绿色化学与化工 第一章课件

绿色化学（GreenChemistry)※工业文明带给人类的是福还是祸？※化学家的功与过？绿色化学（GreenChemistry)※工业文明带给人1贡献：1928年——青霉素——抗生素类药物——制药业蓬勃发展——使人类的抗疾病能力增强，寿命延长1913年——合成氨化肥、农药业迅猛发展——农业生产——1941年——DDT减轻了人口的增长对粮食到处需求的压力1921年天然气1930年聚乙烯石油化学工业——改变了人类的生活方式1939年的顺丁橡胶为材料、计算机等提供了物质保障1.20世纪化学工业的贡献及带来的问题问题：化学工业带来严重的环境污染和生态破坏贡献：1.20世纪化学工业的贡献及带来的问题问题：化学工业22.绿色化学（GreenChemistry)定义环境友好化学（EnvironmentallyFriendlyChemistry）、清洁化学（CleanChemistry）定义：采用最少的资源和能源消耗，并产生最小的排放的工艺过程。无毒无害原料可再生资源原子经济反应高选择性反应环境友好产品无毒无害催化剂无毒无害溶剂2.绿色化学（GreenChemistry)定义环境友好3

绿色化学的12条原则

l

防止环境污染l

提高原子经济性l

尽量减少化学合成中的有毒原料和有毒产物l

设计安全的化学品l

使用安全的溶剂和助剂l

提高能源经济性l

原料的再利用l

减少官能团的引入l

新型催化剂的开发l

产物的易降解性l

以降低环境污染为宗旨的现场实际分析l

防止生产事故的安全生产工艺。绿色化学的12条原则l

防止环境污染43.绿色化学的发起与发展美国总统绿色化学挑战奖

presidentialgreenchemistrychallengeawardsofUSA1995年3月16日，美国宣布设立“总统绿色化学挑战奖”，并于1996年在华盛顿国家科学院颁发了第一届奖项。这是世界上首次由一个国家的政府出台的对绿色化学实行的奖励政策。旨在促进环境友好的化学品和化学工艺的创新。3.绿色化学的发起与发展美国总统绿色化学挑战奖

presid5★美国总统绿色化学挑战奖设立的奖项●

变更合成路线奖(AlternativeSyntheticPathwaysAward)●●

变更溶剂／反应条件奖(AlternativeSolvents/Reaction ConditionsAward)●●●

设计更安全化学品奖(DesigningSaferChemicalsAward)●●●●

小企业奖(SmallBusinessAward)●●●●●

学术奖(AcademicAward)这些奖项为个人、团体和组织提供了一个机会，可以通过竞争总统奖来获取政府对可使化学变得更为清洁、经济、美好的基础性研究的支持，并体现了国家对将绿色化学原理应用到化学的设计、加工和应用过程而产生的技术的重视。其评选标准涉及对人身健康和环境有益、具有科学创新性和应用价值等方面。★美国总统绿色化学挑战奖设立的奖项●变更合成路线奖(Alt61996-1999年美国总统绿色化学挑战奖1996-1999年美国总统绿色化学挑战奖72000年美国总统绿色化学挑战奖2000年奖项获奖者获奖原因更新合成路线奖RocheColorado公司抗痉挛药新工艺，采用生物酶作催化剂，避免大量溶剂的使用和污染物的产生改进溶剂和反应条件奖Bayer&Pittsburgh公司开发了两组分水性多羟基化合物涂膜技术，性能优良，环境友好设计更安全化学品奖DowAgroscriences公司开发hexnflum白蚁诱饵，抑制昆虫角质素合成，使其在蜕皮时死亡，为低害杀虫剂绿色化学学术奖Scripps研究所开发了不可逆的酶催化的脂转化反应，用于药品生产小企业奖Revlon公司发明Enbirogluv玻璃印花技术，原料不含重金属成分，有生物降解性，产品美观耐用2000年美国总统绿色化学挑战奖2000年奖项获奖者获奖原82001年美国总统绿色化学挑战奖2001年奖项获奖者获奖原因更新合成路线奖Bayer&BayerAG公司可生物降解的螯合物——氨基二琥珀酸盐，100%无废物释放，用作助洗剂、漂白稳定剂、肥料添加剂改进溶剂和反应条件奖Novozymes公司利用果胶裂解酶进行棉纤维润湿脱脂工艺，可使纺织厂节水30%-50%设计更安全化学品奖PPG工业集团把阳离子电沉积油漆用于汽车工业，用以代替铅、铬、镍、抗腐蚀性强绿色化学学术奖Tulane大学李朝军教授发展了“准自然”催化作用，开发在空气和水中应用的过渡金属催化剂，用于以水为溶剂的多种化合反应小企业奖EDEN生物子公司Harpin（无毒性蛋白质）技术，用于激发植物自然产生防御系统，抗病虫害2001年美国总统绿色化学挑战奖2001年奖项获奖者获奖原92002年美国总统绿色化学挑战奖2002年奖项获奖者获奖原因更新合成路线奖Pfizer公司开发了合成Sertraline(重要药物Zoloft的有效成分)的新工艺，减少污染，提高了工人的安全性改进溶剂和反应条件奖CargillDowLLC公司开发了一种聚乳胶（PLA）的绿色生产工艺，产率高，不使用有机溶剂设计更安全化学品奖CSI公司采用环境友好的碱式四元铜盐替代有毒害性的铬砷合剂作为木材防腐剂绿色化学学术奖Pittsburgh大学建立一种简单模式来筛选能以低压CO2作溶剂的有机物质，从而拓宽CO2的应用领域小企业奖SCFluids公司超临界CO2，用于半导体工业中光致抗蚀剂的去除技术2002年美国总统绿色化学挑战奖2002年奖项获奖者获奖原102003年美国总统绿色化学挑战奖2003年奖项获奖者获奖原因更新合成路线奖南方化学公司开发“绿色催化”新工艺，用金属直接制备固体金属氧化物催化剂，消除了硝酸盐废料和NOx的排放改进溶剂和反应条件奖杜邦公司开发了用从玉米中提取的葡萄糖生产1，3-丙二醇的新工艺设计更安全化学品奖Shaw公司开发了聚烯烃方块地毡，产品更易回收利用，可取代PVC和钛酸酯增塑剂绿色化学学术奖布鲁克林理工大学开发出脂肪酶催化聚酯合成反应的通用生物催化剂，无需反应物侧链保护剂，反应更为顺畅小企业奖AgraQuest公司开发出第一个广谱生物杀菌剂Serenade，对鱼类、鹌鹑、蜜蜂、蚯蚓等物种无毒2003年美国总统绿色化学挑战奖2003年奖项获奖者获奖原112004年美国总统绿色化学挑战奖2004年奖项获奖者获奖原因更新合成路线奖BMS公司开发“通过植物细胞发酵与萃取制备Taxol制品的绿色合成”工艺，符合可持续发展的要求改进溶剂和反应条件奖Bockman实验室开发了一种新型的促进纸张循环利用的Optimyze技术，提高了纸制品的质量和造纸的效率设计更安全化学品奖Engelhard公司开发了优质环保的有机颜料Rightfit，成本低廉，附加值高绿色化学学术奖乔治亚州技术学院开发出联结反应与分离的友好可调溶剂，通过循环利用使废物排放最小化，具有工业化前景小企业奖Jeneil生物表面活性剂公司开发了天然低毒的合成表面活性剂替代品：鼠李糖脂生物表面活性剂2004年美国总统绿色化学挑战奖2004年奖项获奖者获奖原122005年美国总统绿色化学挑战奖一、变更合成路线奖ArcherDanielsMidland和Novozymes公司联合利用一种特殊的脂肪酶LipozymeR,通过酶法酯交换反应,从植物油制取低反式脂肪和油脂含量的制品;Merck公司设计的Aprepitant(神经激肽-1拮抗剂)新合成路线。这2个项目获得了更新合成路线奖2005年美国总统绿色化学挑战奖一、变更合成路线奖13二、变更溶剂/反应条件奖变更溶剂/反应条件奖授予了BASF公司,他们开发了一种紫外光可固化的、单组分、低挥发性有机物的汽车修补底漆。2005年美国总统绿色化学挑战奖三、设计更安全化学品奖ArcherDanielsMidland公司因开发一种非挥发性、反应活性的聚结剂,大大降低了乳胶涂料中挥发性有机物而获得了设计更安全化学品奖。二、变更溶剂/反应条件奖2005年美国总统绿色化学挑战奖三、142005年美国总统绿色化学挑战奖四、小企业奖小企业奖颁发给了Metabolix公司,奖励他们成功地利用生物技术合成天然塑料。五、学术奖Alabama大学的Rogers教授获得了学术奖。他建立了一种用离子液体溶解和处理纤维素制备新型材料的平台策略。2005年美国总统绿色化学挑战奖四、小企业奖五、学术152006年美国总统绿色化学挑战奖一、更绿色合成路线奖绿色合成路线奖授予了Merck公司,他们开发出一条由β氨基酸制备JanuviaTM活性成分的新颖的绿色合成路线。获得该奖项的是默克公司，值得一提的是，默克在2005年也摘得该奖项，课题是设计出一条更环保、更高效的合成路线，用来生产化疗辅助治疗药物EmendR的活性组分Aprepitant。2006年默克的获奖课题是开发出一条更加高效的催化合成路线，用来制造2005年12月刚刚获批的Ⅱ型糖尿病治疗新药JanuviaTM的活性组分Sitagliptin。Sitagliptin是一种手性β-氨基酸衍生物，为进行临床实验，默克已采用第一代合成技术制造出200多磅Sitagliptin。第二代合成技术只有3步，比第一代减少80%的废物排放量，即每生产1磅Sitagliptin可以减少220磅的废物排放量，收率可以提高近50%。默克估算，在JanuviaTM的寿命期（life-cycle）内，采用新技术至少可以减少3.3亿lb的废物排放量，其中包括近1.1亿lb的液体废料。由于原材料消耗量、合成时间、能量和废料产生量都大幅减少，第二代合成技术在成本上更具优势。2006年美国总统绿色化学挑战奖一、更绿色合成路线奖获得该奖162006年美国总统绿色化学挑战奖二、更绿色反应条件奖

