绿色化学环境化学

绿色(lǜsè)化学第一页，共81页。1一、环境治理的历史回忆二、绿色化学 绿色化学开展简史 各国政府推动绿色化学的措施 绿色化学的12条原那么 绿色化学研究的典型(diǎnxíng)原理及其效果三、中国21世纪的绿色科技开展 绿色科技的含义及其开展环保事业对绿色科技的需求绿色化学成果(chéngguǒ)举例四、前景(qiánjǐng)和展望内容提要第二页，共81页。2伦敦(lúndūn)烟雾第三页，共81页。31984年12月印度博帕尔毒气泄露，造成2000人死亡,受害人数(rénshù)达10余万人,一些人双目失明,终身残废1986年4月,乌克兰基辅北部切尔诺贝利核电站4号反响堆爆炸,放射性物质大量外泻,造成31人死亡(sǐwáng),237人受放射性伤害.世界各国发生(fāshēng)的关于有毒化学品的环境事故第四页，共81页。41999年以来，西堤头村和刘快庄村各种癌症患者有232人，平均年龄51岁，最小的才7岁，已经死亡172人，其中肺癌、肝癌和肠癌的患病比例最高。两个(liǎnɡɡè)村的总人口大约是万，癌症发病率到达了178/万，是全国癌症平均发病率7/万的25倍多。

在村庄(cūnzhuāng)周围，道路两旁，生产化学制剂、染料中间体、油漆涂料、农药兽药、香精香料等各类化工产品的化工企业一个挨着一个，数量超过了90多个。央视?东方时空?：毒患笼罩下的天津(tiānjīn)癌症村第五页，共81页。5全世界每年消耗的化石(huàshí)燃料，２０世纪初缺乏１５亿吨，７０年代初达７０－８０亿吨能源消耗第六页，共81页。6大量工业污染物的排放使人们面临有害物质、元素(yuánsù)的威胁污染物累计(lèijì)第七页，共81页。7♦DDT是人所共知的曾是应用广泛的杀虫剂。♦然而，它在鸟类体内累积后，造成蛋壳变薄，使很多鸟类种群显著(xiǎnzhù)减少，如猎鹰，秃鹰，鹗和棕色鹈鹕等。★其它一些持久性多氯代化合物，如PCBs，二恶英，是具有雌激素性质，成为(chéngwéi)环境内分泌干扰物。南极(nánjí)企鹅体内也检验出DDT环境问题－－DDT，持久有机污染物之一第八页，共81页。8沙利度胺在1950年代后期到1962年曾用作处理孕妇作呕的药剂，然而后来发现在46个国家中有8000个儿童具有出生缺陷。在巴西，曾用此种药治疗麻疯病，导致(dǎozhì)数十个生育畸形。环境(huánjìng)问题案例二第九页，共81页。9★20世纪40~50年代——稀释(xīshì)废物★20世纪60~70年代——废物后处理★20世纪90年代——从源头消除污染源一、环境治理的历史(lìshǐ)回忆第十页，共81页。101992年，美国化学工业用于环保的费用为1150亿美元，清理已污染地区(dìqū)花去7000亿美元；1996年美国Dupont公司的化学品销售总额为180亿美元，环保费用为10亿美元。化学工业的开展不能再走先污染后治理之路。第十一页，共81页。11★从源头消除污染(wūrǎn)的途径★新设计化学合成方法和化工产品来铲除污染(wūrǎn)源——环境无害(wúhài)化学——环境友好化学(huàxué)——清洁化学环境保护的推动合理利用资源降低本钱绿色化学的兴起第十二页，共81页。12绿色化学(huàxué)又称环境无害化学(huàxué)(EnvironmentallyBenignChemistry)、环境友好化学(huàxué)、清洁化学(huàxué)(Cleanchemistry)即：用化学(huàxué)的技术和方法去减少或消灭对人类健康、社区平安、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂等的使用和产生。绿色(lǜsè)化学？第十三页，共81页。13无毒无害原料可再生资源环境友好产品回归自然废物回收利用无毒无害催化剂

