绿色化学参考 答案.doc

1、绿色化学的定义：绿色化学(Green Chemistry)，又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学等。它是利用化学原理和方法来减少或消除对人类健康、社区安全、生态环境有害的反应原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物的使用和产生的新兴学科。是一门从源头上减少或消除污染的化学。 绿色化学的特点：绿色化学的特点主要体现在“5R”上：（这一小问，是否可直接写5R就行？）减量Reduction 是从省资源、无污染、零排放角度提出的。重复使用Reuse 是指实际工业生产中，能多次使用的物质应该不断重复使用。重复使用不仅是降低成本的需要，更是减废的需要。回收Recycling 是指对工业生产过程中与产品无关的物质或生活废弃物进行全面的回收。回收可以有效实现 “ 省资源、少污染、减成本”的要求。再生Regeneration 再生包括废旧物质的再生利用，也包括可再生能源、原材料的利用等。再生是变废为宝、节省资源、减少污染的有效途径。拒用Rejection 拒绝使用是实现生产、生活绿色化的最根本办法。一方面，是指拒绝使用非绿色化的工业产品、食品、生活用品等，另一方面是指对一些有毒、有害，无法替代，又无法回收、再生和重复使用的原料及辅助原料等，拒绝在生产过程中使用。 绿色化学与环境化学和环境治理的区别：绿色化学不同于环境化学。环境化学是一门研究污染物的分布、存在形式、运行、迁移及其对环境影响的科学。环境治理则是对已被污染了的环境进行治理，即研究污染物对环境的污染情况和治理污染物的原理和方法。而绿色化学是从源头上阻止污染物生成的新学科，它是利用化学原理来预防污染，不让污染产生，而不是处理已有的污染物。绿色化学是在始端就采用实现污染预防的科学手段，因而过程和终端均为零排放或零污染。它研究污染的根源污染的本质在哪里，它不是去对终端或过程污染进行控制或进行处理。 2、原子经济性：高效的化学反应应最大限度地利用原料分子的每一个原子，使之结合成目标产物，达到零排放。原子经济性可用原子利用率衡量： 计算下列两个反应的原子利用率：3、原子利用率高达100%的反应两个最大特点:（1）最大限度地利用了反应原料，最大限度地节约了资源；（2）最大限度地减少了废物排放通过以下途径可以提高反应的原子经济性:1. 开发新型催化剂 2. 简化合成步骤 3. 采用新的合成原料4、什么是环境因子？环境因子与原子利用率之间有什么关系？ 环境因子 （E 因子）是用生产每千克产品所产生的废弃物的量，来衡量化工过程的排废量。可用下式表示： 相对于每一种化工产品而言，目标产物以外的任何物质都是废物。环境因子越大，则过程产生的废物就越多，造成的资源和环境污染也就越大。对于原子利用率为 100% 的原子经济性反应，由于在目标产物之外无其他产物，因此，其环境因子为零。可见，原子利用率越低，环境因子就越大，生产过程产生的废物就越多，造成的资源浪费和环境污染就越大。5、从绿色化学观点出发，你认为消除辅助物质危害有哪些方法？ 1. 采用超临界流体替代有机溶剂 2. 非溶剂化（又称无溶剂体系） 3. 水作溶剂 4. 离子液体 6、什么是绿色化学产品？绿色化学产品有什么特征？对人类和环境无害的化学产品称为绿色化学产品。绿色化学产品有两个特征： （1）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； （2）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。7绿色化学评估原料时一般从哪几个方面进行？（括号内为详解）答：1、原料的起源：（即原料是开采的、炼制的还是合成的。这里要评估的一个问题是原料的来源过程会带来什么后果。） 2、原料的可更新性：（原料是可更新的，还是枯竭的。通常将石油和其他基于化石燃料的原料看成是枯竭的资源，而将基于生物质和农作物残渣的原料看成是可更新的资源。） 3、原料的危害性：（对原料进行评估以确定该原料是否具有长期毒性、致癌性、生态毒性等） 4、原料的选择对下游的影响：（进行绿色化学评估时，不仅要评估所涉及物质的本身，还应考虑该物质的使用可能导致的直接影响和间接后果）8、何谓毒性？化学品对生命机体产生毒害有哪三种途径？答：毒性是指化学品对生命机体造成的生物化学影响。 化学品对生命机体产生毒害的三条途径： 1,接触致毒 (皮肤接触、嘴接触、呼吸系统接触)； 2.生物吸收致毒 (生物吸收是指生命系统内对有毒化学品吸收的能力及在生命系统内的分布)； 3.物质的固有毒性致毒 (物质的固有毒性是指有毒化学物质引起正常细胞改变的性质，通常由分子的部分结构引起，这部分结构称为“毒性载体”。)9、绿色化学评估化学品对人类毒性大小的三个指标是什么？评估化学品对野生生物毒性采用的主要三种方法是什么？