2006年获得改进反应条件奖的是Codexis公司，该公司开发出一种酶法阿托伐他汀(Atorvas-tatincalcium)合成技术，新技术溶剂用量减少，废料产生量下降，而且不需要精制设备，比起先前的技术，更加快速、安全、高效。阿托伐他汀是立普妥(Lipitor)的有效成分。可以阻碍人体中胆固醇的合成，是世界上第一个年销售额超过100亿美元的药品。2006年美国总统绿色化学挑战奖二、更绿色反应条件奖172006年美国总统绿色化学挑战奖三、设计更绿色化学品奖S.C.Johnson&Son（SCJ）公司获得了设计绿色化学品奖,他们研发出了GreenlistTM系统,该系统用来评估其产品中各成分对环境和人类健康的影响,并指导消费品配方的改进。

SCJ公司一直致力于环境优先产品的开发,最新成果就是GreenlistTM系统的开发,利用这一系统可以评估其产品中成分对环境和人类健康的影响。通过GreenlistTM过程,遍及全球的SCJ的化学家和产品配方设计师们很快就能判断出其产品成分的环境等级。2006年美国总统绿色化学挑战奖三、设计更绿色化学品奖182006年美国总统绿色化学挑战奖化学组分的评估项目包括蒸气压、辛醇-水系数、可生物降解性、对水生物和人体的毒性、欧盟环境危害产品分类、来源等。GreenlistTM会把每个评估项目得到的分数进行平均，给每个被评化学组分打出一个环境分类(EC)分数。EC分数最高是3分，代表最为环境友好的组分；最低是0分，代表限制使用的组分。强生还会根据PBT(迁移性、生物体累积性、毒性)、是否破坏内分泌系统、是否致癌、对生殖系统是否有害等因素，调低EC分数。目前，GreenlistTM可以对强生公司90%多的原料进行评估，包括溶剂、表面活性剂、无机酸碱、螯合剂、促进剂、防腐剂、杀虫剂、香料、蜡、树脂、无纺布和包装材料等。公司的科学家还开发出一套针对染料、颜料和增稠剂的评估标准，并致力于扩大对每个产品的评估范围。2006年美国总统绿色化学挑战奖化学组分的评估项目包括蒸气压192006年美国总统绿色化学挑战奖在2000-2001财年，强生公司的EC平均分是1.12，目标是在2007-2008财年达到1.40。目前，强生已提前3年完成了这个目标，所用的14亿lb原料的EC平均分达到1.41。

最近几年，强生在GreenlistTM系统的帮助下，对大量产品的配方进行了调整，使其更加安全和环保。例如，在生产SaranWrap时改用聚乙烯(PE)替代聚偏二氯乙烯(PVDC)，每年可以少消耗PVDC400万lb。2006年美国总统绿色化学挑战奖在2000-2001财年，强202006年美国总统绿色化学挑战奖四、小企业奖

Arkon和NuPro技术公司获得小企业奖,他们联合开发了苯胺印刷工业中对环境安全的溶剂和循环利用方法。苯胺印刷术用途十分广泛，从食品包装到可循环使用的容器等等，几乎无处不在，但这种印刷技术有个很大的问题就是每年需要消耗大量溶剂。Arkon和Nupro公司开发出一种更安全的化学过程系统，消除了有害溶剂的影响，减少了暴露和排放风险，提高了工人操作的安全系数。2006年美国总统绿色化学挑战奖四、小企业奖212006年美国总统绿色化学挑战奖Arkon和Nupro公司已经开始在北美销售萜醚类和醚类或低毒环状烃类溶剂，甲酯类溶剂主要销往中国和日本市场。第一套过滤型冷回收系统TM已在威斯康星州Menesha投入使用，主要针对美国大型客户；离心型回收系统适合小型用户使用，目前开发工作已接近尾声。

由于能够降低潜在的环境风险，使苯胺印刷的操作过程更加安全可靠，运输和维修成本得以降低，后处理过程也得到简化，进而使苯胺印刷的经济性得到改善。2006年美国总统绿色化学挑战奖Arkon和Nupro公司已222006年美国总统绿色化学挑战奖五、学术奖Missouri-Columbia大学的GalenJ.Suppes教授获得了学术奖,以奖励他从天然丙三醇合成出生物基的丙二醇和多元醇的单体。

新工艺有两个创新点，一是采用铜-铬催化剂，二是引入反应蒸馏过程。比起先前的类似工艺，新工艺有很多优点：①反应温度和压力较低，先前工艺的温度和压力分别为260℃和>150bar，新工艺分别为220℃和<10bar；②转化效率更高；③副产物产量更小。总体来讲，采用Suppes教授开发的工艺生产的丙二醇，生产成本低于石油为原料生产丙二醇。2006年美国总统绿色化学挑战奖五、学术奖232006年美国总统绿色化学挑战奖另一条路线是用甘油生产丙酮醇，如1-羟基-2-丙酮或羟丙酮，作为多元醇生产的中间体和单体。以石油为基础原料生产丙酮醇，成本约为5美元/lb，使大范围推广受到限制。采用Suppes教授开发的技术，以甘油为原料生产丙酮醇，成本降低到50美分/lb左右，是一个很有发展潜力的应用方向。2006年美国总统绿色化学挑战奖另一条路线是用甘油生产丙酮醇242007年美国总统绿色化学挑战奖一、更绿色合成路线奖

