第六章 绿色化学与科技课件

社会Chem与第六章绿色化学第六章绿色化学与科技2内容提要一、环境治理的历史回顾二、绿色化学

绿色化学发展简史各国政府推动绿色化学的措施绿色化学的12条原则绿色化学研究的典型原理及其效果三、前景和展望第六章绿色化学与科技3★20世纪40~50年代

——稀释废物★

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、环境治理的历史回顾第六章绿色化学与科技4案例一：DDT，持久有机污染物之一♦

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，已知是具有雌激素性质，成为环境内分泌干扰物。南极企鹅体内也检验出DDT第六章绿色化学与科技5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，导致数十个生育畸形。案例二：第六章绿色化学与科技6由于很多化学品有毒，出现了一些憎化学品（Chemphobia）的呼声，认为全天然(Allnatural)总比化学品为好！其实不然，天然物中也含有有毒化学物质。当用发霉的花生喂火鸡时造成火鸡发病或死亡才发现了它，已知它是致癌物。AflatoxinB1，黄曲霉毒素

案例三：黄曲霉毒素第六章绿色化学与科技7人吃了由黑麦上生长的麦角酸制成的麦角酸衍生物后，即变得发狂。Lysergicacid，麦角酸案例四：麦角酸第六章绿色化学与科技8当人吃了未处理好的河豚鱼，可能中毒致死，由于它含有河豚毒素，可造成肺脏麻痹而死亡。有些商人用黄樟树根提取物作软饮料的香味剂，其中就含有黄樟素，它是一种致癌物。Safrole，黄樟素案例五：第六章绿色化学与科技9天然食物中有的也含有有益的化学物质，比如水果和蔬菜中常常含有天然抗氧化剂，像葡萄中含有的resveratrol即可抑制肿瘤的发生发展。绿色化学中尽量选择无毒少毒原料并最少使用易燃易爆和具有高反应活性的材料。Resveratrol案例六：第六章绿色化学与科技10大量工业污染物的排放使人们面临有害物质、元素的威胁第六章绿色化学与科技11伦敦烟雾---1952年12月5－8日伦敦城市城市上空2个月后，又有8000多人陆续丧生。

第六章绿色化学与科技121984年12月印度博帕尔毒气泄露，造成2000人死亡,受害人数达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号反应堆爆炸,放射性物质大量外泻,造成31人死亡,237人受放射性伤害.第六章绿色化学与科技13

央视《东方时空》：毒患笼罩下的天津癌症村

根据村民的不完全统计，自1999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。两个村的总人口大约是1.3万，癌症发病率达到了178/万，是全国癌症平均发病率7/万的25倍多。

在村庄周围，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。第六章绿色化学与科技14第六章绿色化学与科技15

1992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。可见，从环保、经济和社会的要求看，化学工业的发展不能再走先污染后治理之路。化学工业的发展不能再走先污染后治理之路第六章绿色化学与科技16加强研究，卫生保健和食品监督管理以及克服不良生活习惯对生命安全起很大作用。绿色化学的兴起★从源头消除污染的途径★

新设计化学合成方法和化工产品来根除污染源—环境无害化学—环境友好化学—清洁化学环境保护的推动合理利用资源降低成本第六章绿色化学与科技17

（一）什么是绿色化学

绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学，即：用化学的技术和方法去减少或消灭对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂等的使用和产生。

二.绿色化学第六章绿色化学与科技18绿色化学的主要内容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第六章绿色化学与科技19（二）各国政府推动绿色化学的措施★日本

制订“21世纪重建绿色地球”的新阳光计划，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”的计划英国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。第六章绿色化学与科技20

