绿色化工工艺课件

1、绿色化工工艺实例1.绿色无机化工工艺 无机化工产品的原料主要来源于矿产资源，而各种矿产品的有用元素含量又很低，通常要采取煅烧、焙烧、烧结及熔融等处理再经过转化，方可获得相应的无机化工产品。 传统无机化工产品生产工艺比较落后，原材料能源等消耗比较大，生产劳动条件差，对环境污染严重，这些已经成为制约无机化学工业可持续发展的关键因素之一。因此必须改革传统生产工艺 ，解决生产过程排放的废弃物，并设法将之变成有用的化学产品，已达到资源和能源的充分利用、产品对环境友好、生产工艺清洁的目的。1.1先驱物法 先通过准确的分子设计合成出具有预期组分、结构和化学性质的先驱物，再在软环境下对先驱物进行处理，进而得到

2、预期的材料。其关键在于先驱物的分子设计与制备。人们选择一种化合物如硝酸盐、碳酸盐、草酸盐、氢氧化物、含氰配合物以及有机化合物如柠檬酸等和所需的金属阳离子制成先驱物，在这些先驱物中，反应物以所需要的化学计量存在着，这种克服了制陶法中反应物间均匀混合问题，达到了原子或分子尺度的混合。1.2水热法 水热法是利用高温高压的水溶液使那些在大气条件下不溶或难溶的的物质溶解，或反应生成该物质的溶解产物，通过控制高压釜内溶液的温差使产生对流以形成过饱和状态而析出生长晶体的方法。 自然界热液成矿就是在一定的温度和压力下，成矿热液中成矿物质从溶液中析出的过程。水热法合成宝石就是模拟自然界热液成矿过程中晶体的生长。

3、 高压釜为可承高温高压的钢制釜体。水热法采用的高压釜一般可承受11000C的温度和109Pa的压力，具有可靠的密封系统和防爆装置。因为具潜在的爆炸危险，故又名“炸弹”（bomb）。高压釜的直径与高度比有一定的要求，对内径为100-120mm的高压釜来说，内径与高度比以1：16为宜。高度太小或太大都不便控制温度的分布。由于内部要装酸、碱性的强腐蚀性溶液，当温度和压力较高时，在高压釜内要装有耐腐蚀的贵金属内衬，如铂金或黄金内衬，以防矿化剂与釜体材料发生反应。也可利用在晶体生长过程中釜壁上自然形成的保护层来防止进一步的腐蚀和污染。如合成水晶时，由于溶液中的SiO2与Na2O和釜体中的铁能反应生成一种

4、在该体系内稳定的化合物，即硅酸铁钠（锥辉石NaFeSi2O6acmite）附着于容器内壁，从而起到保护层的作用。矿化剂指的是水热法生长晶体时采用的溶剂。 水热法合成宝石采用的主要装置为高压釜，在高压釜内悬挂种晶，并充填矿化剂。 水热法生产的特点是粒子纯度高、分散性好、晶形好且可控制,生产成本低。用水热法制备的粉体一般无需烧结,这就可以避免在烧结过程中晶粒会长大而且杂质容易混入等缺点。影响水热合成的因素有:温度的高低、升温速度、搅拌速度以及反应时间等。 1.3溶胶-凝胶法 制造固体催化剂的方法之一，即以凝胶方式从溶液中沉淀出来的方法。从溶液中析出凝胶沉淀，需要经过由分子或离子在溶剂中凝聚成溶胶，

5、以及溶胶中的胶体粒子凝结成凝胶这两个过程。 凝胶是一种体积宠大，疏松，含水很多的非晶型沉淀。不同的制备和后处理条件，可使产品在孔结构，比表面等物理结构在很大范围内变化。活性氧化铝和硅胶等是用凝胶法生产出来的。 溶胶一凝胶(Sol-Ge1)技术是指金属有机或无机化合物经过溶胶一凝胶化和热处理形成氧化物或其他固体化合物的方法。其过程：用液体化学试剂(或粉状试剂溶于溶剂)或溶胶为原料，而不是用传统的粉状物为反应物，在液相中均匀混合并进行反应，生成稳定且无沉淀的溶胶体系，放置一定时间后转变为凝胶，经脱水处理，在溶胶或凝胶状态下成型为制品，再在略低于传统的温度下烧结。1.4低热固相化学 一个室温固固反应