美国俄勒冈州立大学(OregonStateUniversity)的KaichangLi教授、哥伦比亚Forest产品公司（ColumbiaForestProducts)和Hercules公司(HerculesIncorporated)联合开发了环境友好的木材加工粘合剂而获得更绿色合成路线奖。AssociateProfessorKaichangLi，graduatedfromSCUT2007年美国总统绿色化学挑战奖一、更绿色合成路线奖Asso252007年美国总统绿色化学挑战奖专家小组对此项研究的创新和价值评价是:用于生产木材夹合板及其他木材复合板的粘合剂通常含有有毒的甲醛。俄勒冈州立大学的KaichangLi教授、哥伦比亚Forest产品公司(ColumbiaForestProducts)和Hercules公司(HerculesIncorporated)联合开发了一种替代粘合剂。这种粘合剂主要成分是大豆蛋白。这种环境友好的粘结剂比现有传统粘合剂强度更高,成本更具优势。2006年,哥伦比亚Forest产品公司使用这种新型的、大豆蛋白基的粘合剂代替了超过2.1万t的传统甲醛基粘合剂。2007年美国总统绿色化学挑战奖专家小组对此项研究的创新和价262007年美国总统绿色化学挑战奖二、更绿色反应条件奖Headwaters技术公司（HeadwatersTechnologyInnovation，HTI）因开发一种用选择性纳米催化技术直接合成双氧水的合成路线而荣获更绿色反应条件奖专家小组对此项研究的创新和价值评价是:双氧水是一种环境友好的氧化剂,它可以替代氯及含氯漂白剂和氧化剂。但双氧水的生产成本比较昂贵,目前的制造方法要用到危险化学品。HTI公司开发了一种先进的金属催化剂,直接用氢和氧合成双氧水,不使用有毒化学品,产品的唯一副产物是水。HTI公司的这项新技术已完成中试,并和DegussaAG合作建立了双氧水生产装置。2007年美国总统绿色化学挑战奖二、更绿色反应条件奖专家小组272007年美国总统绿色化学挑战奖三、设计更绿色化学品奖嘉吉公司（CargillIncorporated）因开发了BiOHTM多羟基化合物而荣获设计更绿色化学品奖。专家小组对此项研究的创新和价值评价是:用于家具或床上用品的泡沫材料是由人工合成原料———聚亚胺酯制造而来。用于制备聚亚胺酯泡沫材料的单体材料之一就是“多羟基化合物”。多羟基化合物通常从石油产品获得,而Cargill公司的BiOHTM多羟基化合物通过可再生的生物质资源植物油制备。用BiOHTM多羟基化合物制备的泡沫完全可与由传统多羟基化合物制备的泡沫媲美。结果,每使用454t的BiOHTM多羟基化合物,节约近318t原油。此外,Cargill公司开发的制备过程可以节约23%的能量消耗,并减少36%的二氧化碳排放。2007年美国总统绿色化学挑战奖三、设计更绿色化学品奖专家小282007年美国总统绿色化学挑战奖四、小企业奖