1990年美国颁布了《污染防治条例》，将污染的防治定为国策。

1991年后，绿色化学由美国化学会（ACS）提出并成为美国国家环保局（EPA）的中心口号。

1995年，美国前总统克林顿设立了“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。★美国

第六章绿色化学与科技21

★中国

制订了“科教兴国”和可持续发展策略，并于1993年世界环境和发展大会之后，编制了《中国21世纪议程》郑重声明走可持续发展道路的决心。◆1995年中国科学院化学部组织了《绿色化学与技术——推进化工生产可持续发展的途径》院士咨询活动◆1997年国家自然科学基金委“九五”重大项目：环境友好石油化工催化化学与反应工程◆1997年5月，香山科学会议第72次学术研讨会：可持续发展问题对科学的挑战——绿色化学◆1998年合肥第一届国际绿色化学高级研讨会◆1999年北京第16次九华山科学论坛“绿色化学的基本科学问题”◆2000年科技部《国家重点基础研究发展规划项目》立项——石油炼制和基本有机化学品合成的绿色化学第六章绿色化学与科技22（1）预防(Prevention)。防止产生废物比在它产生后再处理或清除更好。（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)。无论在哪里行得通，所设计的合成方法都应该使用和产生对人类健康和环境具有小的或没有毒性。（三）绿色化学的12条原则第六章绿色化学与科技23（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）安全的溶剂和助剂(SaferSolventsandAuxiliaries)。所使用的辅助物质包括溶剂，分离试剂，和其它物品当使用时都应是无害的。（6）设计要有能效(DesignforEnergyEfficiency)。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。（三）绿色化学的12条原则第六章绿色化学与科技24（7）使用可再生的原料(UseRenewableFeedstocks)。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(ReduceDerivatives)。如果可能，尽量减少和避免利用衍生化反应，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计量学的试剂优越的多。（三）绿色化学的12条原则第六章绿色化学与科技25（10）设计要考虑降解(DesignforDegradation)。化学产品的设计应使它们在功能终了时分解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(Real-TimeAnalysisforPollutionPrevention)。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安全化学(InherentlySaferChemistryforAccidentPrevention)。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。（三）绿色化学的12条原则第六章绿色化学与科技26☆

大力开发医药等精细化工产品的“原子经济”反应，力争实现废物“零排放”☆

大宗有机化工品的第二代绿色生产技术正在开发☆超临界CO2代替有毒、有害溶剂正在推广应用☆利用可再生资源生产大宗有机化工产品方兴未艾☆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（四）绿色化学科技成果举例第六章绿色化学与科技271、大力开发医药等精细化工产品

“原子经济”反应，力争实现废物“零排放”

BarryTrost：原子经济性(AtomEconomy)概念

A＋BC＋DA＋BC＋

产物废物或副产物废物为零第六章绿色化学与科技28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不同工业部门生产中的废物排放量制药、精细化工——更需开发原子经济反应第六章绿色化学与科技29第一步第二步第三步第四步第五步第六步布洛芬Boots公司的Brown方法原子经济性

~40%布洛芬—镇静、止痛药的生产第六章绿色化学与科技30第一步第二步第三步BHC公司新发明的绿色方法简单多了！原子经济性~99%(包括醋酸)获1997年美国总统“绿色化学挑战奖”第六章绿色化学与科技31

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反应——用于生产医药、塑料添加剂O+ClOOOHOO+ClOHO锡/

沸石第六章绿色化学与科技32医药、农药、功能化学品的研究——绿色化学最活跃的前沿领域

大力研究原子经济反应和手性合成等医药、农药等产品要引进多种官能团和调整化学结构，生产往往经过多步反应，需要配套开发技术，才能推向工业化第六章绿色化学与科技332、大宗有机化工产品的第二代绿色生产技术正在开发

烃类氧化的“原子经济”反应正在改进替代剧毒光气等原料的绿色技术，研究降低成本开发新一代苯与烯烃烷基化无毒无害固体酸催化剂第六章绿色化学与科技34烃类氧化的“原子经济”反应正在改进20世纪80年代发明钛硅分子筛作为催化剂采用H2O2为氧化剂实现下列“原子经济”反应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第六章绿色化学与科技35目前针对烃类催化氧化的不足，又有了新进展

降低H2O2费用原位H2、O2合成H2O2，与丙烯环氧化集成新氧化剂—异丙苯过氧化物新氧化催化材料Sn/

沸石有机氮络合Fe2+系催化剂含钨的金属簇相转移催化剂……第六章绿色化学与科技36替代剧毒光气等原料的绿色技术

需要降低成本

1984年印度博帕尔光气泄漏事件

2000年罗马尼亚一家工厂的氰化物泄漏到多瑙河支流事件

造成人身伤亡、生态环境严重破坏需要开发绿色技术第六章绿色化学与科技37替代光气制造异氰酸酯工艺

伯胺和二氧化碳或碳酸二甲酯反应伯胺和一氧化碳进行氧化羰化硝基苯和一氧化碳羰基化正在小试、中试，比光气法生产成本高10％，需要降低成本

第六章绿色化学与科技38甲基丙烯酸甲酯的生产工艺传统工艺绿色工艺47%原子经济性100%原子经济性投资、成本低第六章绿色化学与科技39

3、超临界二氧化碳代替有毒、有害溶剂正在推广应用

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，每年造成大量损失二氟二氯甲烷等破坏地球大气中的臭氧层第六章绿色化学与科技40超临界二氧化碳溶剂的优点二氧化碳在常温下是气体，无色、无味、不燃烧、化学性质稳定不会形成光化学烟雾，也不会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第六章绿色化学与科技41用超临界二氧化碳代替