答：评估物质对人类毒性大小的三个指标： 1、毒性作用的效力 （各种物质对人类毒性影响的剂量方面的信息，该参数被称为毒性的效力） 2、毒性的危害性 3、毒性的可消除性 评估化学品对野生生物的毒性采用的三种方法： （1）建立毒性测试数据库 （2）利用（结）构效（应）关系外推 （3）利用现有毒性测试数据外推。 10. 分别举出化学品对局部环境和全球环境产生影响的例子答： 一、化学品对局部环境产生影响的例子1. 酸雨。在燃烧过程中，会有许多副产物如氮和硫的氧化物排放到大气中而形成酸雨。这种酸雨可导致水生物（鱼类）和植物的大量死亡，尤其是在小的池塘或湖泊里。酸雨导致局部环境变化，而环境的变化引起的间接毒性造成了植物群和动物群的死亡。2. 大气中臭氧的增加。一些烃类化合物可导致大气中臭氧的形成，即所谓的烟雾。臭氧可引起一些敏感人群的呼吸困难、视力减退，产生疾病，影响可见度与生活质量。在相同的浓度条件下测试，这些烃类化合物对人体是没有毒性的。这说明，大气中的烃类物质只是对局部环境有影响，间接地引起了危害。 二、化学品对全球环境产生影响的例子 两个著名的例子就是全球性气候变化和大气同温层中臭氧破坏。 全球性气候变化，又称为温室效应或全球暖化，是由于大气中CO2 和其他气体的产生而引起的。随着这些温室气体在大气中浓度的增加，全球气温将升高。二氧化碳排放温室效应海平面上升，沿海地区被淹没 。大气同温层中臭氧的破坏已。氯氟烃（氟里昂）量的增加可引起同温层臭氧的耗竭，由于臭氧层使地球免受许多有害的太阳射线的辐射，臭氧层的耗竭可导致许多有害的影响。 氟氯烃排放臭氧层空洞紫外线照射增加皮肤癌等。11. 设计安全无毒化学品，常用哪些方法来消除或减少任何潜在的毒性或其他危害性答 设计安全无毒化学品的方法 ,消除或减少任何潜在的毒性或其他危害性。一般有如下几种基本方法可用来实现该目标： 1）作用机理分析；（2）结构活性关系知识 ；（3）避免毒性官能团 ；（4）降低生物利用率；（5）减少辅助物质12. 膜分离技术的特点有哪些？膜分离技术具体又分为几种？答 1. 膜分离技术（过程）与传统的化工分离方法，具有如下特点（1）膜分离过程的能耗比较低 (2）适合热敏性物质的分离 (3）分离装置简单、操作方便（4）分离系数大、应用范围广(5)工艺适应性强（6）没有二次污染 膜分离过程中不需要从外界加入其他物质，既节省了原材料，又避免了二次污染。综合而言，膜分离技术具有成本低、能耗少、效率高、无污染等优点，完全符合“节能降耗”、“节能减排”和“绿色环保”的现实要求，所以说，膜分离技术是一种安全、有效、无害的“绿色技术”。2. 膜分离技术的分类 13. 目前发展起来的绿色溶剂主要有：超临界流体作为反应介质；室温离子液体中的化学合成；水作为溶剂进行的有机化学合成；无溶剂的化学合成。14.酶催化的优点:（1）催化效率高 （2）高度专一性（3）反应条件温和 （4）无毒无污染 酶催化的缺点: 酶的不稳定性和易变性15 生物技术有哪些特点？包括哪几方面的内容？ (1)生物工程技术具有以下特点： 1. 高效和经济的特点。例如将高光合作用基因转入到普通的杂交水稻中，则杂交水稻的产量可能再提高20%；将人的胰岛素基因转入到大肠杆菌中，大肠杆菌可在工厂里高效和大规模地生产医药用的胰岛素。生物工程的高效性和经济性是传统产业工程所难以相比的。 2. 清洁、低耗和可持续发展的特点。与传统产业不同，生物工程所利用的原料是可再生及可循环使用的生物量，主要的生产环节是在活的生物体或活的细胞内完成的，因此，生物工程不需要消耗大量地球上不可再生的资源，也不会或极少产生对生命有害的废物，不会或很少污染环境。这种清洁、低耗和可持续发展的特性是传统产业所不具备的。 3. 可遗传、易扩散和自主扩展的特点。生物能通过遗传和自我繁殖而不断地扩增个体并自主地寻找和扩大自己的生存空间；按照物竞天择，适者生存的规律演变个进化。经人类用生物工程改造过的生物也同样具有这些特征。生物工程所制造的活产品的这些特性对人类有着双重性：一方面能为人类造福；另一方面，如果失控，则有可能打破现有的生态平衡，造成难以估量的严重生态灾难。 4. 对人类伦理和人性尊严有直接的影响。生物工程的核心是通过人工操纵生物的遗传物质来改变和设计生物的结构和功能。人也是生物，当人类的基因和细胞也可能成为生物工程师的操作对象时，人的生命结构和功能也可能在实验室被设计和改变，人类没有理由不担心和忧虑。人类的伦理、人性和尊严都将在一定程度上面临生物工程的挑战，这也是其他产业工程所不具备的。现代生物技术的形成与发展与酿造工业、制药工业以及化学工业中的一系列改革和装备更新息息相关。作为高新技术领域之一，它能够充分利用各种自然资源，节省能源，减少污染，易于实现清洁生产，而且可以实现一般化工技术难以制备的产品。 现代生物技术为人类解决当今世界所面临的健康、食物、能源、资源及环境等许多重大问题方面提供了强有力的手段。现代生物技术产业投入产出比效率显著，周期短，见效快，并且可以连续长期利用。它所创造的物质基本上无环境污染，是绿色科学发展的重要方向。 （2）生物技术是一个综合性技术体系，它包括基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程和生化工程（后处理工序）这几个方面的内容，这些内容构成了现代生物技术的完整体系。它们相互渗透、相互交融，彼此之间形成了一个相互联系的整体，各自在整体中占有不可替代的重要地位。其中基因工程是现代生物技术的主导技术，是生物技术的核心；细胞工程是生物技术的基础；酶工程是生物技术的条件；微生物发酵工程和生物化学工程是生物技术实现工业化，获得最终产品，转化为生产力的关键 6 什么是生物质？生物质作为原料与能源的优点与限制有哪些？ （1）生物质是指由光合作用产生的所有生物有机体的总称，包括植物、农作物、林产物以及农林产物的废弃物等。其中含有淀粉、纤维素、木质素等成分，其中最主要的成分是纤维素和木质素。纤维素是由葡萄糖基组成的线形大分子；半纤维素是一群复合聚糖的总称，不同植物的复合聚糖的组分也不同；木质素是自然界最复杂的天然聚合物之一，它的结构中重复单元之间缺乏规则性和有序性。木质素是可再生的植物纤维资源中蕴藏太阳能最高的部分。生物质的主要组成元素为C、H 和 O ，或称为碳水化合物，而化石资源的主要化学组成为 C 和 H。（2） 生物质作为原料和能源的优点 1. 可再生，储量丰富 仅每年再生的纤维素和木质素达到 1.641012 吨，折合成能量相当于目前石油年产量的1520倍。这是多么丰富的一个资源宝库。如果生物质能得到有效利用，那就相当于人类拥有了一个取之不尽、用之不竭的资源宝库。 2. 大部分已高度氧化 作为化工原料可避免氧化步骤，减轻了对环境的污染和对人类健康的危害。 3. 比矿物原料更清洁 生物质来源于CO2，燃烧后不增加大气中CO2的含量。 （3）生物质作为原料和能源所存在的不足 1. 在经济上还不具备竞争力 石油工业已相当成熟，从石油开采到从原油中提取出各种有用的烃类，再将其加工成为中间产物或最终化学品，已形成了大规模的、高效的生产系统。许多得到高纯单一产品过程的操作及其机理均已被人们掌握。这些都是石油工业在经济上具有相当的竞争力。而利用生物质作原料的化学工业系统仍处于研究开发之中，经济上还没有竞争力。 2. 土地的使用 传统的化石燃料（石油、天然气、煤）可从“三维”获取，即在一个小面积范围内就可集中获取大量的化石原料。生物质需要土地来种植，而种植生物质则是“二维”的，不可能在一小面积区域内集中种植获得大量的生物质原料。这就产生了一个突出的矛盾，土地是有限的，土地种植出来的生物质既要满足人和牲畜的口粮还要满足工业生产的需要，就会造成工业生产与人、牲畜争夺生物质的矛盾。 3. 生产季节性 生物质的生产季节性很强。植物的生长有季节性，在一年中，一定时间种植，一段时间之后才能收获，这就要求使用生物质作原料的工厂要很好地制定生产计划。另外，现在的化工企业要求天天有相同质量的原料供应，改换为生物质之后，很可能年初和年底得到的原料质量就不尽相同，无疑将对生产产生很大的影响。 4. 生物质的组成极为复杂 不同种类的物质，其组成和性质都可能不尽相同，若对每一类生物质有针对性地修建工厂，这将使生物质的利用变得十分困难。同时，传统的化学品生产装置可能还不能处理由生物质提取得到的结构单元，这就要求生产企业再投资。 虽然生物质原料作为资源有这样那样的不足，但从可持续发展的角度看，现在和将来我们人类都必须用可再生资源代替枯竭性资源，这是大势所趋。生物质原料作为资源毕竟有着化石原料所不具备巨大优势，生物质原料作为资源的不足也正是我们人类将要克服的，也一定能够攻克这些科技难关的。 2、 论述题：1、可持续发展观的主要观点是什么，它与传统的发展观有何差异？ 从经济和环境上理解，可持续科学发展观是：在改善生活质量的前提下，不损害我们后代发展的能力。主要观点有： 首先，可持续科学发展思想强调的是发展，把消除贫困当作是可持续科学发展的一项不可缺少的条件。 其次，可持续科学发展思想把环境保护作为发展过程的一个重要组成部分，作为衡量发展质量、发展水平和发展程度的客观标准之一。 第三，可持续发展思想强调代际之间的机会均等。在发展中合理利用资源和具有清洁、安全、舒适环境的权力，当代人和后代人应该同样享有。 第四，可持续发展思想呼吁人们改变传统的生产方式和消费方式。要求人们在生产时要尽量少投入、多产出，在消费时要尽量多利用、少排放。 第五，可持续发展思想要求人们必须彻底改变传统的对待自然界的态度。建立起新的道德和价值标准。 差异：传统发展观仅仅考虑经济效益，传统发展观基本上是一种“工业实现观”，它以工业增长作为衡量发展的唯一标志，而忽略了环境的承载能力和资源的再生能力。可持续发展观强调了人与社会，人与自然的和谐统一2、试从绿色化学应用的12项原则中任选2项加以简单的论述。 绿色化学十二原则（原理） 1预防：防止废物的产生比产生废物后进行处理为好。 2原子经济性：设计的合成方法应当使工艺过程中的所有的 物质都用到最终的产品中去。 3低毒害化学合成：设计的合成方法中所采用的原料和生成 的产物对人类与环境应当是低毒或无毒的。 4设计较安全的化合物：设计生产的产品性能要考虑限制其毒性。 