NovaSterilis公司因开发了使用超临界二氧化碳、环境友好的医用杀菌技术而获小企业奖。专家小组对此项研究的创新和价值评价是:为了保证万无一失,在移植手术中对于生物组织的消毒是很严格的。目前移植技术常采用乙撑氧或γ射线来消毒,但是这两种消毒技术不是有毒就是存在安全问题。NovaSterilis公司发明了一种新的消毒技术。这种消毒技术使用二氧化碳和双氧水的混合物为大量的精细生物原料如移植组织、疫苗以及生物基聚合物消毒。他们开发的Nova2200TM消毒器既没有用到危险的乙撑氧,也没有使用γ射线。2007年美国总统绿色化学挑战奖四、小企业奖专家小组对292007年美国总统绿色化学挑战奖五、学术奖美国德州大学奥斯汀分校(UniversityofTexasatAustin)的MichaelJ.Krische教授因发展了具有完善原子经济性和选择性的以氢为媒介的C-C键构建方法而荣获学术奖。专家小组对此项研究的创新和价值评价是:化学研究的基本特征之一是在碳原子之间创造C—C化学键。目前工业上经常采用的生产C—C键的方法在形成C—C键的同时产生大量的废物。Krische教授发展了一种全新的化学反应类型,这种反应通过金属催化剂作用并以氢为媒介在碳碳之间形成化学键。这种新的反应类型可以将简单的化学品转化为更复杂的化合物,如药物中间体、杀虫剂以及其他重要的化学品等,且只生成很少的废物。2007年美国总统绿色化学挑战奖五、学术奖专家小组对此项302008年美国总统绿色化学挑战奖第13届“美国总统绿色化学挑战奖”颁奖典礼于2008年6月24日晚在美国华盛顿举行，美国环保署为在该领域取得卓越成绩的研究者和工业创新者颁发了这一奖项。过去13年中，获奖者的工作已经使得有毒化学物质和溶剂排放减少11亿磅，污水排放降低210亿加仑，二氧化碳排放减少约4亿磅。2008美国总统绿色化学挑战奖旨在嘉奖在节能减排方面做出显著成绩的替代技术和产品。美国化学学会召集了各个领域的技术专家对近100个提名工艺/技术进行了评审，并最终挑选出4家公司和2位个人获奖。2008年美国总统绿色化学挑战奖第13届“美国总统绿色化学挑312008年美国总统绿色化学挑战奖一、更绿色合成路线奖获奖者：Battelle研究所获奖原因：开发成功生物基调色剂并实现商业化生产专家小组对此项研究的创新和价值评价是:在美国,激光打印机和复印机每年要消耗超过18.2万t(4亿磅，1磅=0.454kg)的墨粉。传统的墨粉以石油为原材料制成,墨粉与纸张融合得非常牢固,纸张使用后墨粉很难去除,因此纸张难以再利用。Battelle公司及其合伙人—AIR公司(TheAdvancedImageResources)和俄亥俄州大豆委员会(TheOhioSoybeanCouncil),合成了一种以大豆为原料的墨粉,其性能与传统墨粉相比没有任何差别,最重要的是墨粉容易从纸张上脱除。这种新的墨粉合成技术,能节省大量的能源并且实现纸纤维的回收再利用。2008年美国总统绿色化学挑战奖一、更绿色合成路线奖获奖原因322008年美国总统绿色化学挑战奖对于这个问题,俄亥俄州大豆委员会早期进行过研究,随后Battelle公司和AIR公司组织开发了能够满足办公室打印机和复印机使用要求的生物树脂和墨粉,并且进行了市场化。这项新技术以大豆油、蛋白质,以及从谷物中提取出的糖分为主要化学原料,制得生物质聚酯、聚酰胺、聚亚胺酯,通过比较经济的化学改性和加工后,最后得到了墨粉。这些易降解的化学组分在标准的脱墨过程中能够容易地从纸张上去除。AIR公司在此基础上,加入了恰当的催化剂并确定了最优生产条件,使新树脂的生产规模化。核心技术：这种新技术不仅没有降低打印质量,还有利于废纸的回收。因为提高了脱墨能力,可以大幅提高回收纸纤维的质量,提高回收流程中流水线作业的质量。从生物质原料树脂生产到墨粉生产,以及最后的办公室纸纤维废物回收的整个价值链里,生命周期分析(Life-cycleAnalysis)表明,这种新技术可以节省大量的能源和减少二氧化碳的排放。若在2010年该技术能占有25%的市场份额,每年将节省9176×1012千焦〔9125万亿英热单位(Britishthermalunits，1Btu=1106kJ)的热能消耗,并且至少减少36万tCO2排放。2008年美国总统绿色化学挑战奖对于这个问题,俄亥俄州大豆委332008年美国总统绿色化学挑战奖重要应用：对于打印和复印废纸的回收再利用问题,大豆生物质墨粉技术的研发成功,为我们提供了一个具有经济效益的、系统的、绿色的解决方案。2006年,AIR公司成功地扩大了用于HPLaserJet4250型激光打印机的树脂和墨粉的生产规模。从早期的实验室开发到全面的生产及商业化运作,Battelle公司和AIR公司都一直共同协作,他们的合作降低了竞争成本,生产出了高水平的、与目前硬件设施相兼容的市场化的墨粉产品。这种新的墨粉将被命名为BioRezR和RezilutionR,它将提供给用户一种完美的、环境友好的打印和复印方式。2008年美国总统绿色化学挑战奖重要应用：对于打印和复印废纸342008年美国总统绿色化学挑战奖二、更绿色反应条件奖获奖者：纳尔科公司（Nalcocompany）获奖原因：开发出3DTRASARR冷却水处理技术专家小组对此项研究的创新和价值评价是:循环冷却水与人们的生活息息相关,如商务大厦里和工业生产中的冷却循环制冷等。冷却循环系统要求加入化学药剂来控制微生物生长、矿物质沉淀和腐蚀。纳尔科(Nalco)公司开发了3DTRSASRR技术来持续监控循环冷却水的状况,必要时加入化学药剂,不是像以前那样按照死板的时间表去做。这种技术节省了水和能源,减少了水处理药剂用量,并且降低了外排水对环境的危害。2008年美国总统绿色化学挑战奖二、更绿色反应条件奖专家小组352008年美国总统绿色化学挑战奖核心技术：3D结垢控制系统（3DScaleControl）是3DTRASARR系统的一部分,其目的是防止在设备表面形成矿物质水垢,以免影响热传递效率。系统通过使用荧光标记、水垢分散剂的聚合以及水垢形成的快速反馈监测方法,来控制阻垢剂使用量。3DTRASARR系统中的微生物控制部分(3DBio-control)是唯一的在线实时监测技术,用来监测浮游生物和固定化细菌。它使用荧光分子物———忍天青（resazurin）测试剂做标记,其原理是和好氧微生物反应来改变荧光信号。有微生物活动时加入氧化杀菌剂来抑制微生物活动。3D生物控制系统可以有效降低杀菌剂的使用量,并防止生物膜在表面形成而影响热转递效率。重要应用：腐蚀监测系统和新的腐蚀抑制剂——磷基琥珀酸低聚物的应用,有效地提高了防腐蚀效率,2006年,2500个3DTRASARR系统的安装,节省了将近7950万m3(210亿加仑，(1gal=3.785L))的水,并极大地降低了水处理药剂向污水厂或天然水源的排放。2008年美国总统绿色化学挑战奖核心技术：3D结垢控制系统（362008年美国总统绿色化学挑战奖三、设计更绿色化学品设计奖获奖者：陶氏农业科技公司（DowAgroSciences）获奖原因：研发成功第二代多杀菌素Spinetoram扩展了杀虫剂的应用范围1999年陶氏农业科技的多杀菌素（Spinosad）杀虫剂（第一代）曾赢得了当年美国总统绿色化学挑战奖的更安全化学品设计奖。多杀菌素对蔬菜作物杀菌效果显著，但对水果和坚果等作物的虫害控制并不显著。陶氏农业科技开发的第二代多杀菌素spinetoram解决了这一难题。