绿色化工部分概念(修订版)

绿色化工绿色化学的核心就是要利用化学原理和新化工技术，以原子经济性为基本原则，从源头上减少或消除污染，最大限度的满足人类可持续发展的需求，实现人和自然的和谐。八大公害事件：比利时马斯河谷烟雾事件美国多诺拉烟雾事件伦敦烟雾事件洛杉矶光化学烟雾事件日本水俣病事件日本富山骨痛病事件日本四日市哮喘病事件日本米糠油事件源头治理末端治理绿色化学又称环境无害化学，环境友好化学，清洁化学，绿色化学即是用化学的技术和方法去减少或消灭那些对人类健康，社区安全，生态环境有害的原料，催化剂，溶剂和试剂，产物，副产物等的使用和产生。我国绿色化学三方面研究重点：绿色合成技术，方法学和过程的研究可再生资源的利用和转化中的基本科学问题绿色化学在矿物资源高效利用中的关键科学问题绿色化学的研究内容主要包括以下几个方面设计或重新设计对人类健康和环境更安全的化合物，这是绿色化学的关键部分；探求新的，更安全的，对环境更友好的清洁合成路线和生产工艺，这可从研究，变换基本原料和起始化合物以及引入新试剂入手；改善化学反应条件，降低对人类健康和环境的危害，减少废弃物的生产和排放；提高原料的能源的利用率，大量使用可再生资源；生物技术和生物质的利用；新的分离技术；绿色技术和工艺过程的评价；发展适时分析技术以便监控有害物质的形成；绿色化学的教育，用绿色化学变革社会生活，促进社会经济和环境的协调发展。绿色化学的特点充分利用资源和能源，采用无毒，无害的原料；在无毒，无害的条件下进行反应，以减少废物向环境排放；提高原子的利用率，力图使所有作为原料的原子都被产品所消纳，实现零排放；生产出有利于环境保护，社区安全和人体健康的环境友好的产品。绿色化学前12条原则预防原子经济性低毒害化学合成设计较安全的化合物使用较安全的溶剂和助剂有节能效益的设计使用可再生资源作原料减少运用衍生物催化反应设计可降解产物及时分析以防止污染采用本身安全，能防止发生意外的化学品绿色化学后12条原则鉴别与量化副产物报道转化率，选择性与生产率建立整个工艺的物料衡算测定催化剂，溶剂在空气与废水中的损失研究基础的热化学估算传热与传质的极限向化学或工艺工程师咨询考虑全过程中选择化学品与工艺的效益促进开发并应用可持续性量度量化和减用辅料与其他投入了解何种操作是安全的，并与减废要求保持一致监控，报道并减少实验室废物的排放绿色化学工程技术12条原则设计者要尽可能保证所有输入和输出的能量及材料是无毒，无害的。预防废物的产生比废物产生以后进行处理为好产品分离和纯化操作应尽量减少能量和材料的消耗设计的产品，工艺及其整个系统要使用质量，能量，空间和时间效率最大化设计的产品，工艺及所有系统应该是输出的牵引，而不是靠输入物质和能量的推动当设计选择再生，循环利用和其他有益的处理时，应对内在的复杂性有充分的研究和认识设计方案的目标产物要强调耐久性，而不是永久性设计方案应着重于满足需要，使过量最小化减少复杂组成产品中材料的多样性，尽量保存原料的价值设计中应综合考虑可用原料和能源的相关情况，加强当地物质流和能量流和整合产品，工艺及其所有系统的设计应考虑他们的使用功能结束后的处理和再利用设计中采用的材料和能源应是可再生的9条附加原则产品和工程设计要采用系统分析方法，应将环境影响评价工具视为工程的重要组成部分当设计保护人类健康和社会福利的计划时，要考虑如何保护及改善生态系统在所有的工程活动中要有生命周期的思想要确保所有输入和输出的材料与能源是安全及环境友好的尽可能减少自然资源的消耗尽量避免产生废物所开发和实施的工程解决方案应符合当地的实际情况及要求，要得到当地的地理和文化的认同。对工艺的改进革新和发明要符合可持续发展的原则要使社会团体和资本占有者积极参与工程解决方案的设计和开发绿色化学的5R原则减量重复使用回收再生拒用原子利用率=目标产物的分子量/反应物的分子量总和一是最大限度的利用了反应原料，最大限度的节约了资源二是最大限度的减少了废物排放（零废物排放），因而最大限度的减少了环境污染，或者说从源头上消除了由化学反应副产物引起的污染。