5使用较安全的溶剂与助剂：如有可能就不用辅助物质（溶剂、分离试剂等），必须用时也要用无毒的。 6有节能效益的设计：化工过程的能耗必须节省，并且要考虑其对环境与经济的影响。如有可能，合成方法要在常温、常压下进行。 7使用再生资源作原料：使用可再生资源作为原料，而不是使用在技术与经济上可耗尽的原料。 8减少运用衍生物：如有可能，减少或避免运用生成衍生物的步骤（如阻断基团、保护/脱保护、暂时修饰的物理/化学过程），因为这些步骤要用外加试剂并且可能产生废弃物。 9催化反应：催化剂（选择性）优于计量反应试剂。 10设计可降解产物：化学产物应当设计成为在使用之后能降解成为无毒害的降解产物而不残存于环境之中。 11及时分析以防止污染：要进一步开发分析方法，使其可及时现场分析，并且能够在有害物质生成之前就予以控制。 12采用本身安全、能防止发生意外的化学品：在化学过程中，选用的物质以及该物质使用的形态，都必须能防止或减少隐藏的意外（包括泄漏、爆炸与火灾）事故发生3、降解塑料 降解塑料是指在保存期内各项性能可满足使用要求，而使用后在自然环境条件下能降解成对环境无害的物质的塑料。 降解塑料的降解主要包括生物降解、光降解和化学降解三种类型。 1. 生物降解塑料 生物降解塑料是指在自然环境下可被微生物作用而发生降解的塑料。它是一类最重要的降解塑料。 （1）塑料的生物降解原理：当生物降解塑料制品被丢弃到自然环境中后，环境中的微生物（主要是细菌和真菌）在代谢过程中分泌出酶并附着于塑料表面，在酶的催化作用下，组成塑料大分子中的某些化学键发生断裂，分子链变短，高聚物变为低分子化合物，塑料的物理结构被破坏。由于低分子化合物是微生物的良好碳源，使微生物迅速增长，同时被吞噬的低分子化合物由于微生物的生化作用，最终被分解成 CO2 和H2O。 （2）影响生物降解的因素 1. 微生物的种类。酶共有六大类，其中只有水解酶和氧化还原酶可将塑料降解。不同的微生物，分泌出的酶也不同，降解能力也不同。 2. 塑料中化学键的类型。酯键、苷键和肽键在特定酶的催化作用下可发生断裂，而目前尚未发现能催化 C-C键断裂的酶。因此聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等难于生物降解。而脂肪族聚酯则被认为是最有前途的合成生物降解塑料。 3. 添加剂的性质和用量。塑料中常加入各种添加剂以改善其性能，不同的添加剂和添加量对塑料的生物降解性有不同的影响。一般有利于微生物繁殖和消化的添加剂能提高塑料的生物降解性。 4.温度、湿度和pH值等。合适的温度、较高的湿度和适宜的pH值是微生物生长的必要条件，凡有利于微生物生长的环境因素均有利于塑料的生物降解。（3）生物降解塑料举例 微生物塑料 这是一类由微生物合成的生物降解塑料，包括微生物聚酯、微生物纤维素、微生物多糖和聚氨基酸等，是一类能完全被自然界中的微生物降解的塑料。 微生物塑料有较高的生物降解性，且热塑性好，易成型加工，但在耐热和机械强度等性能上还存在问题，而且其成本太高，还未获得良好的应用。 聚乳酸塑料 聚乳酸（PLA）又称聚内交酯，是以微生物发酵产物乳酸为单体化学合成的。使用后可自动降解，不会污染环境。 聚乳酸可以被加工成力学性能优异的纤维和薄膜，其强度大体与尼龙纤维和聚酯纤维相当。聚乳酸在生物体内可被水解成乳酸和乙酸，并经酶代谢为 CO2 和 H2O，故可作为医用材料。日本、美国已经利用聚乳酸塑料加工成手术缝合线、人造骨、人造皮肤。聚乳酸还被用于生产包装容器、农用地膜 、纤维用运动服和被褥等。 淀粉塑料 含淀粉在90%以上，添加一些有利于生物降解的其他组份而形成的塑料。在1月1年完全生物降解而不留任何痕迹，无污染，可用于制造各种容器、瓶罐、薄膜和垃圾袋等。 以淀粉为原料开发生物降解塑料的潜在优势在于：淀粉在各种环境中都具备完全的生物降解能力；塑料中的淀粉分子降解或灰化后，形成二氧化碳气体，不对土壤或空气产生毒害；采取适当的工艺使淀粉热塑性化后可达到用于制造塑料材料的机械性能；淀粉是可再生资源，取之不绝，开拓淀粉的利用有利于农村经济发展。2. 光降解塑料 光降解塑料是指在光的作用下能发生降解的塑料。 大部分聚合物的自氧化反应的活化能为 41.8-167.2 kJmol-1，化学键的解离能为 167-600 kJmol-1 ，太阳光中波长为290-400nm的紫外光的光量子能量为 412.5-299.2 kJmol-1 。因此，到达地面的紫外光可使塑料中的弱键断裂，发生降解反应，先变成粉末状，而后再被微生物分解，最终变为为CO2和 H2O ，进入自然界生态循环。 （1）合成型光降解塑料 合成型光降解塑料由烯烃或其它单体与一氧化碳或乙烯基酮等含有羰基的光敏剂共聚而成。 乙烯/一氧化碳共聚物（E/CO） 光降解以主链断裂为特征。 E/CO 的光降解速度和程度与链所含的酮基的量有关，含量越高，降解速度越快，程度也越大，在阳光充足的六月，E/CO最快只需几天便可降解。 乙烯基类/乙烯基酮类共聚物（Ecolyte） Ecolyte分子侧链上的酮基在自然光的作用下可发生分解。