化学前沿与发展

1、化学前沿进展与机遇能源、环境与绿色化学能纳米化学与生物学环境化学与大学人类未来50年1. ENERGY的十大问题2.3.Water Food4. Environment5.6.7.8.9.10.Poverty Terrorism & War Disease Education Democracy Population2011:7 Billion People2050:8-10 Billion ( 1010 ) People“生活标准” vs 能源消耗能源？可提供能量的资源能量？质能守恒定律能源从哪来？从地球外部来能及其次生能源（风能等）地球资源能源和新能源开发资源不可再生。高品质的能量转变为低

2、品质的能量是不可逆的。温室效应 CO2浓度升高，妨碍地球散热，导致全球变暖。资源枯竭环境污染：污染物主要是CO2， SO2，NO等SO 造成酸雨危害。2NO等氮氧化合物破坏臭氧层。能源的分类能、水力、风力、生物质能、波浪能、潮汐能、海洋温差能、地热再生能源一次能源原煤、原油、天然气、油页岩、核能非再生能源电力、蒸汽、煤气、重油、液化石油气、氢气和焦炭、柴油、沼气、二次能源能量转换与利用化石能源(石油、天然气、煤) 化学能燃烧(化学反应)放出热量热能再转化 做功机械能发电电能能源利用效率我国能源利用效率为33%，比发达国家低10产值能耗是世界平均水平的2倍多%比、欧盟、分别高2.5倍、4.9倍、

3、8.7倍和43%；我国8个行业主要产品比国际先进水平高40%；能耗平均燃煤工业锅炉平均运行效率比国际先进水平低15-20%；机动车百公里油耗比欧洲高25%，比高20%。出路节能减排可再生能源核能石油是现代工业的血液以石油为原料的产品Nearly everything in our lives is made from oil, made by machinery andsystems dependent on oil, and transported by oil Power.Ammonia, Anesthetics, Antihistamines, Artificial limbs, Art

4、ificial Turf, Antiseptics, Aspirin, Auto Parts, Awnings, Balloons, Ballpoint pens, Bandages, Beach Umbrellas, Boats, Cameras, Candles, Car Battery Cases, Carpets, Caulking, Combs, Cortisones, Cosmetics, Crayons, Credit Cards, Curtains, Deodorants, Detergents, Dice, Disposable Diapers, Dolls, Dyes, E

5、ye Glasses, Electrical Wiring Insulation, Faucet Washers, Fishing Rods, Fishing Line, Fishing Lures, Food Preservatives, Food Packaging, Garden Hose, Glue, Hair Coloring, Hair Curlers, Hand Lotion, Hearing Aids, Heart Valves, Ink, Insect Repellant, Insecticides, Linoleum, Lip Stick, Milk Jugs, Nail

6、Polish, Oil Filters, Panty Hose, Perfume, Petroleum Jelly, Rubber Cement, Rubbing Alcohol, Shampoo, Shaving Cream, Shoes, Toothpaste, Trash Bags, Upholstery, Vitamin Capsules, Water Pipes, Yarn,石油供需差距石油 Gas out Thepriof gas.suddenly doubled andfueling sions frequently ranoil crisis effected almost e

7、very sector of the economy .家庭用气体管道煤气由煤加工制得，液化气是石油炼制产物，天然气则能直接使用。因气体易扩散，故气体容易完全燃烧，与固体利用率。与空气混合充分，相比有较高的能量气体便于，使用方便（易点燃，易熄灭），且清洁卫生。固体煤中含有硫、氮等杂质，直接燃煤、煤球或煤饼会产生大量二氧化硫、氮氧化物（NOx）、粉尘等，造成大气污染，住宅环境也烟灰满天，厨房空气的污染则更严重。管道煤气的可燃成分是氢气、一氧化碳和甲烷，分别约占48%50%，10%15%和 13%18%液化气又叫液化石油气，主要成分中C3、 C4的烃是沸点较低的成分丙烷、丙烯、丁烷、丁烯。天然气的