2008年美国总统绿色化学挑战奖三、设计更绿色化学品设计奖1372008年美国总统绿色化学挑战奖专家小组对此项研究的创新和价值评价是:陶氏益农(DowAgroSciences)公司早期生产的Spinosad生物杀虫剂能够防治多数蔬菜害虫,但是对于防治某些果树害虫效果并不显著。为解决这一问题,陶氏益农公司使用一种先进的“人工智能网络”方法来识别果树害虫。他们开发了一种绿色化学合成法来生产新的杀虫剂,即Spinetoram杀虫剂。Spinetoram杀虫剂可以替代有机磷酸酯杀虫剂,增强天然产物的防害能力,可用于水果树、坚果树、小浆果和蔬菜中。Spinetoram杀虫剂的开发完全坚持了陶氏公司一贯的环境效益的理念。2008年美国总统绿色化学挑战奖专家小组对此项研究的创新和价382008年美国总统绿色化学挑战奖核心技术：Spinetoram杀虫剂的开发得益于“人工智能网络技术”在杀虫剂设计上的应用。陶氏益农公司的研究人员利用“人工智能网络技术”定量确定了多杀菌素(spinosyns)的构效关系,并且预测出这种相似物将更具活性。最后开发出的spineroram杀虫剂,是一种三氧乙基25,62二氢多杀菌素左旋和三氧乙基多杀菌素右旋的混合物。陶氏益农公司通过源自自然界的发酵物质来生产spineroram杀虫剂,在此过程中采用对环境影响很小的合成方式来控制多杀菌素的左旋和右旋,合成中使用的催化剂和大多数溶剂都可以循环使用。科学杂志和国际科学会议上,已经有学者关于Spineroram杀虫剂的生物性和化学性的研究结果发表。重要应用：目前有机磷酸酯杀虫剂、保棉磷杀虫剂(Azinphos2methyl)和亚胺硫磷杀虫剂(Phosmet)广泛用在仁果类水果(如苹果,梨)、核果(如樱桃,桃子)和坚果(如胡桃,美洲山核桃)树上。对哺乳动物的口服毒性试验发现,Spineroram杀虫剂比保棉磷杀虫剂的毒性低1000倍,比亚胺硫磷杀虫剂低44倍。Spineroram杀虫剂的低毒性,减少了通过制造、运输到销售这个供应链泄漏到自然界的危险。Spineroram杀虫剂优于现有的杀虫剂,具有明显的环境效益和社会效益。2008年美国总统绿色化学挑战奖核心技术：Spinetora392008年美国总统绿色化学挑战奖Spineroram杀虫剂的用量和毒性都很低,所以它对环境的影响远低于现有的杀虫剂。首先,Spineroram杀虫剂价格比许多与之竞争的杀虫剂低;在用量上,Spineroram杀虫剂比保棉磷杀虫剂和亚胺硫磷杀虫剂的耗用率低10～34倍;与其他传统的杀虫剂相比,Spineroram杀虫剂对环境的影响也非常小。仅在美国,陶氏益农公司认为,Spineroram杀虫剂在使用的头5年就可以减少817t(180万磅)的有机磷酸酯杀虫剂。2007年美国环保署(EPA)批准了Spineroram杀虫剂产品RadiantR和DelegateR的注册,陶氏益农公司已经开始了商业销售。继中国汶川地震24小时内紧急捐款200万元人民币后,面对不断升级的灾情和救援需求,世界领先的化学企业陶氏化学公司于2008年5月26日追加捐赠,以支持灾后重建工作,同时陶氏全球员工开始自发捐款活动,援助灾区人民。迄今为止,陶氏对灾区的现金及物资捐助已累计近1000万元。2008年美国总统绿色化学挑战奖Spineroram杀虫剂的402008年美国总统绿色化学挑战奖中国汶川大地震发生后,陶氏化学公司和员工第一时间对灾区伸出援手。陶氏化学董事长兼CEO利伟诚和公司其他高层在地震发生当晚,立即与陶氏中国管理层商讨启动援助计划,并于5月13日上午宣布通过中国红十字会向灾区提供200万元的紧急援助。同时,陶氏化学员工立即自发开始为灾区人民捐款,大中华区管理层也决定执行“对等捐助计划”,即员工每捐助1元人民币,公司就追加捐助1元人民币。陶氏大中华区2500名员工中超过85%的员工慷慨解囊,一周内通过这个捐助计划已筹得245万元善款。陶氏通过多种形式追加对灾区的援助:①陶氏化学基金会将捐赠300万元,与中国青少年发展基金会合作在四川援建5所学校,并进一步加强陶氏先前援建的希望工程学校的抗震性能;②陶氏化学水处理事业部旗下的欧美环境工程有限公司将捐赠价值200万元的两套水处理设备,它们能够每天净化40吨水,可以满足6000人的饮水需求。同时,公司组织了一支10人的志愿者队伍前往灾区提供技术支持,确保设备正常运行;③陶氏建筑应用事业部也将捐赠一批舒泰龙TM隔热保温板,它具有很好的抗压保温防潮性,可以在临时安置点作为床垫使用。该产品曾在日本用于地震灾民安置,取得良好的效果;④在中国以外的陶氏员工同样心系灾区,企业员工对等捐助计划已在陶氏全球展开。本次全球捐助募集的善款将通过中国红十字会转往灾区。2008年美国总统绿色化学挑战奖中国汶川大地震发生后,陶氏化412008年美国总统绿色化学挑战奖四、小企业奖获奖者：SiGNa化学公司（SiGNaChemistry,Inc.）获奖原因：开发成功新型稳定的碱金属合成工艺碱金属如钠和锂具有很强的给电子能力，因而易发生反应，是合成化学领域有效的使用工具。但碱金属的高活性同时使其在储存和处理过程中存在易燃易爆等危险，还增加了供应链中断的风险和操作处理费用，因而不被化工界看好。2008年美国总统绿色化学挑战奖四、小企业奖碱金属如钠422008年美国总统绿色化学挑战奖专家小组对此项研究的创新和价值评价是:钠和锂这类碱金属反应活性强,在化学反应中作用很大,同时,其强活性又使其具有易燃、易爆的特性。针对碱金属的这种不稳定性,SiGNa化学公司开发了一种包埋技术来稳定这类碱金属,即用多孔的、沙状的粉末来包裹它们,同时又保留其反应活性。该技术使碱金属的储存、运输和处理更加安全。该技术在燃料脱硫、氢储存和有害废物的治理方面,也有应用价值。核心技术：SiGNa化学公司采用纳米级吸附技术解决了这些问题,即将活性碱金属吸附在多孔金属氧化物中(多孔金属氧化物材料本身是沙子状的粉末)。SiGNa化学公司消除了直接使用活性碱金属的危险,降低了相关费用,并保留了碱金属的活性。由于反应可控且没有危险的前驱物,SiGNa化学公司的多孔金属氧化物材料可满足多种工业需求。通过化工反应的优化和连续加工的完成,这种包埋后的碱金属能够实现安全储存、供应和减少废物处理。2008年美国总统绿色化学挑战奖专家小组对此项研究的创新和价432008年美国总统绿色化学挑战奖重要应用：对于制药、石油和其他合成工业来说,SiGNa化学公司的技术创新减少了多余的化学反应步骤,这些步骤都是由于要避免使用碱金属而额外增加的,因此反应时间可节约80%～90%。尤其对于制药工业来说,这种新材料的出现将大大加快药物开发和生产的步伐,同时也保证了工人的安全。SiGNa化学公司的创新促进了化学领域的发展。在清洁能源应用方面,该技术创造了纯氢气生产的记录,其释氢水平已经超过美国能源部门2015年的目标,SiGNa化学公司的技术,为我们实现水生产氢气铺平了工业化的道路,也使碱金属可以安全地应用到石油污染治理及多氯联苯(polychlorinatedbiphenyls,PCBs)、氟氯(chlorofluorocarbons,CFCs)的结构破坏中去。由于SiGNa化学公司的该项技术在提高生产效率、保证员工健康、维护环境安全方面的突出表现,目前全球已有50多家制药、化学和能源公司对其表示关注。2008年美国总统绿色化学挑战奖重要应用：对于制药、石油和其442008年美国总统绿色化学挑战奖五、学术奖获奖者：密歇根州立大学RobertE.Maleczka,Jr.