无毒无害溶剂原子经济反应绿色(lǜsè)化学的主要内容第十四页，共81页。141987年联合国提出关于“OurCommonFuture〞的报告，率先提出了可持续开展的概念。美国1990年通过了污染(wūrǎn)预防法〔PollutionPreventionActof1990〕。这是关于着眼源头污染(wūrǎn)预防的第一个环境法规。各国政府推动(tuīdòng)绿色化学的措施第十五页，共81页。15★日本制订“21世纪重建(zhònɡjiàn)绿色地球〞的新阳光方案，提出了“简单化学〞的概念，为了地球环境而变革现有技术设立“为地球创新技术的研究院〞★欧盟各国德国1991年制订“为环境而研究〞的方案英国2000年设立“JerwoodSalters环境奖〞荷兰制订“清洁生产手册〞联合国环境规划署和世界银行将其译成英文向世界各国推广。各国政府推动绿色(lǜsè)化学的措施第十六页，共81页。16

1995年，美国前总统克林顿设立(shèlì)了“总统绿色化学挑战奖〞。1996年开始在华盛顿国家科学院每年颁发一次，这是化学领域唯一的总统级科学奖。1999年，世界上第一本?绿色化学?杂志诞生。2000年，美国化学会出版了第一本绿色化学教科书。各国政府推动(tuīdòng)绿色化学的措施第十七页，共81页。17★中国制订了“科教兴国(kējiàoxīnɡɡuó)〞和可持续开展策略，并于1993年世界环境和开展大会之后，编制了?中国21世纪议程?郑重声明走可持续开展道路的决心。各国政府(zhèngfǔ)推动绿色化学的措施第十八页，共81页。18〔1〕预防(Prevention)。防止产生废物比在它产生后再处理或去除更好。〔2〕原子经济(AtomEconomy)。设计合成方法时，应尽可能使用于生产加工过程的材料都进入最后的产品中。〔3〕无害〔或少害〕的化学合成(LessHazardousChemicalSyntheses)。无论在哪里，所设计的合成方法应该(yīnggāi)对人类健康和环境具有小的或没有毒性。绿色化学(huàxué)的12条原那么第十九页，共81页。19〔4〕设计无危险的化学品(DesignSaferChemicals)。化学产品应该设计的使其有效地显示受期望的功能而毒性最小。〔5〕平安的溶剂和助剂。所使用的辅助物质(wùzhì)包括溶剂，别离试剂，和其它物品当使用时都应是无害的。〔6〕设计要有能效。化学加工过程的能源要求应该考虑它们的环境的和经济的影响并应该尽量节省。如果可能，合成方法应在室温和常压下进行。绿色化学(huàxué)的12条原那么第二十页，共81页。20〔7〕使用可再生的原料。当技术上和经济上可行，原料和加工厂粗料都应可再生。〔8〕减少衍生物。如果可能，尽量减少和防止利用衍生化反响，因为，此种步骤需要添加额外的试剂并且可能产生废物。〔9〕催化作用(Catalysis)。具有高选择性的催化剂比化学(huàxué)计量学的试剂优越的多。绿色(lǜsè)化学的12条原那么第二十一页，共81页。21〔10〕设计要考虑降解。化学产品的设计应使它们在功能终了时分解(fēnjiě)为无害的降解产物并不在环境中长期存在。〔11〕为了预防污染进行实时分析。需要进一步开发新的分析方法使可进行实时的生产过程监测并在有害物质形成之前给予控制。〔12〕防止事故发生的固有平安化学。