6、的实例：固体4甲基苯胺与固体CoCl26H2O按2：1摩尔比在室温(20)下混合，一旦接触，界面即刻变蓝，稍加研磨反应完全该反应甚至在0同样瞬间变色。但在CoCl2的水溶液中加入4甲基苯胺(摩尔比同上)，无论是加热煮沸还是研磨、搅拌都不能使白色的4甲基苯胺表面变蓝，即使在饱和的CoCl2水溶液中也是如此。这表明虽然使用同样的起始反应物、同样的摩尔比，由于反应微环境的不同使固、液反应有明显的差别。应用 由于溶胶一凝胶技术在控制产品的成分及均匀性方面具有独特的优越性，近年来已用该技术制成LiTaO2、LiNbO2、PbTiO3、Pb(ZrTi)03BaTiO3等各种电子陶瓷材料。特别是制备出形状各

7、异的超导薄膜、高温超导纤维等。低热固相反应在合成化学中的应用 低热固相反应由于其独有的特点，在合成化学中已经得到许多成功的应用，获得了许多新化合物，有的已经或即将步入工业化的行列，显示出它应有的生机和活力。随着人们的不断深入研究，低热固相反应作为合成化学领域中的重要分支之一，成为绿色生产的首选方法已是人们的共识相企盼。2.绿色制药工艺 特征是药品生产路线与一般的传统生产路线不同，把治理污染作为设计、筛选药品生产工艺的首要条件，研究和发展无害化清洁生产工艺，推行清洁生产工艺，即以低消耗（物耗和水、电、气的消耗及工耗）、无污染（至少低污染）、资源再生、废物综合利用、分离降解等方式实现制药工业的生态

8、循环和环境友善的清洁生产的绿色结果。应用计算机辅助的绿色化学设计在设计新的绿色化学反应时，既要考虑产品性能好，又要价格低廉，还要产生最少的废物和副产品，而且要求对环境无害，其难 度之大是可想而知的。因此化学家们在设计绿色化学反应时，要用开阔的思路去考虑组合化学合成新分子，提供药物或其他功能分子(如催化剂)的先导化合物是合成化学的一项重要任务。而药物及催化剂的开发涉及大量化合物的合成与筛选，任务繁重，采用传统的合成手段费时费力。 而组合化学则提供了一种达到分子多样性的捷径。这方面的发展非常迅猛，现已从合成肽库发展到合成有机小分子库，并已筛选出许多药物的先导化合物，成为一个活跃的学科前沿改变原料进

9、行绿色化生产，包含两个方面的内容：一为原料本身不是绿色原料，但改变原料后，副产物大大减少，原子经济性提高；二为采用绿色原料，原有的工艺将产生变化，如21世纪用绿色原料碳酸二甲酯（DMC)代替有毒的硫酸二甲酯(DMS)作烷基化试剂，碳酸二甲酯是一种重要的绿色化工产品，把温室效应的气体作为有效碳源用来合成有机化学品符合公众对于环境保护的愿望。因此，以CO2和甲醇为原料直接合成DMC就更具重要的理论和现实意义。环境友好介质中的合成在传统的有机反应中，有机溶剂是最常用的反应介质，这主要是因为它们能很好地溶解有机化合物。但有机溶剂的毒性和难以回收性质又使之成为对环境有害的因素。因此，在无溶剂存在下进行的

