事件 1955年起，日本四日市，石油废弃和金属粉尘导致哮喘病年起，日本四日市，石油废弃和金属粉尘导致哮喘病猛增，至猛增，至1979年，确认大气污染性疾病患者达年，确认大气污染性疾病

16、患者达775491人。人。l 米糠油事件米糠油事件 1968，日本九州爱知县，多氯联苯污染食物油，至，日本九州爱知县，多氯联苯污染食物油，至1978年，年，确诊患者人数确诊患者人数1684人。人。经过对患者共同食用的米糠油进行追踪调查，发现九州一个食用油厂经过对患者共同食用的米糠油进行追踪调查，发现九州一个食用油厂在生产米糠油时，因管理不善，操作失误，致使米糠油中混入了在脱臭工艺中使用的热载体多氯联苯，造成食物油在生产米糠油时，因管理不善，操作失误，致使米糠油中混入了在脱臭工艺中使用的热载体多氯联苯，造成食物油污染。由于被污染了的米糠油中的黑油被用做了饲料，还造成数十万只家禽的死亡。多氯联苯被

17、人畜食用后，多积污染。由于被污染了的米糠油中的黑油被用做了饲料，还造成数十万只家禽的死亡。多氯联苯被人畜食用后，多积蓄在肝脏等多脂肪的组织中，损害皮肤和肝脏，引起中毒。初期症状为眼皮肿胀，手掌出汗，全身起红疹，其后症蓄在肝脏等多脂肪的组织中，损害皮肤和肝脏，引起中毒。初期症状为眼皮肿胀，手掌出汗，全身起红疹，其后症状转为肝功能下降，全身肌肉疼痛，咳嗽不止，重者发生急性肝坏死、肝昏迷等，以至死亡。状转为肝功能下降，全身肌肉疼痛，咳嗽不止，重者发生急性肝坏死、肝昏迷等，以至死亡。l 富山骨痛病富山骨痛病 1955-1965，日本富山县，含镉废水导致妇女骨痛病，确，日本富山县，含镉废水导致妇女骨痛病

18、，确诊诊258人，死亡人，死亡128人。人。三井矿业公司在神东川上游开设了炼锌厂后，发现有死草现象。三井矿业公司在神东川上游开设了炼锌厂后，发现有死草现象。1955年以后就流行一种不同于水误病的怪病：对死者解剖发现全身多处骨折，有的达年以后就流行一种不同于水误病的怪病：对死者解剖发现全身多处骨折，有的达73处，身长也缩短了处，身长也缩短了30厘米。这种厘米。这种起初不明病因的疾病就是骨痛病。直到起初不明病因的疾病就是骨痛病。直到1963年，方才查明，骨痛病于三井矿业公司炼锌厂的废水有关。原来，炼锌年，方才查明，骨痛病于三井矿业公司炼锌厂的废水有关。原来，炼锌厂成年累月向神东川排放的废水中含有金

19、属镉，农民引河水灌溉，便把废水中的镉转到土壤和稻谷中，两岸农民饮厂成年累月向神东川排放的废水中含有金属镉，农民引河水灌溉，便把废水中的镉转到土壤和稻谷中，两岸农民饮用含镉之水，食用含镉之米，便使镉在体内积存，最终导致骨痛病。用含镉之水，食用含镉之米，便使镉在体内积存，最终导致骨痛病。v六大污染事故六大污染事故l 意大利塞维索化学污染事故意大利塞维索化学污染事故l 美国三里岛核电站泄漏事故美国三里岛核电站泄漏事故l 墨西哥液化气泄漏事故墨西哥液化气泄漏事故l 印度博帕尔毒气泄漏事故印度博帕尔毒气泄漏事故l 前苏联切尔诺贝利核电站事故前苏联切尔诺贝利核电站事故l 德国莱茵河污染事故德国莱茵河污染事

20、故v绿色化学的核心和目标绿色化学的核心和目标 从源头上防止污染，实施清洁生产技术，实现废物从源头上防止污染，实施清洁生产技术，实现废物的的“零排放零排放”。1.1.4 可可持续发展促进绿色化学持续发展促进绿色化学v“资源资源-经济经济-环境环境-社会社会”相互协调的发展模式相互协调的发展模式l 经济的可持续经济的可持续l 生态的可持续生态的可持续l 社会的可持续社会的可持续v绿色化学是可持续发展的重要组成部分绿色化学是可持续发展的重要组成部分1.1.5 各国政府关注绿色化学和技术各国政府关注绿色化学和技术v美国，美国，“总统绿色化学挑战奖总统绿色化学挑战奖”v英国，英国，“绿色化学奖绿色化学奖