8、主要成分是甲烷，还有少量的其他气态烃，天然气直接产自油气田，开采后经脱硫、脱水等，即可用作家庭燃气。三种气体的热值天然气是城市燃气的发展方向管道煤气是一种清洁，然而这是相对于住宅、居室环境而言的，从城市大环境看，没有改善城市大气的污染程度。原因很简单，制造煤气要燃煤，使用煤气没有降低城市的煤炭消耗量。原来一家一户煤球炉的废气仅仅变成由数家煤气厂排放而已。液化气是发热量高的优质清洁，但液化气使用不便，且要消耗宝贵的石油资源，天然气则是一种既有管道煤气的方便，又有液化气无毒、发热量高的优点的，所以，推广使用天然气的是城市燃气产业的发展方向。可再生能源尽占6%Wind farms (double t

9、his by 2008)58%i.e. Lock 7, NYSEG Mechanicville, etci.e. Niagara Falls, Hoover Dam, Bonneville Dam, etcEnolWood stoves, etcDistribution of the 6%Solar Heat能是一颗炽热的恒星辐射功率为3.81023KW到达地球表面的辐射功率达81013KW相当于目前地球上总发电功率的8万倍能是清洁的可再生能源能的优点、总量最大取之不尽，用之不竭（应对能源）2、分布最广遍布世界各地（应对传统能源的区域差异）3、最清洁利用过程中不会产生任何污染，也不会产生废弃物

10、（应对环境）你知道目前直接利用有哪些方法吗？能光合作用，灶，温棚种蔬菜，能热水器，能发电等能的直接利用大致有三种形式：(1) 光电转换利用能电池可将辐射能转换为电能，用半导体材料制成的光电池已进入实用。如单晶硅电池、多晶硅电池、硫化镉电池、砷化锌电池等。我国1971年发射的第二颗人造上已开始使用能电池，高效砷化镓电池已在1990年发射的风云一号气象上使用。较常用的是硅电池，转换效率可达13%-17%。在宇宙空间的效率可更高。照射在沙漠上的能十分丰富，如果利用照能的1%，就可获得比现在全世射在撒哈拉沙漠界能耗大得多的能量。(2) 光热转换几乎家家都用的能热水器就是直接利的辐射能量的光-热转换装置

11、。装置又可分为用平板式和聚光式两种。能热水器的集热器是平板式作为传热的介质。灶和能高温炉是抛物面型反射聚光式的，利用抛物面反射镜使聚焦处得到较高温度。为提高光-热转换效率，在集热器表面涂上涂层。在利用能发电时，为克服夜间阴天无阳光的，采用“熔盐储能”的方式。在晴天时，把热能输入熔盐，使熔盐吸热熔化，把能起来；当熔盐凝结时，的热量出来，达到均衡供电。(3) 光化学转换光化学电池是利用光照引起化学反应，使电解液内形成电流而供电的电池。利用能分解水制氢也是较理想的方法，因为氢是一种无污染的高效能源。另外植物的光合作用对能的利用率极高，采用仿生技术，模拟光合作用一直是科学家追求的目标，一旦对光合作用的

12、模拟成功，就可使人造粮食，人造获成功。人们还设想，建立“宇宙能站，按一定轨道运转，能站”收集阳光。能通过光电池宇宙转换为电能，用微波发生器把电能转换为微波，以集束的形式把微波发回地面接收站，地面再将微波转为电能。能分解水制氢H2OH2+O2O2 H2+H2O能产业中国能产业的历史只有十年左右的时间，已经迅速成为全球最大的能生产国，在光电和光热设备这两个领域，中国已经占据了全球3/4以上的生产份额。使用能不会造成环境污染，是理想的绿色能源。但原料开采和生产光伏产品过程中也会消耗大量能源和造成污染。储能也是一个重要问题！蓄能发电厂电池超级电容器锂电池锂电池的优异性能是：比能量高，使用温度范围广，放

13、电电压平坦。以固体电解质制成的锂电池，体积小，无电解液渗漏，电压随放电时间下降缓慢，电池长，特别适用于心脏起搏器的电源。主要缺点是：但在短路或某些重负荷下，有发生的可能性。电池所谓电池，是通过电化学过程将反应物（）中的化学能直接转化成电能的电池装置。电池的基本组成是电极、电解质、氧化剂。工作时，和和氧化剂不间断地分别输送到电池的两个电极上，确保电池连续稳定工作。氢-氧电池的工作原理电池特点氧化剂与还原剂在工作时不断补充；反应产物不断排出能量转化率高(超过80%)，普通的只有30%，有利于节约能源。H2-O2电池世博会电动车前，通州区永乐店镇农民做出了一部电动汽车。他说，灵感来源于方程式和战斗机