在化学过程中使用的物质和物质形态的选择应使其尽可能地减少发生化学事故的潜在可能性，包括释放，爆炸以及着火等绿色(lǜsè)化学的12条原那么第二十二页，共81页。22探索利用化学反响的选择性〔包括位置选择性，化学选择性和立体选择性〕，这不仅与合成产品的效率有关，且可能影响产品的生态(shēngtài)效应和对环境的友好程度。开展和应用对人和环境无毒、无危险性的试剂和溶剂，特别是开发以水或超临界流体为反响介质的化学反响。大力开发新型环境友好催化剂。新型别离技术。主要(zhǔyào)研究开展趋势第二十三页，共81页。23〔一〕绿色科技的含义 绿色科技是以保护人体健康和人类赖以生存的环境，促进经济可持续开展为核心内容的所有科技活动的总称。 无论从内涵和外延(wàiyán)都超越了环境科技，然而，它将保护自然资源和生态环境作为主要价值目标之一，对我国环保事业开展将提供全方位和系统的技术支持，对全国科技开展具有重要指导意义。中国21世纪的绿色(lǜsè)科技开展第二十四页，共81页。24 绿色科技为开发绿色产品，引导绿色消费、开拓未来市场和开展绿色产业创造机遇，已成为实施可持续开展战略的重要内容。 自20世纪90年代初，工业兴旺国家相继(xiāngjì)采取措施，使环保工作由污染治理向污染预防转变。国外绿色(lǜsè)科技开展现状第二十五页，共81页。251994年7月，美国政府发布了“面向可持续开展的未来技术〞报告，强调指出环境技术开展的重心是预防而不是治理已经发生的污染。德国也努力致力于以绿色科技推动社会经济朝向良性循环方向开展，并使其成为现代化开展的重要组成局部。一个成功的例子就是制成“绿色电视〞，它具有耗电省、电磁辐射低、使用材料种类少且便于回收利用、防止过早淘汰等特点。加拿大联邦政府早在1993年就已制定绿色方案。日本政府非常重视节约资源和能源，倡导(chàngdǎo)和推广绿色技术，已把环境技术、电子技术和汽车技术并列为三大领先绿色技术。国外绿色(lǜsè)科技开展现状第二十六页，共81页。26〔二〕环保事业对绿色科技的需求21世纪初，我国国民经济的稳步增长和环境保护事业的飞速开展，要求环境科技不仅要为污染治理提供技术支持，为管理提供决策依据，还要为预防可能出现的新污染问题提供可行的方案和措施。总之，将技术取向(qǔxiànɡ)从以治理污染为主调整到开发绿色产品，引导绿色消费、开展绿色产业方向上来。为什么要开展绿色(lǜsè)化学中国(zhōnɡɡuó)21世纪的绿色科技开展第二十七页，共81页。27☆大力开发医药等精细化工产品的“原子经济〞反响，力争实现废物“零排放〞☆超临界CO2代替有毒、有害溶剂☆利用可再生资源生产大宗(dàzōng)有机化工产品☆工农结合,生产超清洁生物柴油☆永恒的主题——设计、生产和使用环境友好产品☆回收废塑料、纤维等材料，走上“闭路循环〞之路绿色(lǜsè)化学科技成果举例第二十八页，共81页。28BarryTrost：原子(yuánzǐ)经济性(AtomEconomy)概念A＋BC＋DA＋BC＋

产物(chǎnwù)废物(fèiwù)或副产物废物为零大力开发医药等精细化工产品“原子经济〞反响，力争实现废物“零排放〞第二十九页，共81页。29工业部门每吨产品排放的废物（吨/吨）炼油~0.1大宗化学品1~5精细化工5~20制药25~100不同工业部门生产(shēngchǎn)中的废物排放量制药、精细化工——更需开发原子经济(jīngjì)反响大力开发(kāifā)医药等精细化工产品“原子经济〞反响，力争实现废物“零排放〞第三十页，共81页。30第一步第二步第三步第四步第五步第六步布洛芬Boots公司(ɡōnɡsī)的Brown方法原子(yuánzǐ)经济性~40%布洛芬—镇静(zhènjìng)、止痛药的生产第三十一页，共81页。