原料的绿色化学评价原料本身有无危害性原料的起源原料的可更新性原料选择对下游的影响选用该原料制备化学品的工艺过程的复杂程度和线路的长短生物质作为化学化工原料的利弊生物质可给结构多样的产品材料，通常具有特定的立体结构和光学特征结构，使用者可在合成过程中利用这些已有分结构因素。生物质的结构单元通常比原油的结构单元复杂，如能在最终产品中利用这种结构单元在结构上的复杂性，则可减少副产物的生成。由原油的结构单元衍生物所得物质，通常是没有被氧化的，而在碳氢化合物中引入氧的方法是极其有限的，且经常需要使用有毒试剂，造成环境污染，而由生物质衍生物所的物质常常已是氧化产物，无需再通过氧化反应引入氧。增大生物质的使用量可延长原油的使用时间，为可持续发展做出贡献，为必须使用石油作原料的产品的生产提供保证。使用生物质可减少二氧化碳在大气中的浓度的量，从而减缓温室效应。在形成过程中要吸收二氧化碳，故在大气中二氧化碳浓度的净增加会受到抑制，甚至达到平衡态。化学工业使用更多的可再生资源可使其本身在原料上更有保障。生物质资源比原油有更大的灵活性。绿色催化剂绿色催化剂应具有高活性，高选择性、性能稳定、无毒无害、成本低、原料易得、制备过程对环境无害、容易回收利用等特点。传统催化剂存在的问题由于催化剂本身也是各种化学物质，因此它们的使用就有可能对人们及环境构成危害腐蚀生物催化剂工业用生物催化剂是游离或固定化的酶或活细胞的总称。酶是具有催化功能的蛋白质酶催化剂特性催化效率高高度专一性温和的反应条件酶的活性可以调节和控制环境友好多样性酶催化的缺点是酶在水溶液中一般不是很稳定，而且酶与底物只能作用一次，不经济，克服这一缺点的方法是采用固定化技术。仿酶催化模拟酶，就是从天然酶中挑选出起主导作用的一些因素，如活性中心结构、疏水微环境、与底物的多种非共价键相互作用及其协同效应等，用以设计合成既能表现酶的优异功能又比酶简单，稳定得多的非蛋白质分子或分子集合体，模拟酶对底物的识别，结合及催化作用，开发具有绿色化学特点的新合成反应或方法。分子筛催化剂分子筛是一种具有立方晶格的硅铝酸盐化合物。分子筛具有吸附能力高，热稳定性强等其他吸附剂没有的优点。电催化分为氧化-还原电催化非氧化-还原电催化手性催化（不对称催化）手性催化反应使用催化剂的不对称中心来诱导产物的手性。手性催化包括两部分：手性配体和中心过渡金属。耐水性Lewis酸催化剂全氟烷基磺酸盐无氟磺酸金属盐绿色溶剂离子液体离子液体是指室温或低温下为液体的盐，它一般由有机阳离子和无机阴离子组成。离子液体的特点离子液体具有无味、无恶臭、无污染、不易燃、易于产物分离、易回收、可反复多次循环使用、使用方便等优点。液态范围宽，从低于或接近室温到300℃以上，有高的热稳定性和化学稳定性蒸汽压非常小，不挥发，在使用，贮存中不会蒸发散失，可以循环使用，消除了挥发性有机化合物环境污染的问题。电导率高，电化学窗口大，可作为许多物质电化学研究的电解液通过阴阳离子的设计可调节其对无机物，水，有机物及聚合物的溶解性，并且其酸度可调至超酸具有较大的极性可调控性，黏度低，密度大，可以形成两相或多相体系，适合作分离溶剂或构成反应分离偶合新体系对大量无机和有机物质都表现良好的溶解能力，且具有溶剂和催化剂的双重功能，可以作为许多化学反应溶剂或催化活性载体离子液体的应用氢化反应傅-克反应Heck反应Diels-Alder反应不对称催化反应分离提纯技术电化学研究超零界流体（SCF）超临界二氧化碳是指温度和压力均在其临界点（31.26℃7.39MPa）以上的二氧化碳流体近临界水无溶剂三种情况原料本身可以互溶反应可在熔融的状态下进行反应可在固体表面进行无溶剂合成的优点经济经常是计量反应，易于纯化反应速率高对环境好缺点并非所有的反应都能在无溶剂条件下进行散热问题分离问题因反应系统无流动性，粘滞性高，组织大规模的，自动化水平高的生产较难。