环境化学第八章绿色化学的基本原理与应用

1、L o g oL o g oL o g oL o g o绿色化学的起源绿色化学的起源绿色化学的十二条原则绿色化学的十二条原则绿色化学的研究进展绿色化学的研究进展L o g oL o g ov绿色化学的定义v绿色化学产生的三阶段v传统化学的双重作用L o g oL o g o 二十世纪化学领域的成绩二十世纪化学领域的成绩 年代年代产品名称产品名称 作用作用 1913合成氨合成氨粮食、果蔬产量提高粮食、果蔬产量提高 1941杀虫剂杀虫剂DDT 1928青霉素青霉素人均寿命大大延长人均寿命大大延长 1930聚氯乙烯聚氯乙烯遍及人类的生产、生遍及人类的生产、生活的各个方面活的各个方面 1938尼龙尼龙

2、 1939顺丁橡胶顺丁橡胶 1921乙烯（天然气裂解）乙烯（天然气裂解）L o g oL o g o臭氧层破坏臭氧层破坏 Text全球变暖全球变暖生物多样性减少生物多样性减少酸雨酸雨森林锐减森林锐减土地沙漠化土地沙漠化海洋污染海洋污染大气污染大气污染淡水资源污染淡水资源污染垃圾围城垃圾围城L o g oL o g oL o g oL o g oL o g oL o g oL o g oL o g oL o g oL o g oL o g oL o g oL o g oL o g oL o g oL o g oL o g oL o g oL o g oL o g oL o g oL o g oL

3、 o g oL o g o八大公害事件八大公害事件L o g oL o g o环境保护的警世之作环境保护的警世之作 19621962年，美国女海洋生物学年，美国女海洋生物学家家Rachel CarsonRachel Carson所著所著Silent SpringSilent Spring出版。出版。L o g oL o g o管制与控管制与控制时期制时期稀释废物稀释废物来防治环来防治环境污染境污染 污染预防为污染预防为主，末端治主，末端治理为辅理为辅50年代年代5080年代末年代末90年代初年代初绿色化学产生的三个阶段绿色化学产生的三个阶段L o g oL o g o什么是绿色化学什么是绿色化

4、学绿色化学绿色化学，又称，又称环境无害化学环境无害化学、环环境友好化学境友好化学、清洁化学清洁化学。它是利用化。它是利用化学原理和方法来减少或消除对人类健学原理和方法来减少或消除对人类健康、社区安全、生态环境有害的反应康、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、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副产物的使用和产生的新兴学科 ，是，是一门从源头上减少或消除污染的化学一门从源头上减少或消除污染的化学 L o g oL o g oL o g oL o g o 绿色化学的主要研究内容绿色化学的主要研究内容原子经济反应原子经济反应高选择性反应高选择性反应无毒

5、无害原料可再生资源环境友好产品无毒无害催化剂无毒无害溶剂L o g oL o g o绿色化学的十二条原则绿色化学的十二条原则v1.预防预防v2.原子经济性原子经济性 v3.低毒害化学合成低毒害化学合成 v4.设计较安全的化合物设计较安全的化合物 v5.使用较安全的溶剂与助使用较安全的溶剂与助剂剂 v6.有节能效益的设计有节能效益的设计 v7.使用再生资源作原料使用再生资源作原料 v8.减少运用衍生物减少运用衍生物 v9.催化反应催化反应 v10.设计可降解产物设计可降解产物 v11.及时分析以防止污染及时分析以防止污染 v12.采用本身安全采用本身安全,能防止发能防止发生意外的化学品生意外的化

6、学品 L o g oL o g o)Trost获获1998年美国年美国“总统绿色化学挑战奖总统绿色化学挑战奖”学术奖学术奖L o g oL o g o乙烯制备乙烯制备环氧乙烷环氧乙烷（ 气体杀菌消毒剂）反应气体杀菌消毒剂）反应 1）经典方法）经典方法 二步法二步法 CH2=CH2 + Cl2 + H2O ClCH2CH2OH + HCl ClCH2CH2OH + Ca(OH)2 +HCl C2H4O + 2CaCl2+2H2O 2）新方法）新方法 一步法一步法 C2H4 + O2 C2H4O 总反应为总反应为 C2H4 + Cl2 + Ca(OH)2C2H4O+CaCl2+H2O 28 71

7、74 44 C2H4 + O2 C2H4O 28 16 44 L o g oL o g o环境污染源与人体健康环境污染源与人体健康L o g oL o g o 光气（光气（COCl2）的毒性）的毒性：极：极微量时可引起咳嗽、咽喉微量时可引起咳嗽、咽喉发炎、呕吐等；重症时，发炎、呕吐等；重症时，引起肺部淤血和肺水肿；引起肺部淤血和肺水肿；深度中毒时，导致急性窒深度中毒时，导致急性窒息性死亡。因而被称为息性死亡。因而被称为“在陆地上的溺死在陆地上的溺死”。第。第一次世界大战中，光气曾一次世界大战中，光气曾被用作化学武器。被用作化学武器。 惨痛的博帕尔毒气事件惨痛的博帕尔毒气事件 L o g oL