31第一步第二步第三步BHC公司新创造的绿色(lǜsè)方法简单(jiǎndān)多了！原子经济性~99%(包括醋酸)获1997年美国(měiɡuó)总统“绿色化学挑战奖〞第三十二页，共81页。32传统工艺3-氯过苯甲酸氧化剂，原子经济性42%，产生3-氯苯甲酸废物绿色(lǜsè)工艺负载锡的沸石催化剂，过氧化氢氧化剂，原子经济性86%，副产物只有水Baeyer-Villiger反响——用于生产(shēngchǎn)医药、塑料添加剂O+ClOOOHOO+ClOHO锡/沸石第三十三页，共81页。33医药(yīyào)、农药、功能化学品的研究——绿色化学最活泼的前沿领域大力研究原子经济反响和手性合成等医药、农药等产品要引进多种官能团和调整化学(huàxué)结构，生产往往经过多步反响，需要配套开发技术，才能推向工业化第三十四页，共81页。34烃类氧化的“原子经济〞反响正在改进替代剧毒光气等原料的绿色技术，研究降低(jiàngdī)本钱开发新一代苯与烯烃烷基化无毒无害固体酸催化剂大宗有机化工产品(chǎnpǐn)的绿色生产技术第三十五页，共81页。3520世纪80年代创造钛硅分子筛作为催化剂采用H2O2为氧化剂实现(shíxiàn)以下“原子经济〞反响丙烯环氧化制环氧丙烷环己酮氨氧化制环己酮肟苯酚氧化制对苯二酚烃类氧化(yǎnghuà)的“原子经济〞反响正在改进第三十六页，共81页。36次氯酸石灰(shíhuī)废渣(fèizhā)污水传统工艺—氯醇法：原子(yuánzǐ)经济性=31%绿色工艺—钛硅分子筛催化：原子经济性=76%1-氯丙醇2-氯丙醇丙烯环氧化制环氧丙烷第三十七页，共81页。37传统工艺绿色(lǜsè)工艺47%原子(yuánzǐ)经济性100%原子(yuánzǐ)经济性投资、本钱低甲基丙烯酸甲酯的生产工艺第三十八页，共81页。38挥发性有机溶剂有广泛用途涂料和油漆的溶剂泡沫塑料的发泡剂微电子器件(diànzǐqìjiàn)等的精密清洗服装干洗的清洗剂化工生产过程中作为溶剂2.超临界二氧化碳(èryǎnghuàtàn)代替有毒、有害溶剂第三十九页，共81页。39挥发性有机溶剂对环境的危害形成光化学烟雾引起和加剧多种呼吸系统疾病，增加癌症发病率导致谷物减产、橡胶硬化等，每年造成大量(dàliàng)损失二氟二氯甲烷等破坏地球大气中的臭氧层2.超临界二氧化碳代替(dàitì)有毒、有害溶剂第四十页，共81页。40二氧化碳在常温下是气体，无色、无味、不燃烧、化学性质稳定不会(bùhuì)形成光化学烟雾，也不会(bùhuì)破坏臭氧层来源丰富，价格低廉超临界二氧化碳可很好地溶解一般有机化合物超临界二氧化碳(èryǎnghuàtàn)溶剂的优点第四十一页，共81页。41替代机械、电子、医药和干洗等行业中普遍采用的挥发性有机(yǒujī)清洗剂代替氟氯烃作泡沫塑料的发泡剂超临界CO2为溶剂，生产氟化物单体和聚合物用超临界二氧化碳(èryǎnghuàtàn)代替挥发性有机溶剂的应用第四十二页，共81页。42利用我国合成氨厂、炼油厂中制氢装置大量排放的CO2，开发〔或引进〕超临界CO2技术在房屋装修、泡沫塑料生产、服装(fúzhuāng)干洗等中应用，形成新兴产业。超临界二氧化碳(èryǎnghuàtàn)代替有毒、有害溶剂的开展第四十三页，共81页。43主要的绿色水处理(chǔlǐ)技术超临界水氧化(yǎnghuà)法(ＳＣＷＯ)高级氧化(yǎnghuà)技术(ＡＯＰｓ)电催化氧化(yǎnghuà)法超声波降解技术膜处理技术第四十四页，共81页。44超临界流体(liútǐ)当把处于气液平衡的物质(wùzhì)升温升压时,热膨胀引起液体密度减少,而压力的升高使气、液两相的相界面消失成为一均相体系,这一点就是物质(wùzhì)的临界点。当物质(wùzhì)的温度、压力分别高于临界温度和临界压力时就处于超临界状态。第四十五页，共81页。45超临界水的原理(yuánlǐ)及特征