绿色化学产品绿色化学产品有两个特征产品本身不会引起环境污染和健康问题，包括不会对野生生物，有益昆虫或植物造成损害当产品被使用后，应能再循环或易于在环境中降解为无害物质设计安全无毒化学品的一般原则外部效应原则内部效应原则设计更安全化学品方法与策略确定危害性的作用机理结构-活性相关性消除毒性功能团降低生物利用率提高可降解性污染物处理绿色化吸附法混凝法化学氧化法电化学法生物处理法膜分离技术法等离子体法微波技术微波的特性似光性穿通性信息性非电离性微波加热是一种内在加热方式，加热速率快，只需加热1/100-1/10的时间即可完成，受热体系温度均匀，无滞后效应，热效率高。微波有机合成又分为有机干反应和有机湿反应干反应是指以无机固体为介质的无溶剂反应微波辐射无溶剂的有机合成反应大致有三种反应类型无溶剂介质的有机合成反应以矾土，硅土，黏土等无机物为固相载体的有机合成反应相转移催化有机合成反应微波加热反应具以下显著的特点与传统的加热方式相比，所用有机溶剂更少，甚至可以不采用有机溶剂热传导，对流性质不好的物质可以再短时间内等以加热，均匀性更好可以对目标物选择性的进行加热，加热效率高，更节省能量可以对热损失系数较大的物质可选择性的进行加热热传导较差和几何形状不规则的物质可以在短时间内得以加热可以通过感应器来对温度进行控制，反应自动化程度得以提高密闭加热，可以进行有压力反应和排除空气干扰超声波技术超声波可在气体，液体，固体，固溶剂等介质中有效传播超声波可传递很强的能量超声波会产生反射，干涉，叠加和共振现象超声波在液体介质中传播时，可在界面上产生强烈的冲击和空化现象超声波的作用原理空化现象超声波对有机合成的促进作用的特点加速化学反应，提高反应收率降低反应条件缩短反应诱导时间改变反应历程快（时间短）高（产率高）易（操作简单）声化学效应能改变反应分进程，提高反应的选择性，增加化学反应的速率和产率，降低能耗和减少废物的排放膜催化剂技术膜催化反应的特点催化活性高催化活性强载体型的膜催化剂呈现耐高温，耐化学稳定性，机械强度高，催化寿命长的特点。膜材料的要求：具有良好的成膜性，热稳定性，化学稳定性，耐酸，碱，微生物侵蚀和耐氧化性能。膜的制备方法：溶胶-凝胶法，阳极氧化法，辐射-腐蚀法，相分离-沥取法，热裂解法，薄膜沉积法。光化学合成技术光化学的特点光是一种非常特殊的生态学上清洁试剂光化学反应条件一般比热化学要温和有机化合物在进行光化学时，不需要进行基团保护在常规合成中，可通过插入一步光化学反应大大缩短合成路线绿色能源狭义的绿色能源是指可再生能源广义的绿色能源则包括在能源的生产及其消费过程中，选用对生态环境低污染或无污染的能源。太阳能优点普遍无害巨大长久缺点分散性不稳定性效率低和成本高生物质能生物质能是绿色植物通过叶绿素将太阳能转化为化学能而储存在生物中的一种能量形式，即以生物质为载体的能量。生物质能得特点可再生性储量丰富可替代性低污染性广泛分布性氢能是氢气和氧气反应所产生的能量。氢能的特点氢来源广泛，具有再生性氢本身无毒，燃烧产物是水，是世界上最干净的能源高发热值燃烧性能好导热性能好可用各种方式贮存像任何其他燃料一样可以有效的运输氢利用和贮存的安全性。海洋能潮汐，波浪，温度差，盐度梯度，海流等形式存在于海洋中海洋能四个特点海洋能在海洋总水体中的蕴含量巨大，而单位体积，单位面积，单位长度所拥有的能量较小，要想得到大的能量，就得从大量的海水中获得。海洋能具有可再生性海洋能有较稳定与不稳定能源之分海洋能属于清洁能源。潮汐能，波浪能，海流能，温差能，盐差能，海洋机械能：潮汐能，波浪能，海流能海洋热能：温差能海洋物理化学能：盐差能地热能地热能的优点再生能源运转成本低附加价值多元化地热能的缺点初设成本高环境负荷大工安管理风险高不够稳定末端治理是在生产过程的末端即在污染物排入环境前增加治理污染的环节。它只是为防治污染而采取的一种补救措施，确实能对环境质量的改善起到非常大的作用。但是化工污染物主要产生于生产过程，而末端治理却偏重于污染产生后的处理上，忽视全过程控制，治标不治本，而且治理投资和运行费用高。清洁生产评价指标是为界定一个生产工艺或产品的环境品质的清洁状况而设计的，为评价选定的清洁生产方案的实施效果提供客观依据，是评估生产工艺或产品是否符合清洁生