8、o g o取代光气的绿色化学技术取代光气的绿色化学技术 1. 用CO2代替光气（COCl2 ）生产亚氨酯： 传统工艺为： RNH2 + COCl2 RNCO + HCl RNCO + ROH RNHCOOR 美国Monsanto公司开发的新工艺为： RNH2 + CO2 RNCO + H2O RNCO + ROH RNHCOOR 彻底解决了传统工艺的两大问题固体光气固体光气2.L o g oL o g o L o g oL o g o绿色化学化工实用技术贡长生著 化学工业出版社 p.33L o g oL o g o实例：海洋船舶防垢剂实例：海洋船舶防垢剂 传统对策：在油漆中添加有机锡防垢剂TB

9、TO Rohm & Haas公司研究出Sea-Ninetm抗浮游生物剂 TBTO有毒副作用有毒副作用 生物体内产生积累放大效生物体内产生积累放大效应，最高可达应，最高可达10000倍倍 半衰期长半衰期长 降解快降解快 （海水中半衰期为海水中半衰期为1d，沉积物中为沉积物中为1h，在生物体中积累，在生物体中积累基本为零）基本为零） 获得获得1996年美国年美国“总统绿色化学总统绿色化学 挑战奖挑战奖”的设计更安全化学品奖的设计更安全化学品奖 L o g oL o g o 传统溶剂、助剂传统溶剂、助剂：氯仿（氯仿（CHCl3） 、四氯化碳、苯、四氯化碳、苯、氟氯烃、烃类及其衍生物氟氯烃、烃

10、类及其衍生物缺点缺点L o g oL o g o无毒无害的超临界co2超临界流体处于超临界温度和超处于超临界温度和超临界压力下的流体，临界压力下的流体，是一种介于气态和液是一种介于气态和液态之间的状态。其密态之间的状态。其密度与液体接近，而黏度与液体接近，而黏度则与气体接近。这度则与气体接近。这一流体具有可变性，一流体具有可变性，其性质随温度和压强其性质随温度和压强的变化而变化。的变化而变化。超临界超临界coco2 2T T 31 31 ；P P 7.38Mpa7.38Mpa廉价、无毒、易分离廉价、无毒、易分离不燃烧，不形成光化学烟不燃烧，不形成光化学烟雾，也不破坏臭氧层雾，也不破坏臭氧层从来

11、源上看，是生产合成从来源上看，是生产合成氨和天然气的副产物氨和天然气的副产物L o g oL o g ov超临界co2作溶剂：v超临界CO2作萃取剂：应用范围应用范围 应用类别应用类别 食品工业食品工业 中草药有效成分的提取、分离，药中草药有效成分的提取、分离，药品原料的浓缩、精制品原料的浓缩、精制 医药工业医药工业 啤酒花、动植物油、咖啡因、植物啤酒花、动植物油、咖啡因、植物色素的提取色素的提取 化妆品香化妆品香料工业料工业 天然香料、合成香料的分离和精制，天然香料、合成香料的分离和精制，化妆品原料的萃取化妆品原料的萃取 L o g oL o g o L o g oL o g o 电能 光能

12、 微波自由基成环自由基成环二硫代保护基团感光裂解二硫代保护基团感光裂解2-甲基甲基-1，3-戊二烯与乙醛酸酯在苯溶剂中的反应戊二烯与乙醛酸酯在苯溶剂中的反应 L o g oL o g o 由光合作用产生的由光合作用产生的所有生物有机体的总所有生物有机体的总称，包括植物、农作称，包括植物、农作物、林产物等。其中物、林产物等。其中含有淀粉、纤维素、含有淀粉、纤维素、木质素等成分木质素等成分。 可再生，储量丰富可再生，储量丰富 大部分已高度氧化大部分已高度氧化 比矿物原料更清洁比矿物原料更清洁 季节性强，产量、质季节性强，产量、质量不稳定量不稳定需要大量土地需要大量土地 L o g oL o g o

13、19961996年年 “ “总统绿色总统绿色化学挑战奖化学挑战奖”学术学术奖奖Taxas A&MTaxas A&M大学大学 M.HoltzappleM.Holtzapple教授教授利用废弃的生物质利用废弃的生物质, ,经石灰消化处理经石灰消化处理, ,后后经发酵生产有机化经发酵生产有机化学品和燃料学品和燃料.绿色化学化工实用技术贡长生著 化学工业出版社 P.16L o g oL o g o绿色化学化工实用技术贡长生著 化学工业出版社 P.31生物质原料的加工利用生物质原料的加工利用L o g oL o g o实例：己二酸的制取实例：己二酸的制取传统制法： 1.原料苯为致癌物质

14、2.硝酸作为氧化剂腐蚀严重 3.反应需要高温高压条件，能耗高Frost用葡萄糖为原料制取己二酸：L o g oL o g o 保护与去保护 成盐 增添一个只为被取代的官能团L o g oL o g o L o g oL o g ov传统的无机液体酸催化剂：硫酸、氢氟酸、三氯化铝 H2SO4 强腐蚀性、脱强腐蚀性、脱水性、氧化性水性、氧化性。 废液处理废液处理 令人头痛令人头痛 HF 剧毒，强腐剧毒，强腐蚀性和脱水性蚀性和脱水性 AlCl3 强腐蚀性强腐蚀性。 必须在无水必须在无水条件下操作条件下操作 分离难，不易分离难，不易循环使用循环使用L o g oL o g o分子筛催化剂实例：分子筛代替三氯化铝催化