Ecolyte的光降解性能优于E/CO，但成本也较高。 （2）添加型光降解塑料 添加型光降解塑料是在聚合物中添加少量光敏剂，经日光（紫外光）辐照而发生反应，使聚烯烃高分子断裂。在PE、PP等聚合物中添加酮类、胺类等光敏剂都可取得较好的光降解性。 添加型光降解塑料成本低，生产工艺简单，做覆盖地膜使用效果较好。 3.复合降解塑料 复合降解塑料是集光降解、生物降解和化学助剂诱导性降解为一体的新型可环境降解塑料。它不用淀粉而是采用价廉的无机基料碳酸钙，配以聚烯烃和各种助剂，采用先进的生产工艺和设备交联制造而成。复合降解塑料的降解首先是通过诱导性光降解，使聚合物的大分子降低到能被微生物侵蚀、吞噬的分子量以下，最后通过生物侵蚀性降解，达到完全降解目的。使源自自然的物质重新回到大自然当中。 使用碳酸钙做基料带来很多优点，如制品的加工性能好，产品理化性能好，降解诱导期可控，尤其是碳酸钙的价格远远低于淀粉，添加使用量占 60-70 % ，可使生产成本大幅度降低。 复合降解塑料的生产工艺简单，设备造价低廉，复合降解塑料可回收再利用，已具备工业化生产和大规模推向市场的条件。发展生物降解塑料意义深远 塑料材料和制品以其优异的综合性能、较低的价格、易成形等特点，在国民经济各领域以及人民生活中发挥着越来越重要的作用，但近年来其面临的资源紧缺和环境形势也变得越来越严峻。如何减轻对石油资源的依存，实施循环经济，保持可持续发展，成为塑料工业的全球性热门话题。 过去几十年来，塑料工业的发展，主要是建立在以石油为基础的合成树脂上。但石油是一类资源有限、不可再生的资源，近三年来价格暴涨，给塑料工业带来了不小的冲击。目前，研究制定减量化、再资源化及实施利用可再生资源的石油资源补充和替代战略，确保塑料工业可持续发展，已成为一股不可抗拒的潮流。同时，由于塑料废弃物在环境中较难自然降解，特别是一次性塑料制品废弃物质轻、量大、分散、脏乱，很难收集，由此造成的环境污染日趋严重，从而遭到各国环保部门和公众的责难，给发展中的塑料工业无疑带来了严峻的挑战。 从上世纪90年代开始发展的生物降解塑料产业，目前正在成为塑料工业缓解石油资源矛盾和治理环境污染的有效途径之一，市场前景十分广阔。近年来，世界工业发达国家十分重视生物降解塑料，特别是原料来自可再生资源或产业废气综合利用（如CO2）的生物降解塑料。据报道，目前全球研发的生物降解塑料品种已有几十种，可批量生产和工业化生产的品种主要有：微生物发酵合成的聚羟基脂肪酸酯（PHA、PHB、PHBV等)，化学合成的聚乳酸（PLA）、聚己内酯、二元醇二羧酸脂肪族聚酯（PBS）、脂肪族/芳香族共聚酯、二氧化碳/环氧化合物共聚物（APC）、聚乙烯醇（PVA）等，天然高分子淀粉基塑料及其生物降解塑料共混物、塑料合金等。 尽管生物降解塑料研发历史不算太短，但由于其涉及学科多，技术复杂，及用后回归自然速度受环境制约等问题，加之其应用性能还存在一些不足和价格高等不利因素，因此较长时间以来一直停滞在研发、小试、中试阶段。进入21世纪以来，一方面受资源和环境压力，另一方面国际上最大的生物降解塑料生产商美国NatureWorks在PLA推广应用和降低成本方面取得成就，给各国政府和广大科研工作者带来了希望，从而激发了生物降解塑料开发和产业化热潮。 目前，许多国家的政府对其发展予以热情关注和政策扶植，欧美许多国家政府正着手制定利用可再生资源补充替代石油资源的策略。如美国制定的可再生资源开发和利用战略设想目标中，2020年化学基础产品中至少有10%来自以植物/农作物基为原料的可再生资源，2050年将提升到50%。为奖励可再生资源的开发和利用，美国政府从1996年起设置了总统绿色化学挑战奖，鼓励发展生物降解塑料产业。2002年日本经济产业省提出了生物技术战略大纲，并决定制定综合利用农林水产业废弃物及食品废弃物生产生物能源与生物质降解塑料等有关研究计划和政策，以促进塑料原料从面临枯竭的石油资源向可再生资源转化，因此日本生物技术和生物降解塑料研发十分活跃，产业得以稳步健康发展。 为使生物降解塑料尽快进入市场，近年来欧美日等国加强了应用开发，大力培育市场，以加速产业化实用化进程。NatureWorks与日本三菱树脂、三井化学、钟渊化学等十多家公司合作，开发出食品包装、工业包装、电器外壳及纤维、医用无纺布等几十种产品，并正逐步进入市场。另外，通过积极参与具有国际影响力的大型活动，提高社会对生物降解塑料的认知度和培育市场，成为国际上推广生物降解塑料的重要手段。 对于中国这样一个塑料制品生产和消费大国，生物降解塑料的研发、生产与应用对塑料产业的可持续发展具有更加重要的意义。进入21世纪，中国也掀起研发生物降解塑料的热潮，并取得可喜进展，目前已进入中试或批量生产的品种有PHA（PHB、PHBV、PHBHHX等)、PLA、PBS、APC、改性PVA、淀粉基塑料、淀粉/PVA、PLA、PCL等塑料合金及共混物等。中国“十一五”规划纲要中也将建设资源节约型、环境友好型社会作为重要的发展目标，在这种趋势下，中国相关行业组织及企业正在积极努力通过2008北京奥运会和2010上海世博会来扩大生物降解塑料的应用，同时通过制定产品标准，加快应用研究及加强国际合作等技术途径，促使生物降解塑料产业进入一个快速成长通道，为中国塑料工业可持续发展提供支撑。