10、有机反应，用水作反应介质以及用超临界流体作反应介质或萃取溶剂将成为发展洁净合成工艺的重要途径。催化化学催化过程是实现高原子经济反应的重要途径。应用催化方法还可以实现常法不能进行的反应，从而缩短合成步骤。催化化学使人类能够在现有的技术和设备条件下，应用少量适当的催化剂，便可顺利地、有选择地、高效率地合成所需要的化学物质，且合成过程副反应少，没有或很少产生“三废”。3.绿色能源化工技术3.1洁净煤技术3.2生物质能1.洁净煤技术 洁净煤技术是指从煤炭开发到利用的全过程中旨在减少污染排放与提高利用效率的加工、燃烧、转化及污染控制等新技术。洁净煤技术（CCT）一词源于美国,旨在减少污染和提高效益的煤炭

11、加工、燃烧、转换和污染控制等新技术的总称。 传统意义上的洁净煤技术主要是指煤炭的净化技术及一些加工转换技术，即煤炭的洗选、配煤、型煤以及粉煤灰的综合利用技术，国外煤炭的洗选及配煤技术相当成熟，已被广泛采用；目前意义上洁净煤技术是指高技术含量的洁净煤技术，发展的主要方向是煤炭的气化、液化、煤炭高效燃烧与发电技术等等。它是旨在减少污染和提高效率的煤炭加工、燃烧、转换和污染控制新技术的总称，是当前世界各国解决环境问题的主导技术之一，也是高新技术国际竞争的一个重要领域。根据我国国情，洁净技术包括：选煤，型煤，水煤浆，超临界火力发电，先进的燃烧器，流化床燃烧，煤气化联合循环发电，烟道气净化，煤炭气化，煤

12、炭液化，燃料电池。直接烧煤洁净技术 这是在直接烧煤的情况下，需要采用的技术措施：燃烧前的净化加工技术，主要是洗选、型煤加工和水煤浆技术。原煤洗选采用筛分、物理选煤、化学选煤和细菌脱硫方法，可以除去或减少灰分、矸古、硫等杂质；型煤加工是把散煤加工成型煤，由于成型时加入石灰固硫剂，可减少二氧化硫排放，减少烟尘，还可节煤；水煤浆是先用优质低灰原煤制成，可以代替石油。燃烧中的净化燃烧技术，主要是流化床燃烧技术和先进燃烧器技术。流化床又叫沸腾床，有泡床和循环床两种，由于燃烧温度低可减少氮氧化物排放量，煤中添加石灰可减少二氧化硫排放量，炉渣可以综合利用，能烧劣质煤，这些都是它的优点；先进燃烧器技术是指改进

13、锅炉、窑炉结构与燃烧技术，减少二氧化硫和氮氧化物的排放技术。燃烧后的净化处理技术，主要是消烟除尘和脱硫脱氮技术。消烟除尘技术很多，静电除尘器效率最高，可达以上，电厂一般都采用。脱硫有干法和湿法两种，干法是用浆状石灰喷雾与烟气中二氧化硫反应，生成干燥颗粒硫酸钙，用集尘器收集；湿法是用石灰水淋洗烟尘，生成浆状亚硫酸排放。它们脱硫效率可达。开发应用 为了减少直接烧煤产生的环境污染，世界各国都十分重视洁净煤技术的开发和应用。经过20 多年的发展国外的煤炭气化、液化以及发电技术已经日趋成熟。通过实施洁净煤技术,煤矿企业在经济上增加盈利,环境由此得到改善,使经济增长和保护环境协调发展。我国是烧煤大国，以上

14、的能源依靠煤炭，大力发展洁净煤技术有更重要意义。 2.生物质能 生物质能（biomass energy ），就是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量。它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用，可转化为常规的固态、液态和气态燃料，取之不尽、用之不竭，是一种可再生能源，同时也是唯一一种可再生的碳源。 生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，即一切有生命的可以生长的有机物质通称为生物质。它包括植物、动物和微生物。广义概念：生物质包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物。有代表性的生物质如农作物、农作物废弃物、木材、木材废弃物和动