及MiltonR.Smith,III教授获奖原因：研制硼酸酯绿色生产工艺生产高附加值的分子如医药或杀虫剂及类似配位化合物，方法之一是采用偶合反应，典型的是Suzuki偶合反应，需要含碳-硼（C-B）键的化合物前驱体，而这些前驱体的制备不仅条件苛刻，而且还产生大量的危险废弃物。2008年美国总统绿色化学挑战奖五、学术奖生产高附加值的452008年美国总统绿色化学挑战奖专家小组对此项研究的创新和价值评价是:复杂分子的合成一般多采用经典的Suzuki偶联反应,如农药和杀虫剂等的合成。但是这个通用的偶联合成反应需要先合成带碳—硼键的“前驱体”,制备条件苛刻,而且产生大量有害废物。Maleczka和Smith教授开发的催化方法,反应条件温和且产生废物量最小,提高了化学反应的速度和环境友好性。核心技术：含有碳2硼键化合物的制备一般都是从格氏试剂或氧化锂的卤化物的制备开始,然后反应生成硼酸三烷酯及水解产物。Miyarua用钯催化剂改进了该反应,但新反应还是需要卤化“前驱体”。几年前,RobertE.Maleczka,Jr.教授与MiltonR.Smith,Ⅲ.教授开始了“无卤”合成芳基硼酸及其酯类的研究,这也正是Suzuki绿色偶联反应的关键所在。他们的研究是建立在Smith教授的催化芳烃的碳2氢键活化/硼化反应基础上的,用铱催化剂就能实现这个反应,反应效率和产率都很好,其他官能团(如烷基、硝基、羧基、烷氧基、氨基等)不会干扰反应的进行。电子的空间排斥作用对反应的选择性起决定性作用,比如1,32取代芳烃只能生成52硼烷基产物,甚至当12和32取代基都是邻/对位定位基时结果也是如此。反应过程清洁,不需要溶剂,只有氢一种副产物。2008年美国总统绿色化学挑战奖专家小组对此项研究的创新和价462008年美国总统绿色化学挑战奖重要应用：碳-氢键活化/硼化反应的实现,使碳氢化合物直接生成烷基硼酸酯成为可能,而且反应中没有卤代芳基中间体,不受芳香取代规则的限制,一般官能团对反应没有干扰。其温和的反应条件,使随后的硼化反应也比较容易进行。2008年美国总统绿色化学挑战奖重要应用：碳-氢键活化/硼化472009年美国总统绿色化学挑战奖第14届“美国总统绿色化学挑战奖”于6月22日在美国华盛顿揭晓，美国环保署为在该领域取得卓越成绩的研究者和工业创新者颁发了这一奖项。一、变更合成路线奖伊士曼化学公司获得了更为绿色的合成路线奖。公司开发了一种无需溶剂的生物催化工艺来生产化妆品和个人护理产品所需的酯类组分，生产过程中不再需要使用强酸和可能存在危害的溶剂。2009年美国总统绿色化学挑战奖第14届“美国总统绿色化学挑482009年美国总统绿色化学挑战奖创新与价值：酯类是化妆品和个人护理产品中的一种重要组分。它的制备通常需要强酸和有害溶剂,能耗高,反应条件苛刻。伊斯曼化学公司的新方法是用固定化酶来生产酯,既节省了能源,又避免了强酸和有机溶剂的使用。伊斯曼化学公司的这种用天然原材料生产酯的温和方法,是前所未有的。核心技术：伊斯曼化学公司利用适宜温度下酶催化时的酯化作用,人工合成了多种酯。这种酯化作用不会产生以往酯化反应生成的低级醇副产物,也没有以往催化剂酸中的水等副产品,从而获得了较高的酯转化率。该工艺温和的合成条件,不会生成可能改变颜色和气味的不受欢迎的副产品。而固定化酶,如脂肪酶,可以通过过滤等方法轻易去除。用酶作催化剂,反应温度较低,大大降低了副产品的生成,提高了产量,节约了能源。2009年美国总统绿色化学挑战奖创新与价值：酯类是化妆品和个492009年美国总统绿色化学挑战奖重要应用：伊斯曼化学公司的生物催化工艺,每生产1kg产品可以节省10L以上的有机溶剂。生产出的酯的纯度完全可以避免后续反应。早期生命影响评价证明,伊斯曼化学公司的工艺极大地改善了传统工艺,尤其是在能源使用方面。可以说,与传统化学合成工艺相比,该工艺提高了产品质量、产量,降低了生产成本,减少了环境污染。乔治•伊士曼(GeorgeEastman)具有非凡的克服财政困难的能力，卓越的组织和管理天份，他活跃而富有创造力的思维使其在25岁左右便成为一名成功的企业家，并带领他的伊斯曼柯达(EastmanKodak)公司走在美国业界的最前沿。有人评价：他是一个谦逊的人——是发明家、商人、具有远见卓识的梦想家、慈善家，也是全能的战士。GeorgeEastman2009年美国总统绿色化学挑战奖重要应用：伊斯曼化学公司的生502009年美国总统绿色化学挑战奖二、变更溶剂/反应条件奖：本届更为绿色的反应条件奖授予了CEM公司（CEMCorporation）。公司发明了一种用于食品分析过程中快速的蛋白质自动检测方法，这种方法减少了有毒试剂和能源的使用。2009年美国总统绿色化学挑战奖二、变更溶剂/反应条件奖：512009年美国总统绿色化学挑战奖创新与价值：实验室每年都需要对上百万份的食物样品进行蛋白质化验。这种化验通常使用大量的有害物质,并消耗大量能量。培安公司开发了一种仅使用少量有毒试剂和能量,就能自动快速测定蛋白质的工艺。仅在美国,这种全新的系统每年就可以比使用传统的化验方法减少2497t的有害物质排放,该系统还可区分出蛋白质和掺杂在食物中的其他化学品,如三聚氰胺。核心技术：Sprint快速蛋白质分析仪利用自动化技术直接测定蛋白质,能快速准确提供结果。培安公司特有的iTAG标注化学原理,实际上就是测定蛋白质中的3种碱性氨基酸:组氨酸、精氨酸和赖氨酸,进而确定蛋白质的量。iTAG标注剂含有酸性基团,因此能够连接碱性氨基酸;iTAG标注剂分子结构中含有芳香基,芳香基具有吸光性,呈现橙色;iTAG标注剂与蛋白质反应后可用过滤器除去,剩余的iTAG标注剂可用比色法测量。2009年美国总统绿色化学挑战奖创新与价值：实验室每年都需要522009年美国总统绿色化学挑战奖重要应用：该仪器应用了绿色化学方法:它使用的iTAG标注剂是无毒的,不易起化学反应,并且是水溶性的。它避免了使用凯氏法时易生成的有害物。该仪器已于2008年1月商业化生产。主要特点