内容较多，可随个人意愿删减提炼4：两种降低危害性的方法 最大限度地使用或产生无毒或毒性小的物质 合成方法的设计在一个化工生产过程中占有极其重要的地位，其决定了该过程的后续分离、废物处理的工序。绿色化学的基本目标为，在化学设计的各方面将危害性降至最小。与通过限制、制定规则等进行环境保护方法不同的是，绿色化学将化学作为解决污染的一个方法，而不是污染的问题。通过化学与化学技术自身的改进以实现污染防止。 在进行化学设计时必须考虑危害性。危险性=危害性暴露性只有两个方法可以降低任何危害的危险性。 其一为最大程度地降低暴露， 其二为尽可能降低内在危害性。 降低暴露性有多种方法，如保护性衣服、工程控制、防毒面具等。那些认为化学设计中不需考虑危害性的人们认为，他们的化学家懂得如何处理有害物质，因而他们应该使用所选择的物质而不必顾虑其危害性。显然，这是一个不合逻辑并不负责任的观点。通过降低暴露性来减小危害性的方法具有很大的缺陷：其一为所有的废物处理均需要较大的费用；其二为暴露控制会有失败的情况。因此，降低暴露性是一个指标的方法，无法从根本上消除危害与危险。 相反，危害性是一个化学物质的固有性质，不会变化。因此，在化学设计中应充分考虑危害性，采用各种方法与手段将其降至最小。这不仅从根本上消除或减小危险，而且大大降低费用，是最佳的污染防止方法。 1.设计化学产品时应尽量保持其功效而降低其毒性 绿色化学在这方面的研究通常简称为“设计更安全的化学品”（Designing Safer Chemicals）。任何物质的分子结构同其同其特性均有内在的联系。当这种联系的知识被掌握时，化学家可以在很大程度上从化学品的分子结构预测其特性。当然，在化学领域也开发了许多测定与估算化学性质的工具。所研究的产品多种多样，如染料、涂料、粘合剂、药品等，而且几乎涉及了更种性质，如颜色、拉伸强度、交联性、抗癌活性等。同时，化学家、毒性专家及药物专家们也开发了利用化学结构知识确定分子毒性的工具。基于以上的研究基础与知识，化学家们能够设计更安全的化学品。设计更安全化学品的目标为使所设计的化学品具有最大的所需性质与功能和最小的毒性与危险性。这种设计的关键是如何在所需性能与危害性之间进行平衡。由于化学毒性机理、分子结构表征与控制方面的巨大进步，更安全化学品的设计已成为可能。测定化学品是否具有所涉及的功能与性质是件很容易的事情，但在确定分子如何产生毒性方面却不总是一件容易的工作。在过去的几十年里，人们进行了大量的努力来研究物质对人体及环境中的作用机理，这些机理能够详细的表明化学物质在体内与环境中产生毒性作用的具体反应。若掌握了该机理，化学家就可以通过改进结构来避免这些反应的发生，从而降低其毒性。 设计更安全化学品有几种方法与途径。第一种方法，如果已知某一反应是毒性产生的必要条件，则可以通过改变结构是这个反应不发生，从而避免或降低该化学品的危害性。当然，任何结构的改变必须确保分子的作用与性质不变。第二种方法适用于毒性机理不明确的情况。在这种情况下，化学结构（如某种功能团的存在）同毒性间的关系一般仍可以找到。这时可以通过避免、降低或除去同毒性有关的功能团来降低毒性。第三种途径是降低生物利用率（Bioavailability）的方法。该方法的理论基础是，如果一种物质是有毒的，但当它不能到达使毒性发生作用的目标器官时，其毒性作用就无法发生，则该物质被转变成无害物质。由于化学家已长期从事改变分子的物理与化学性质的研究，他们可以容易的控制分子使其难以或不能被吸收。通过降低吸收和生物利用率，毒性可以得到消弱。因此，只要降低分子生物利用率的改性不影响分子的功能与用途，则该方法是十分有效的。2.尽量不用辅助剂而需要使用时应采用无毒物质 辅助剂的一般使用在化学品的制造、加工与使用中，几乎处处都使用辅助剂。这些物质的使用是用来克服分子或化学品合成与制造中的特殊障碍。许多辅助剂被用得如此广泛，以至于很少有人评估其是否有使用的必要。这种现象广泛存在与溶剂与许多操作中的分离剂方面。通常，这些辅助剂对人类与环境具有一定的负面影响. 助剂的使用不仅对人类健康与环境产生危害，而且大量的消耗能源与资源。因此，应尽量减少其使用量。在必须使用时，应选择无害的物质来代替有害的辅助剂。在这方面的研究是绿色化学的研究方向之一3.能量使用应最小并应考虑其对环境及经济的影响 (1)化学工业的能量消耗 长期以来，人们已认识到能量的使用与产生对环境有很大影响。化学及化学转换在将物质转换成能量及将已存在的能量转换成可用的形式上起主要的作用。然而，化学领域需要绿色化，以使这些过程成为可持续过程。目前，工业化国家消耗了大量的能源，特别是美国，其消耗的能源约占世界消耗能源总量的四分之一。在工业化国家里，化学工业消耗了很大部分的能量，是耗能最大的工业之一。因此，必须在化学过程的设计中充分考虑能量的节约与最佳利用。 (2)化学反应中的能量需要 对于一个需要加入外力才能发生的反应，往往需要加入一定的热量用以克服其活化能。