水的临界点为: MPa第四十六页，共81页。46超临界状态(zhuàngtài)下水的特异性质,而温度在500℃的超临界状态下,水的介电常数急剧下降到2左右。(2)氧气等气体在通常状态下在水中的溶解度较低,但在超临界水中氧气、氮气等气体的溶解度空前提高(tígāo),以至于可以任意比例与超临界水混合,而成为单一相。第四十七页，共81页。47超临界状态下水(xiàshuǐ)的特异性质〔续〕(3)气液相界面消失,流体的传输性能改善(gǎishàn),具有低粘性和高扩散性,外表张力为零,向固体内部的细孔中的浸透能力非常强。第四十八页，共81页。48超临界水与普通(pǔtōng)水溶解度的比照第四十九页，共81页。49超临界水氧化(yǎnghuà)法的定义超临界水氧化法正是利用超临界水的特性,使本来发生在液相或固相有机废料和气相氧气之间的多相反响转化为在超临界水中的均相氧化反响。废水中的有机污染物与氧化剂在超临界水中充分反响,生成无毒无害(wúhài)的二氧化碳、水和其它简单小分子化合物,到达净化废水的目的。第五十页，共81页。50超临界水氧化(yǎnghuà)法原理有机化合物+Ｏ2→二氧化碳(èryǎnghuàtàn)+水有机化合物中的杂原子+Ｏ2→酸、盐、氧化物酸+ＮａＯＨ→无机盐第五十一页，共81页。51超临界水氧化(yǎnghuà)法的优点(1)几乎所有的有机物,只要(zhǐyào)几秒至几分钟,就可以完全分解,分解率在99.99%以上,几乎全部被转化成二氧化碳、水、氮、无机盐等。第五十二页，共81页。52超临界水氧化(yǎnghuà)法的优点〔续〕(2)盐类及金属等无机物以固体形式被别离回收,其他(qítā)排到体系外的物质只是气体状物质CO2、N2、O2等以及处理干净的水。不产生二次污染。第五十三页，共81页。53超临界水氧化(yǎnghuà)法的优点〔续〕(3)只要被处理废水中的有机物浓度在1%～2%,就可以依靠反响过程中自身的氧化放热来维持反响所需的温度(wēndù)。如果浓度更高,那么放出更多的氧化热,这局部热能可以回收。第五十四页，共81页。54超临界水氧化(yǎnghuà)法的优点〔续〕(4)处理装置(zhuāngzhì)可以设计成可移动式的、小型化的方便应用型设备。第五十五页，共81页。55超临界水氧化(yǎnghuà)法的优点〔续〕(5)从经济上来考虑,有资料显示,与坑填法和燃烧法相比,超临界水氧化法处理废物(fèiwù)年操作维修费较低,单位本钱较低,具有一定的工业应用价值。第五十六页，共81页。56超临界水氧化法的处理(chǔlǐ)效果第五十七页，共81页。57超临界水氧化(yǎnghuà)法的适用范围化工、医药、食品、军事工业和核工业废水以及(yǐjí)城市污水的处理。第五十八页，共81页。58需要(xūyào)解决的问题研究开发广谱性催化剂；有效控制高温高压；解决(jiějué)固体颗粒对设备的堵塞问题和抑制结垢；以最大效率回收热能；深入研究其热力学和动力学,使工程设计和过程开发得以进行。第五十九页，共81页。59以植物为主的生物质资源是一个可再生的巨大资源宝库，利用可再生资源可以消除污染，用之不竭，实现可持续开展(kāizhǎn)开发生物催化技术是关键3.利用可再生资源生产大宗(dàzōng)有机化工产品第六十页，共81页。60绿色化学(huàxué)工艺——绿色技术生物质〔biomass)定义利用太阳能通过光合作用〔photosynthesis)生成(shēnɡchénɡ)的任何有机物质