21、”v日本，日本，“绿色和可持续发展化学奖绿色和可持续发展化学奖”v清洁发展清洁发展机制（机制（CDM）1.1.5 各国政府关注绿色化学和技术各国政府关注绿色化学和技术v美国，美国，“总统绿色化学挑战奖总统绿色化学挑战奖”v2015年年“美国总统绿色化学挑战奖美国总统绿色化学挑战奖”获奖项目获奖项目 绿色合成路线奖：绿色合成路线奖：一氧化碳（一氧化碳（CO）、二氧化碳（）、二氧化碳（CO2）广泛存在于工业废气中，给大气环）广泛存在于工业废气中，给大气环境带来危害。境带来危害。LanzaTech公司发展的微生物发酵方法将公司发展的微生物发酵方法将CO、CO2转化为乙醇、转化为乙醇、2,3-丁二醇等

22、重要燃料。相较于丁二醇等重要燃料。相较于以天然气、煤、石油等为原料的传统工艺，新方法的实施可以将温室气体的排放减少到以天然气、煤、石油等为原料的传统工艺，新方法的实施可以将温室气体的排放减少到70%左右。左右。 绿色反应条件奖：绿色反应条件奖：聚异丁烯是生产润滑油添加剂和汽油添加剂的重要中间体。传统的合成聚异丁烯是生产润滑油添加剂和汽油添加剂的重要中间体。传统的合成方法需要使用方法需要使用BF3等具有腐蚀性的等具有腐蚀性的Lewis酸催化剂；不仅需要使用昂贵的仪器设备，而且会排放出等量的废水。酸催化剂；不仅需要使用昂贵的仪器设备，而且会排放出等量的废水。Soltex公司通过公司通过BF3与醇的

23、络合，将其固定在氧化铝载体上，有效地解决了上述问题与醇的络合，将其固定在氧化铝载体上，有效地解决了上述问题 绿色化学品设计奖：绿色化学品设计奖：异氰酸酯是化学工业中重要的试剂，但因其具有强刺激性和潜在的异氰酸酯是化学工业中重要的试剂，但因其具有强刺激性和潜在的致癌作用而饱受诟病。致癌作用而饱受诟病。Hybrid Coating Technologies和和Nanotech Industries公司因其使用环状碳酸酯和胺替代公司因其使用环状碳酸酯和胺替代传统的异氰酸酯和多醇，合成聚氨酯涂料和绝缘泡沫传统的异氰酸酯和多醇，合成聚氨酯涂料和绝缘泡沫 小企业奖：小企业奖：植物纤维是自然界中储量最广的生

24、物质资源。由于纤维自身的惰性，在很大程度上限植物纤维是自然界中储量最广的生物质资源。由于纤维自身的惰性，在很大程度上限制了其应用。制了其应用。Renmatix公司用超临界水将植物纤维的水解为糖，为进一步生产生物柴油和化学品提供了原料。公司用超临界水将植物纤维的水解为糖，为进一步生产生物柴油和化学品提供了原料。该技术与传统的酸催化方法、酶法等工艺比较，具有清洁、高效、经济等优点。该技术与传统的酸催化方法、酶法等工艺比较，具有清洁、高效、经济等优点。 气候变化奖：气候变化奖：工业废气中含有大量工业废气中含有大量CO2，如何高效利用，如何高效利用CO2并将其转化为有价值的燃料一直是并将其转化为有价值

25、的燃料一直是化学家研究的重要课题。化学家研究的重要课题。Algenol公司开发出了基因增强的蓝藻（公司开发出了基因增强的蓝藻（cyanobacteria）菌株，可以在阳光和盐水的）菌株，可以在阳光和盐水的条件下高效地将空气和工业废气中的条件下高效地将空气和工业废气中的CO2转化为乙醇和生物油等燃料。该工艺中盐水可以从海水获取，不依转化为乙醇和生物油等燃料。该工艺中盐水可以从海水获取，不依赖粮食作物为原料，降低了燃料生产成本，并显著地减少碳排放。赖粮食作物为原料，降低了燃料生产成本，并显著地减少碳排放。1.2 绿色化学的研究内容和特点绿色化学的研究内容和特点1.2.1 绿色化学的含义绿色化学的含

26、义 运用化学原理和新化工技术来减少或消除化运用化学原理和新化工技术来减少或消除化学产品的设计、生产和应用中有害物质的使用与学产品的设计、生产和应用中有害物质的使用与生产，使所研究开发的化学品和工艺过程更加安生产，使所研究开发的化学品和工艺过程更加安全和环境友好。全和环境友好。1.2.2 绿色化学的研究内容绿色化学的研究内容l清洁合成工艺和技术，减少废物排放，目标是清洁合成工艺和技术，减少废物排放，目标是“零排放零排放”。l改革现有工艺过程，实施清洁生产。改革现有工艺过程，实施清洁生产。l安全化学品和绿色新材料的设计和开发。安全化学品和绿色新材料的设计和开发。l提高原材料和能源的利用率，大量使用可再生资源提高原材料和能源的利用率，大量使用可再生资源l生物技术和生物质的利用。生物技术和生物质