这类反应可以通过选择合适的催化剂来降低反应活化能，从而降低反应发生所需的初始热量。若反应是吸热的，则反应开始后需要持续加入热量以使反应进行得完全。相反若反应是放热的，则需要冷却以移出热量来控制反应。冷却对于反应速度很快的反应是十分必要的。另外，在化工制造中有时也需要降低反应速度以防止反应失控而发生事故。无论加热还是冷却，均需要较大的费用并对环境具有影响。 (3)分离过程的能量需要 化学工业中耗能最大的是净化与分离过程。净化与分离可通过精馏、萃取、再结晶、超滤等操作实现，但均需要大量的能量来实现产品从杂质中的分离。因此，化学工业节能的一个重要方法是通过优化过程设计，减少分离操作的需要，从而可以大大降低能量需要。化学家在这方面可以起重要的作用。 (4)微波能与超声能 微波能已被用于加速化学转换特别是固态反应。同其他的加热方式相比，微波技术具有突出的优点，即不需要使化学反应发生的延长加热。另外，同在溶液中进行的反应不同，固态反应避免了辅助剂的加热，节省了能量。 另外研究发现超声能对某些类型的转换可以起催化剂的作用。通过超声技术，反应物质的局部环境得到改善以促进化学转换的发生。这种技术对某一化学反应是否有效，还需要具体研究。(5)最优的化学转换应是最节能的 化学家在开发出一个反应或整个合成过程后，往往要对其进行优化，但其考虑的往往是如何提高产率，而经常忽略了能量的问题。通常他们将能量问题留给过程工程师来考虑。但正如一个化学过程中有害物质的使用与产生一样，设计反应的化学家可以通过对一个反应体系进行调节与优化，从根本上改变其对能量的需求从而使该过程的能耗最低。因此，化学家在设计化学过程的各个阶段时均应充分考虑能量问题并使能耗最小。 4.最大限度的使用可更新资源（1）可更新原料与枯竭原料 可更新资源的利用一直是科学、工业及环境方面所关心的重要问题。可更新资源与枯渴资源的区别主要在于“时间”上。通常所说的枯竭资源一般指化石燃料(Fossil fuel)，主要是由于其形成需要几百万年时间，这么长的再生时间是人类所无法等待的。假如植物可以较快地转化成石油，化石燃料也可以被认为是可更新资源。只是这种转变很难实现，因此人们通常认为化石燃料在枯竭。事实上，一个真正的枯竭资源是太阳与太阳能。因为太阳能一旦被耗尽就永远不能再补充。但由于太阳将持续几百万年，人们认为太阳是一个无限的能源，从而将太阳能看作是可持续的能源。 可更新原料一般指各种生物质(Biomass)原料，但其他可在有限时间内再生成的物质也属于可更新资源，如CO2。由于其可容易地从到处可获得的资源制造，因此被认为是一个可更新原料。 (2)资源使用对环境的影响 化石燃料的使用已长期地对人类健康与环境产生负面影响。如煤采掘与石油开采中对操作人员肺的危害(黑肺)及对生长环境造成的破坏。另外，石油炼制造成了严重的空气污染等。 化工原料多数来自石油炼制。由于石油很少含有氧元素，往往需要氧化反应来获得某些产品。众所周知，氧化反应通常需要重金属作氧化剂对人类健康与环境造成极大危害。因此，氧化化学被认为是污染最严重的化学。相反，生物质含有一定的氧，用其作原料可以避免或减少氧化步骤，从而降低环境污染。(3)枯竭原料的使用面临着经济压力 同可更新原料相比枯竭原料由于其不可更新性，面对着枯竭的威胁，从而导致使用枯竭资源作原料的工业过程自然面临着经济方面的压力，亦将影响人们的生活。因此，在所有可能的情况下，应尽量使用可更新原料。 ( 4)生物质原料的利害关系 生物质作为原料在经济与环境方面也不是没有问题的。经济上的问题之一是一个生物质原料在需要时的可获得性。如在自然灾害发生或持续大量需要时，生物质原料可能没有足够的数量以满足要求，从而影响经济发展与效益。另一个问题是，生物质原料的生长需要大量的土地与能量。因此，以生物质资源作为工业生产的原料亦有一定的限制。特别是工业化国家，土地稀少，人口密度大，没有足够的空间提供大量生物质原料生长所需的土地。5.尽量避免不必要的衍生步骤 目前，化学合成特别是有机化学合成的工艺与科学，变得更复杂，其要解决的问题也更具挑战性。因此，已开发出许多分子与化学过程的控制方法来克服相应的障碍。如为了使一个特别转换发生有时需要进行分子修饰或所需物质衍生物的产生来辅助实现。下面介绍化学合成中的一些衍生现象及其弊端。 (1)保护基因(Blocking group) 一个最常用的技术是保护基团方法的使用。保护基因是用来保护一个敏感部分避免发生化学反应，否则会危害其功效。一个典型的例子是通过产生二苄醚来保护醇，以使分子的另一部分发生氧化反应而不影响醇。氧化反应完成后，通过二苄醚的解离可容易地重新生成醇。这种形式的衍生在精细化学品、制药、农药及一些染料的合成中广泛地使用。很显然，在上面酌例子中，需要使用苄基氯来生成衍生物质，然而在解保护时其成为废物。苄基氯的毒性很大，需要进行处理。因此，为了克服转换中的障碍而使用的保护基团有时具有很大的危害性。该方法不仅消耗了额外的试剂，而且产生需要处理的废物，应在一切可能的条件下，尽量避免使用保护基团的方法。