第六十一页，共81页。61绿色化学工艺(gōngyì)——绿色技术1.全球生物质储量生物质〔Biomass〕主要指木素纤维材料，纤维质生物是世界上生产和储存得最多的碳水化合物，据估计，每年陆地上会产生1～1.25×1011t生物质，海洋中那么有～0.55×1011t生物质。但利用率只有％左右。合计：1690亿吨换算(huànsuàn)成能量约为石油年产量的15～20倍第六十二页，共81页。62绿色化学(huàxué)工艺——绿色技术生物质包括林产物：树木〔灌木、乔木(qiáomù)〕草类农作物：粮食秸秆——麦草、稻草、玉米秆海产物：各类海草城市废弃物：报纸、天然纤维第六十三页，共81页。63绿色(lǜsè)化学工艺——绿色(lǜsè)技术第六十四页，共81页。64绿色化学工艺(gōngyì)——绿色技术生物质生产酒精：谷物发酵制酒精有4000多年历史(lìshǐ)酒精作机动车燃料：福特公司早期汽车印地氨纳波利斯公交车至今用酒精巴西酒精占燃油消耗的一半第六十五页，共81页。65DuPont和GenecorInternational等合作建成由玉米生产1，3―丙二醇(PDO)装置，本钱比化学法低15％CargillDOW公司正在(zhèngzài)建设一个14万t/a的聚乳酸工厂，用于生产塑料、纤维国外生物技术生产大宗(dàzōng)化工产品已取得突破第六十六页，共81页。66从生物质原料(yuánliào)所制产品的目标产品种类生物质原料产品所占比例，%当前2020年2090年液体燃料1~21050有机化学品102590美国国家(guójiā)研究委员会第六十七页，共81页。67可再生植物原料中现在(xiànzài)使用的葡萄糖，正在开发低本钱的蔗糖，最后使用木质素纤维生物催化、化学法的组合组织多学科合作，加强研究利用可再生资源生产大宗有机化工产品(chǎnpǐn)的研究第六十八页，共81页。68生物柴油的特点减少汽车尾气中SOx和颗粒物排放整个过程少排放CO2，减少温室效应本身无毒、无害，能自行(zìxíng)分解回归自然具有一定的润滑性，从而延长机动车的寿命燃烧热值稍低，倾点较高，影响低温启动4、工农结合(jiéhé),生产超清洁生物柴油第六十九页，共81页。69植物油与甲醇〔乙醇〕酯交换制得棉籽油、棕榈油、椰子油、菜籽油、野生植物油以及海藻(hǎizǎo)等化学法液碱催化固体碱催化二段催化酶催化生物(shēngwù)柴油的制造第七十页，共81页。70目前欧共体年产生物柴油70万吨，2003年规划到达230万吨，2010年到达830万吨。德国生物柴油的年产量已达40万吨，已有700多个加油站销售生物柴油。法国许多石油柴油中已调配有生物柴油，哥本哈根、里斯本等欧洲城市的公共汽车已经使用(shǐyòng)生物柴油美国30万吨/年，日本40万吨/年生物柴油生产能力生物(shēngwù)柴油在国外已经销售使用第七十一页，共81页。71超清洁柴油有利于增产柴油、调整柴汽比减少原油进口，多一条运输能源平安保障(bǎozhàng)的途径多一条农林业增产、增收途径关键是植物油本钱高，难与石油柴油竞争我国开展(kāizhǎn)生物柴油的意义、问题及对策第七十二页，共81页。72对策：政府支持与农业生产结合〔农业加工工业〕种植低本钱油料作物改进工艺，利用副产品〔甘油(ɡānyóu)、润滑剂、清洁溶剂等〕降低本钱我国开展生物柴油(cháiyóu)的意义、问题及对策第七十三页