14、。小车不烧，全靠电力。而且，小车一边行驶，就能一边充电。小车的最前边，有一个类似于电风扇的东西。老唐说，这是风力发电机。在座位后面，还有一个小发电机。老唐说，这个是用惯性发电的。时间：11月14日下午2:15-4:15地点：FJ103:FJ104:(学号11120277-13121915)(学号13121956-13124228）2若有同学时间，请先找自己所在学院管教学老师开证明并盖章，然后到环化学院（东区环化楼801）找教务老师安排参加试卷B。环境与化学有哪些环境问题？大气污染、水体污染、土壤污染、生物污染酸雨、全球变暖、臭氧层破坏水土流失、森林砍伐、土地荒漠化、生物多样性减少森林、草原、矿

15、产资源减少和破坏环境污染问题由环境污染演化而来生态破坏问题自然资源衰竭问题山东段河水的含沙量的重金属污染铅的重金属污染铬的沙尘暴雾霾PM2.5PM2.5(particulatematter)是指每立方米空气中直径小于或等于2.5微米颗粒物的含量。被吸入人体后会直接进入支气管，干扰肺部的气体交换，引发包括哮喘、支气管炎和心病等方面的疾病。PM2.5每立方米的浓度上升20毫克，中国和每年会有约34万人。可吸入颗粒物又称为PM10，指直径大于2.5微米、等于或小于10微米，可以进入人的呼吸系统的颗粒物；主要来自扬尘等总悬浮颗粒物也称为PM100，即直径小于或等于100微米的颗粒物。2010年9月全球

16、空气质量地图(NASA)环境污染谁之过？科技发展？化学？环境问题产生的主要原因是什么？环境污染和生态破坏工农业迅速发展的急剧增长资源匮乏南极臭氧层空洞臭氧层空洞与氟利昂P.J.Crutzen和H.Johnston证明一氧化氮对臭氧层具有催化分解作用F.S.Rowland和M.Molina发现氟里昂在大气中稳定上升到平流层中端，最终被紫外线分解并放出氯原子。他们提出这些氯原子可能导致大量臭氧原子分解1995年Crutzen、Molina和Rowland获得诺贝尔化学奖协议对消耗臭氧层的物质进行控制该条约开放给各国签署，正式实施。以后又经过了七次修改：伦敦（1990）、内罗毕（1991）、（199

17、2）、曼谷（1993）、维也纳（1995）、（1997）、（1999）。臭氧层保护独特的国际合作典范前长安南认为，“（协议）这是也许是到目前为止一次最成功的国际间协议”。温室气体CO2, CH4, N2O, H2O, O3 are able to absorb and re-emitinfrared radiation, while not blocking visible light.Global Warming议定书通过的 议定书为各国的1997年在公约的气候变化框架排放量规定了标准。共同但有区别的责任仅占全球的3%至4%，而排放的二氧化碳却占全球排放量的25%以上，为全球温室气体排放量最

18、大的国家。曾于1998年签署了议定书。但2001年3月，宣布批准议定书。马尔代夫总统头戴水下呼吸器，打着手势，召开了一次世界首次“水下内阁会议”，以凸显全球变暖对这个地球上地势最低的国家的。马尔代夫总统2009年10月17日在水下签署文件，呼吁全世界减少排放Change the future争议英国气象局称全球已停止变暖16年地球在漫长的生命中，气候起伏不定是正常的；数据，近10年来气候是非常稳定的。根据环境问题是否可以先发展再治理？环境治理必须从控制污染修复艰难、复杂、费力、费钱、费时纳米吸附剂、催化剂绿色化学绿色化学是一门新兴的化学分支，以“原子经济性”为原则，研究如何在产生目的产物的过程中充分利用原料，减少有害物质的。绿色化学旨在从物质产生的的产生，减少对环境的污染。控制废物绿色化学的12项原则防止污染的产生优于治理产生的污染；原子经济性；只要可行，应尽量采用毒性小的化学路线；更安全的化学品的设计应能保留其功效，但降低毒性；应尽可能避免使用辅助物质（如溶剂、分离剂等），如用时应是无毒的；应考虑到能源消耗对环境和经济的影响，并应尽量少地使用能源；原料应是可再生的，而非将耗竭的；尽量避免不必要的衍生化步骤；催化性能试剂（有尽可能好的选择性）优于当量