1．直接测量“真蛋白质”，而非总氮含量；

2．加入三聚氰胺时不会产生错误的蛋白质测量结果；

3．测量时间只需两分钟；

4．可用于所有类型样品检测（液体、固体、粉末状、奶油、肉类、坚果类、谷物、种子等）；5．简单的全自动操作，无需有经验的化学家；

6．精确性和准确度高于常规凯氏定氮方法;

7．无需危险的化学试剂；

8．相比目前的检测系统，更低的操作成本；

9．AOAC（美国官方分析化学师协会），AACC（美国谷物化学师协会）认可的检测方法.2009年美国总统绿色化学挑战奖重要应用：该仪器应用了绿色化532009年美国总统绿色化学挑战奖三、设计更安全化学品奖：宝洁公司和CCP公司(CookCompositesandPolymers)共同分享了设计更绿色化学品奖。两家公司研发了命名ChempolMPS的涂料配方，这种配方使用以糖和植物油为原料生产的SefoseR油替代了石油基溶剂。2009年美国总统绿色化学挑战奖三、设计更安全化学品奖：542009年美国总统绿色化学挑战奖创新与价值：传统的石油源醇酸树脂油漆持久耐用,光泽度好,但使用了有害溶剂。宝洁公司和Cook复合材料与聚合物公司日前开发出一种“ChempolMPS”新配方,用生物源的SefoseR油替代石油源溶剂,可以将醇酸树脂涂料溶剂量减少到原来的一半。这种方法生产出的油漆不仅安全,而且在干燥过程中只有少量的挥发性气味。核心技术：SefoseR是用可再生的脂肪酸酯化得到的,可以应用到醇酸树脂合成中。功能型油漆膜应用时,SefoseR能够和其他化合物主动氧化交联,而且渗入涂料薄膜内部,成为其组成的一部分。ChempolRMPS醇酸树脂的添加同样能使油漆具有易干燥,光泽度高,粘性强,再生性好的优点。2009年美国总统绿色化学挑战奖创新与价值：传统的石油源醇酸552009年美国总统绿色化学挑战奖重要应用：将传统醇酸树脂替换成ChempolRMPS,可以:(1)每年减少相当于700万辆汽车所排放的VOC;(2)每年减少21.5万t的地球表层(对流层)臭氧(温室气体)排放量;(3)每年用它所替换的溶剂和醇酸树脂聚合物可节省90万桶原油。ChempolRMPS和传统的醇酸树脂相比,在相同干燥涂层的基础上具有成本上的竞争力2009年美国总统绿色化学挑战奖重要应用：将传统醇酸树脂替换562009年美国总统绿色化学挑战奖四、小企业奖：本届小企业奖授予了绿色能源系统公司（VirentEnergySystems）。该公司开发了一种命名为BioForming的工艺，这是一种水基催化法，可以将糖、淀粉或植物纤维素转化为汽油、柴油或航空燃料。2009年美国总统绿色化学挑战奖四、小企业奖：572009年美国总统绿色化学挑战奖WhatistheBioFormingProcess?BioFormingProcess:CatalyticConversionofPlantSugarsintoLiquidHydrocarbonFuels.Virent’sBioFormingprocessisawater-based,catalyticmethodtomakegasoline,diesel,orjetfuelfromthesugar,starch,orcelluloseofplantsthatrequireslittleexternalenergyotherthantheplantbiomass.BioformingProcess:简而言之，就是将植物糖类催化转化为液态烃燃料的生产工艺。Virent’sBioFormingprocess是一种基于水催化的生产工艺，可以将植物的糖，淀粉，或纤维素将其转化为汽油，柴油或航天燃料，只需利用植物的生物能，几乎不需要额外的外界能量。2009年美国总统绿色化学挑战奖WhatistheBi582009年美国总统绿色化学挑战奖Theprocessisflexibleandcanbemodifiedtogeneratedifferentfuelsbasedoncurrentmarketconditions.Itcancompeteeconomicallywithcurrentpricesforconventionallyproducedpetroleum-basedfuels.Usingplantsasarenewableresourcehelpsreducedependenceonfossil.该工艺富有灵活性，可根据当今的市场状况进行改进，进而生产出不同燃料产品。它可以与传统生产的石油燃料在价格进行竞争，利用植物这种可再生资料能够帮助我们减少对化石燃料的依赖。2009年美国总统绿色化学挑战奖Theprocessis592009年美国总统绿色化学挑战奖Virent能源系统公司,一个位于威斯康星州麦迪逊市的生物燃料公司,由于其在低能量水基催化法制备燃料方面做出的贡献，获得了总统绿色化学挑战奖。使用其专有的BioForming生产工艺，除了发酵过程产生的能量外，利用外界的能量几乎为零。现在，Virent能源系统公司利用其生产工艺可以得到与石油精炼中得到的相同范围的碳氢化合物分子。VirentEnergySystems,abiofuelcompanybasedinMadison,Wisconsin,hasreceivedaPresidentialGreenChemistryawardforitslow-energywater-basedprocessforproducingfuels.UsingitsproprietaryBioFormingprocessthatusesnearlyzerooutsideenergyotherthanwhat'sgeneratedbythefermentationprocess,Virent'scangeneratethesamerangeofhydrocarbonmoleculesnowrefinedfrompetroleum.2009年美国总统绿色化学挑战奖Virent能源系统公司,一602009年美国总统绿色化学挑战奖Thatmeansthesameprocesscancreategasoline,dieselorjetfuelfromnearlyanycellulosicbiomass,includingthosenottypicallyusedforfood.Further,theBioFormingprocesscanbequicklymodifiedtoproducefuelwithoutalteringthefeedstock.DuetothelowpowerrequirementsfortheproductionofVirent'sbiofuels,thefirmboastsa20to30percentcostadvantageovertoday'sethanol.Soon,thecompanyplanstocompetedirectlywithpetroleum-basedfuelsontheopenmarketwitha10,000-gallon-per-yearpilotplant.IfVirent'sanalysisiscorrect,thecompany'sfuelwillbecompetitiveaslongasfossilfuelshoveraround$60perbarrel.2009年美国总统绿色化学挑战奖Thatmeansthe612009年美国总统绿色化学挑战奖五、学术奖：美国卡耐基-梅隆大学(CarnegieMellonUniversity)的KrzysztofMatyjaszewski教授因其在原子转移自由基聚合（atomtransferradicalpolymerization,ATRP）领域的研究成果荣获了学术奖。该教授研发成功一种使用铜催化剂和环境友好型还原剂如维生素C的聚合工艺。这种ATRP新方法生产出的材料能在很大程度上降低产品成本，并大大减少了对环境的影响。2009年美国总统绿色化学挑战奖五、学术奖：622009年美国总统绿色化学挑战奖创新与价值：生产聚合物(例如:润滑剂,粘合剂和涂料涂层)的工艺经常需要使用有毒有害的化学物质。Matyjaszewski教授开发出一种新的“原子转移自由基聚合(ATRP)”替代工艺。该工艺使用无害的化学物质,例如抗坏血酸(维生素C),作为环保还原剂,同时减少催化剂的用量。目前,原子转移自由基聚合(ATRP)技术在减少有毒有害化学物质的危害性方面,已经得到了世界各地生产商的认可。重要应用：原子转移自由基聚合(ATRP)在工业上已经成为生产聚合物的重要方法。全世界都认可高性能、低危害、安全的原料生产,这些原料包括密封剂,涂层涂料,粘合剂,润滑剂,添加剂,颜料分散剂,以及在电子、生物医学、医疗卫生、美容等应用领域所用的材料。2009年美国总统绿色化学挑战奖创新与价值：生产聚合物(例如63硫酸水溶液O2硫酸水溶液中和、分离N-甲基羟胺产品废水排放（硫酸铵水溶液）例1——N-甲基羟胺的电化学合成A.传统N-甲基羟胺的电化学合成阴极室电解液组成：硝基甲烷+硫酸+水污染十分严重！+eCH3NO2CH3NHOH氨水硫O2硫中和、分离N-甲基羟胺产品废水排放例1——N-甲基羟64硫酸水溶液O2离子液体+水

分离

产品（N-甲基羟胺）母液（离子液体+水）B.离子液体中N-甲基羟胺的电合成阴极室电解液组成：硝基甲烷+离子液体+水配料槽母液回用硝基甲烷水可达到零排放的目的！马淳安等.物理化学学报,2007,23(11):1719-1722马淳安等.化工学报,2008,59(3):653-658硫O2离分离产品母液B.离子液体中N-甲65A.传统偶氮苯电化学合成电解液=水+H2SO4+硝基苯+乳液水H2SO4硝基苯乳液偶氮苯H2SO4水乳液加NH3分离偶氮苯(NH4)2SO4废水排放浪费资源污染环境电解液=溶剂+支持电解质+有机反应物例2——偶氮苯的电化学合成A.传统偶氮苯电化学合成电解液=水+H2SO4+硝基苯+乳66电解液=离子液体+水+硝基苯离子液体水偶氮苯回收利用偶氮苯水离子液体分离离子液体水硝基苯B.在离子液体中电合成偶氮苯无环境污染产品电解液=离子液体+水+硝基苯离子液体水偶氮苯回收利用偶氮苯分67例3——离子液体中的电氟化技术阳极氟化H2分离氟化产物离子液体再生+HFEt4NF·nHF(n=4,5)*H.Ohno.ElectrochemicalAspectsofIonicLiquids,JOHNWILEY&SONS,INC.,2005解决了传统有机物体系(如乙腈中)发生阳极的钝化问题离子液体可重复使用，实现电氟反应的零排放反应物+HF传统电解液：反应物＋乙腈＋HF例3——离子液体中的电氟化技术阳极氟化H2分离氟化产物离子液68未来、绿色、高比能量电池ArmandM,TarasconJM.

Nature,2008,451(7179):652-657肌醇未来、绿色、ArmandM,TarasconJM.69烯烃基于石油原料的化学化工体系催化裂化烯烃基于石油原料的化学化工体系催化裂化70“创新替代”建立可持续的能源资源体系我国能源资源状况替代什么？可再生能源替代化石能源煤替代石油“煤代油”如何替代？煤制油煤制天然气煤制化学品，减少油品消耗“创新替代”建立可持续的能源资源体系我国能源资源状况替代什么71中国能源需求预测

Solar,geothermal

太阳能,地热Wind风力发电Nuclear核电Hydro水力发电NaturalGas天然气Oil石油Coal煤

Demand需求缺口百万吨标准煤Source:LawrenceBerkeleyNationalLab,2050ChinaEnergyStudy煤2030年煤炭供应达到峰值Imports进口中国能源需求预测Solar,geotherma72我国国民经济和电力需求将保持持续快速增长。预计到2020年，发电装机将达到16亿千瓦，全社会用电量达到7.36万亿千瓦时。我国国民经济和电力需求将保持持续快速增长。预计到2020年，73绿色化学与化工第一章课件74国家战略到2020年，我国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40％－45％。总能耗不能超过45亿吨标准煤。而能源结构中非化石能源为15%，即6.75亿吨标准煤。国家战略总能耗不能超过45亿吨标准煤。而能源结构中非化石能源75各种技术途径二氧化碳减排贡献