挥发性有机溶剂的应用替代机械、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第六章绿色化学与科技42超临界二氧化碳代替有毒、有害溶剂的发展

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、服装干洗等中应用，形成新兴产业。第六章绿色化学与科技434、利用可再生资源生产大宗有机化工产品

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，实现可持续发展开发生物催化技术是关键第六章绿色化学与科技44国外生物技术生产大宗

化工产品已取得突破DuPont和GenecorInternational等合作建成由玉米生产1，3―丙二醇(PDO)装置，成本比化学法低15％Cargill―DOW公司正在建设一个14万t/a的聚乳酸工厂，用于生产塑料、纤维第六章绿色化学与科技455、工农结合,生产超清洁生物柴油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，影响低温启动第六章绿色化学与科技46生物柴油的制造植物油与甲醇（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等化学法液碱催化固体碱催化二段催化酶催化第六章绿色化学与科技47生物柴油在国外已经销售使用目前欧共体年产生物柴油70万吨，2003年规划达到230万吨，2010年达到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生物柴油美国30万吨/年，日本40万吨/年生物柴油生产能力第六章绿色化学与科技48我国发展生物柴油的意义、

问题及对策超清洁柴油有利于增产柴油、调整柴汽比减少原油进口，多一条运输能源安全保障的途径多一条农林业增产、增收途径关键是植物油成本高，难与石油柴油竞争对策：政府支持与农业生产结合（农业加工工业）种植低成本油料作物改进工艺，利用副产品（甘油、润滑剂、清洁溶剂等）降低成本第六章绿色化学与科技496、永恒的主题——设计、生产和使用环境友好产品

环境友好产品——在加工和应用过程中及功能消失之后均不会对人类健康和生态环境产生危害

第六章绿色化学与科技50美国“总统绿色化学挑战奖”的

设计更安全化学品奖

1996年至2001年获奖项目Rohm&Haas公司的Sea-NineTM海洋生物防垢剂Albright&Wilson公司的低毒性、能快速降解的THPS杀菌剂Rohm&Haas公司对一类安全高效、具有选择性杀虫效果的ConfirmTM杀虫剂家族的发明和应用DowAgroSciencesLLC公司发明的新型天然杀虫剂产品SpinosadDowAgroSciences公司的Sentricon白蚁巢穴杀灭系统

PPG公司的Enviro-Prime2000无铅凃层第六章绿色化学与科技51绿色化学品的设计：

功能与环境影响并重

转变观念——产品功能与环境影响并重，设计、研制新产品时，一般要考虑下面因素：物质的结构与活性的关系避免采用毒性功能基团生物吸收量最小化使辅助的物质最小化第六章绿色化学与科技527、废塑料、纤维等材料的回收，走上“闭路循环”之路

“闭路循环”回收的实例：从尼龙地毯中回收己内酰胺DuPont公司旧地毯送回工厂，从底层除去地毯纤维，碾碎成尼龙细绒，再混合成型利用AlliedSignal和DSM公司，化学反应除去聚丙烯和衬里、填充物，再回收己内酰胺第六章绿色化学与科技53废塑料、纤维等材料的回收，走上“闭路循环”之路的对策

废塑料、纤维等的回收，关键是建立起垃圾的分类回收系统从易回收的废塑料入手，与销售部门联合回收电冰箱、洗衣机、电视机等家电产品的聚苯乙烯塑料，与饮料工厂合作，回收废聚酯瓶组织多学科合作开发技术，包括引进个别新技术第六章绿色化学与科技54三、前景与展望绿色化学从科学观点看——化学科学基础的创新从环境观点看——从源头上消除污染从经济观点看——合理利用资源和能源，降低生产成本——符合经济和社会可持续发展的要求第六章绿色化学与科技专题讨论回顾与总结第六章绿色化学与科技1、全球气候变暖

原因：由于人们焚烧化石矿物以生成能量或砍伐森林并将其焚烧时产生的二氧化碳等多种温室气体，这些温室气体对来自太阳辐射的可见光具有高度的透过性，而对地球反射出来的长波辐射具有高度的吸收性，能强烈吸收地面辐射中的红外线,也就是常说的“温室效应”，导致全球气候变暖。后果：会使全球降水量重新分配，冰川和冻土消融，海平面上升等，既危害自然生态系统的平衡，更威胁人类的食物供应和居住环境。专题片：地球在变暖希望能引起大家对环境保护的重视和思考！第六章绿色化学与科技2、“地球变暖”专题之二全球气候变暖？是骗局？听听反对者的声音他们的证据如何？你对此是怎么看的？第六章绿色化学与科技转基因食品：（GeneticallyModifiedFoods，GMF）是利用现代分子生物