(2)暂时改性 通常某些物质需要同其他物质配制或混合以影响其宏观或操作性质。如为了各种加工需要，有时要对粘度、蒸汽压、极性及水溶解度等进行暂时的改性以易于加工。同保护基团法一样，当功能完成后，原始物质可以容易地再生成。显然，在原始材料再生成时所加入的辅助材料成了废物。一个例子为聚合物加工。为了获得良好的流动性，需要将聚合物溶解于某种溶剂中，而在加工成型后需要通过挥发等方法除去所加入的溶剂，以获得所需要的最终聚合物材料。在该过程中，溶剂的使用只是为了加工的需要，其最终成为废物。这不仅消耗了资源，也对人类健康与环境有害。 (3)加入功能团提高反应选择性 在设计一个合成方法时，化学家总是追求高选择性。当一个分子中存在几个反应位置时，必须适当地设计合成方法以使反应发生在所需要的位置。实现这种目标的方法之一是先使这个位置产生个易于同反应物反应的衍生基团，而该基团又能容易地离开。这样反应就可以优先发生在所要求的位置，提高了反应的选择性。显而易见，这种方法需要消耗试剂来产生衍生物，而该试剂最终成为废物。综上所述，衍生步骤不仅消耗资源，而且必然产生废物。有时所需的试剂或所产生的废物具有较大的毒性，需要特殊处理。因此，在化学过程中应最大限度地避免衍生步骤以降低原料的消耗及对人类健康与环境的影响。6.催化试剂优于化学计量试剂只有很少几种化学反应，其所有反应物的原子均转化至产物中，而且不需要加入其他试剂。在这种情况下，化学计量反应只有100的原子经济性，是环境友好的化学反应。然而多数情况下，化学计量反应具有下列一些问题。 部分反应原料不能完全发生反应。因此，即使产率是100，应有剩余的未反应原料。 原料中只有部分是最终产品所需要的。因此，其他的部分成为废物。 为了进行或促进反应，需要加入额外的试剂，而这些试剂在反应完成后需要徘放到废物流中。 由于这些原因，催化反应较传统的化学计量反应具有许多突出的优点。催化剂的作用是促进所需的转换，但本身在反应中不被消耗，也不出现在最终产品中。这种促进作用有几种形式。 加强选择性。利用催化作用来加强反应的选择性是一个长期以来的重要研究领域。选择性催化可实现反应程度、反应位置及立体结构方面的控制。选择性催化不仅可提高原料的利用率，而且可降低废物的产生，是绿色化学的重要工具与研究方向。 降低反应活化能。催化反应除了具有材料的利用与废物产生方面的益处，在能量利用方面亦具有巨大的优点。催化剂可以降低反应活化能这不仅有益于控制，而且可以降低反应发生所需的温度。在大规模化生产中，这种能量降低无论从环境影响方面还是从经济影响方面来看，均是非常重要的。7.化学品应设计成使用后容易降解为无害物质1.现状 化学品在环境中所关心的一个主要问题是所谓的“持久性化学品” (persistent chemicals)或“持久性生物累积器”(persistent bioaccumulators)。这就是说，化学品在被使用后或被释放到环境中后，其在环境中保持原状或被各种植物和动物吸收，并在动植物体内累积与放大。通常，这种累积可对人类和生物体产生危害，包括直接的影响和间接的毒性。 由于以往在化学品的设计中没有或很少考虑其使用后的处理，及其对人类健康与环境可造成的影响，目前许多化学品难以降解，如有机氯农药、塑料等。由于在环境中不易消失，成为主要的化学污染源之一。为此，目前许多研究人员致力于研究开发非持久性化学物质，特别是可生物降解物质，来替代持久性化学物质，如可降解塑科、新农药等等。2 环境中的持久性物质(1)塑料(Plastics) 塑料曾因其持久耐用性而受到欢迎，其在土壤、海洋及其他水介质中人易降解，具有很好的稳定性。塑料的这些性质扩大了其用处，但也同时带来了环境问题。那就是塑料难以降解成无害物质而在使用后长期存在于环境中，成为白色污染。目前，人们正在大力开发塑料的降解方法及可降解型新塑料。 (2)农药(pesticides) 许多农药是有机卤代结构的物质，这些化学品易于在许多植物与动物体中累积。这种累积不仅对其本身有害处，也对消费这些动植物的人类产生严重影响。农药中最早被发现有这种作用的是双对氯苯基三氯乙烷(DDT)。 (3)化学设计中应考虑降解功能 无论设计什么样的化学产品，目的均是要使所设计化学物质具有所需的功能与性质。目前，这些性质已不仅仅包括其使用功能，而且还应包括使用后的易降解件。例如，一种塑料是用来作垃圾袋的，除了应具有所需的功能外， 一个重要的性质是其使用后应易于降解，否则将成为新的白色垃圾并造成白色污染。在开发降解方法与设计化学品地降解性时，应考虑降解后生成物质的危害性。若降解生成的物质具有相近或更大的危害性，则降解的目的就没有实现。正如绿色化学的其他过程一样，降解过程的开发与设计应充分考虑其对人类健康、生态系统、野生动物及整体污染的影响。8.分析方法应能实现在线监测并在有害物质形成前加以控制 分析化学在环境科学中一直起着重要的作用，如毒性分析、污染监测等是环境保护与污染治理的基础。目前，分析化学的重点领域是开发可防止与减少化学过程中有害物质生成的方法与技术。过程分折化学研究在绿色化学中的重要性