各种技术途径二氧化碳减排贡献76合成油石油替代的可能途径石油烯烃汽油柴油煤裂解酒精、醇醚二甲醚DMMMTO&MTP甲醇合成气天然气生物质甲醇制汽油MTG催化剂合成油石油替代的可能途径石油烯烃汽油柴油煤裂解酒精、醇醚二77乙醇(CH3CH2OH)合成气Rh-Mn/SiO2COHHCOHHHHOCHHHHC催化的基本科学问题；选择断键C－C偶合选择加氢合成气制C2含氧化合物的科学基础-C--O-C--O-C--O-C--O-C--O--O--O--O--O--O--O--OH--HH--H乙醇(CH3CH2OH)合成气Rh-Mn/SiO2COHHC78合成气转化涉及的关键科学问题合成气CO/H2产品甲醇乙醇烃（油品）低碳烯烃烃（油品）高碳醇甲烷催化剂CuRhFeFe/kCoCoNi催化剂的作用以及对催化的调控合成气转化涉及的关键科学问题合成气CO/H2产品甲醇催化剂C79未来前景：CO2捕获和封存采用先进技术提高效率减少CO2排放CO2捕获和封存

二氧化碳可以从烟气中分离，或者从燃烧过程前的燃料中分离。二氧化碳经过捕获、净化，压缩成液态永久封存在多孔岩石中。未来前景：CO2捕获和封存采用先进技术提高效率二氧化碳可以从80齿轮箱：长寿命、低噪声轴承：不同部位轴承采用不同的材料及热处理，长寿命、无故障运转可靠性储能电池：长寿命、免维护、高容量叶片：强度高、质量轻、抗疲劳、柔性方向发展MW级风轮叶片关键材料:高性能真空灌注环氧树脂高性能环氧结构胶粘剂、高强高模E玻璃纤维及其多轴向织物高性能泡沫夹芯材料以及高性能多用途叶片保护涂料风力发电齿轮箱：长寿命、低噪声轴承：不同部位轴承采用不同的材料及热处81绿色化学与化工第一章课件82染料敏化太阳电池染料敏化太阳电池83生物质能源生物质气化生物质合成气，甲醇，热电联产生物质乙醇生物质油转化利用通过绿色植物的光合作用将太阳辐射的能量以一种生物质形式固定下来，是人类最重要的间接利用太阳能方式。生物质能源生物质气化转化利用通过绿色植物的光合作用将太阳辐射84M.E.Himmeletal.Science2007,315,804.M.E.Himmeletal.85R.Ranjanetal.Micropor.Mesopor.Mater.2009,122,143.R.Ranjanetal.86绿色化学与化工第一章课件87依赖于电化学反应的化学能/电能可逆转化技术，规模储能材料与技术，特别是长寿命、高功率、大容量、低成本的二次电池急需开发，以满足智能电网建设，同时还可促进电动汽车、信息交通等领域的快速发展

50.0Hz49.850.2发电用电依赖于电化学反应的化学能/电能可逆转化技术，规模储能材料与技88满足电网调频实时需求，是智能电网核心技术之一解决风电/光电等可再生能源因不稳定、不连续性带来的并网难题减少用于发、输、变、配电设备投资，提高现有电力设备利用率和供电可靠性储能智能电网是由众多自动化的输电和配电系统构成的电力系统,实现分布式电源和电能储能装置的灵活接入,保证电网安全运行,达到节能减排。满足电网调频实时需求，是智能电网核心技术之一解决风电/光电等89兆瓦级以上储能(蓄电)技术：物理储能:扬水、压缩空气……化学储能:

铅酸电池、氢镍电池、锂离子电池液流电池、钠硫电池……电池是通过电化学氧化还原反应将活性材料内储存的化学能直接转换成电能的装置或系统；二次电池通过可逆充放电实现能量的储存与转化,达到循环使用。储能技术：规模化、长寿命、高安全、低成本高功率、快速响应、环境友好

削峰填谷+调频兆瓦级以上储能(蓄电)技术：电池是通过电化学氧化还原反应将活90二次电池电极材料与反应及比能量二次电池电极材料与反应及比能量91二次电池性能比较Linden,D.;Reddy,T.B.《HandbookofBatteries》2002(TheMcGraw-Hill).二次电池性能比较Linden,D.;Reddy,T.B92山东大学与圣阳电源股份有限公司开发GMFU2V-500AhVRLA电池组应用于西藏正旗县20kWPV电站目前分布式发电、电站、电网储能电池通常采用铅酸电池山东大学与圣阳电源股份有限公司开发GMFU2V-500Ah93锂离子电池在电网储能中示范Altairnano1MW,储能示范比亚迪1MW,储能示范http://

纳米结构钛酸锂单体电池:电极材料LiMn2O4/Li4Ti5O12电压2.3V容量50Ah重量1.6kg单体电池:电极材料LiFePO4/C电压3.25V容量200Ah重量6.7kg锂离子电池在电网储能中示范http://www.altair94能源化学轻质材料+纳米结构Coord.Chem.Rev.2009,253,2805.Acc.Chem.Res.2009,42,713.能源化学Coord.Chem.Rev.2009,2595绿色化学与化工第一章课件96绿色化学与化工第一章课件973不产生“三废”的原子经济反应的途径原子经济反应：A+B→C（产物）一般化学反应：A+B→C（产物）+D（副产物）100%3不产生“三废”的原子经济反应的途径原子经济反应：A+98开发新型催化剂80％以上的化学品均是通过催化反应制备的，催化剂在当今化工生产中占有极为重要的地位，而新催化材料是创造发明新催化剂的源泉，也是开发绿色化工技术的重要基础。通过新催化剂的开发形成新工艺新技术，最终提高反应的原子经济性。环氧丙烷的生产环氧丙烷是一种重要的有机化工原料，在丙烯衍生物中是产量仅次于聚丙烯和丙烯睛的第三大品种，主要应用于制取聚氨酯所用的多元醇和丙二醇，用以生产塑料等；还可作为溶剂使用。国内现有的生产技术是从国外引进的氯酸法。新型催化材料——钛硅-l（TSl）分子筛的开发，使由丙烯环氧化生产环氧丙烷过程的原子经济性得到明显提高。开发新型催化剂80％以上的化学品均是通过催化反应制备99环氧丙烷的生产。原生产工艺新生产工艺原子利用率31%原子利用率76%环氧丙烷的生产。原生产工艺新生产工艺原子利用率31%原100绿色化学与化工第一章课件101布洛芬是止痛药的主要成分，与Aspirin一样，都是非类固醇消炎剂，因此常被用作消肿和消炎。原来的布洛芬合成是采用Boots公司的Brown合成方法，从原料要通过六步反应，才能得到产品。每步反应中的原料只有一部分进入产物，而另一部分则变成废物，所以采用这条路线生产布洛芬，所用原料中的原子只有40％进入最后产品中去。最近，德国BAS公司与HoechstCelanesee公司合资的BHC公司发明了生产布洛芬的新方法，该方法只采用三步反应即可得到产品布洛芬，其原子经济性达到77％。也就是说新发明的方法少产废物37％，BHC公司因此获得1997年度美国“总统绿色化学挑战奖”。采用新反应途径布洛芬的生产布洛芬是止痛药的主要成分，与Aspirin一样，都102布洛芬生产原合成方法新合成方法原子利用率40%原子利用率77%布洛芬原合成方法新合成方法原子利用率40%原子利用率77%103绿色化学与化工第一章课件104采用新合成原料初始原料的选择是绿色化学所应考虑的重要因素，寻找替代的、环境无害的原料也是绿色化学的主要研究方向之一。目前，绝大多数有机化学品是用石油作原料合成的。石油炼制消耗大量的