《绿色化学的任务》PPT课件

轻化工程学院,第二章绿色化学的任务,第一节绿色化学的再认识第二节大力发展绿色化学第三节绿色化学的任务第四节绿色化学十二原则,轻化工程学院,第一节绿色化学的再认识,轻化工程学院,绿色化学,1、绿色化学的内涵,4、进一步认识绿色化学,2、绿色化学是可实现的理想,3、绿色化学与环境保护的差异,轻化工程学院,绿色化学的内涵,绿色化学是当今国际化学科学研究的前沿，是新兴交叉学科。传统的环保方法治标，绿色化学治本。绿色化学是一门从源头上、从根本上减少或消除污染的化学。绿色化学的基本思想可应用于化学化工的所有领域。,轻化工程学院,绿色化学的内涵,绿色化学的目标：化学过程不产生污染，即将污染消除于其产生之前，实现这一目标之后就不需要治理污染。因为其根本不产生污染，是一种从源头上治理污染的方法，是一种治本的方法。,轻化工程学院,绿色化学的内涵,绿色化学的研究内容：致力于研究经济技术上可行的、对环境不产生污染的、对人类无害的化学品的设计、制造和使用；化学过程的设计和使用。,轻化工程学院,绿色化学的内涵,绿色化学的定义:绿色化学就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、副产物的新兴学科，是一门从源头上、从根本上减少或消除污染的化学。,轻化工程学院,绿色化学是可实现的理想,绿色化学的目标就是追求完美。合成效率对绿色化学十分重要。物质过程对人类、对环境的危害很难定量。我们可以在特定条件下采用对我们最有利的物质和方法。,轻化工程学院,绿色化学与环境保护的差异,环境保护着重于处理已有的污染物。绿色化学利用化学来预防污染，不让污染产生。,轻化工程学院,进一步认识绿色化学,从科学观点看，绿色化学是化学基础内容的更新。从经济观点看，绿色化学提供合理利用资源和能源、降低生产成本、符合经济可持续发展的原理和方法。从环境观点看，绿色化学提供从源头上消除污染的原理和方法。,第二节大力发展绿色化学,轻化工程学院,人类社会可持续发展的必然要求,科学技术和经济发展的需要,轻化工程学院,大力发展绿色化学是人类社会可持续发展的必然要求,化学工业造成的危害,人类别无选择,绿色化学是解决问题的唯一方案,轻化工程学院,科学技术和经济发展的需要,化学工业在整个工业体系中占有很大的比例。化学工业公司一方面要想方设法降低成本，一方面又要为治理污染物而增大成本。绿色化学能够降低化学品生产的显性成本和隐性成本。,轻化工程学院,第三节绿色化学的任务,轻化工程学院,设计安全有效的目标分子,寻找安全有效的反应原料,寻找安全有效的合成路线,寻找新的转化方法,寻找安全有效的反应条件,一:设计安全有效的目标分子,轻化工程学院,1983年，华盛顿，专题讨论会设计安全化学品就是利用分子结构与性能的关系和分子控制方法，获得最佳所需功能的分子，且分子的毒性最低设计安全有效化学品包括两个方面的内容：,新的安全有效化学品的设计对已有的有效但不安全的分子进行重新设计实验台+计算机+通风橱-三位一体,轻化工程学院,二:寻找安全有效的反应原料,轻化工程学院,1：用无毒无害原料取代有毒有害原料例一(CO2替代光气制聚氨酯）go例二（消除氢氰酸的使用）go例三（改变原料生产己二酸）go,轻化工程学院,例一,用二氧化碳代替有毒有害的光气生产聚氨酯,轻化工程学院,传统工艺：由胺与光气合成异氰酸酯，再合成聚氨酯,RNH2+COCl2,RNCO+2HCl,RNHCO2R1,新工艺：用二氧化碳代替光气与胺反应生成异氰酸酯,RNH2+CO2RNCO+H2ORNHCO2R1,例二,2、改变工艺,消除有毒有害氢氰酸的使用,轻化工程学院,亚氨基二乙酸二钠，过去用氨、甲醛和氢氰酸为原料分两步合成：,NH3+2CH2O+2HCNNCCH2NHCH2CN2NaOHNaO2CCH2NHCH2CO2Na+NH3,轻化工程学院,新方法为：,例三,3、改变原料,生产己二酸,轻化工程学院,传统的生产工艺是：,轻化工程学院,4、新方法：,不需要使用溶剂，不再使用有毒害的原料苯，过氧化氢氧化剂的腐蚀性也远比硝酸小，同时不产生其它其害污染物,轻化工程学院,更好方法：,不再采用有毒害的苯作原料，采用了可再生的生物资源葡萄糖，拓展了己二酸合成的原料路线。,轻化工程学院,5、以可再生资源为原料,150年前，工业有机化学品来自于植物提供的生物质（biomass)-是指可再生和可循环的有机物质.煤、石油、天然气、生物质作原料的研究受到人们的普遍重视生物质：淀粉+木质素木质素：1640亿吨/年利用率1.5%生物质在有效利用之前需要降解,轻化工程学院,可再生资源为原料存在的问题,科学问题:木质素的结构研究木质素的定向降解研究已取得的进展:TexasA广州化学所：二氧化碳即作溶剂又作反应试剂的烯烃羰基化反应研究;超临界水超临界水+二氧化碳,轻化工程学院,2：水作溶剂的两相催化法,利用水溶性均相络合催化剂，催化剂在水中有很大溶解度，它和有机反应物组成两相催化体系，反应在有机相和水相的界面上进行利用催化剂中心原子配体性质、表面活性剂等，使体系在两相界面上形成胶束，以增大两相接触界面，并增大界面上反应物的局部浓度利用胶束的的结构效应还可控制产物的立体选择性。,轻化工程学院,2：水作溶剂的两相催化法,这样，不仅反应条件温和、活性高、选择性好，反应之后有机相与水相也极易分离，同时，用水作溶剂也避免了有机溶剂对环境的污染。,第四节绿色化学十二原则,轻化工程学院,1,3,5,7,9,11,2,4,6,8,10,12,轻化工程学院,1、不让废物产生而不是让其生成后再处理,正常成本：原料和试剂的费用化学物质的储存和处理费用十分可观美国的大化学：研发经费环境保护和安全处理危险物品的费用一直呈上升趋势是否需要处理化学物品的标准是废物产生是否造成了“破坏”最常见的废物之一就是未转化的原料和试剂可能情况下，尽可能把污染消除在源头,轻化工程学院,2、最有效地设计化学反应和过程，最大限度地提高原子经济性,原子经济性(atomeconomy)指化学反应中反应物的原子进入产物中的多少.原子经济反应重排反应加成反应非原子经济反应取代反应消去反应,轻化工程学院,3、尽量不使用、不产生对人的健康和环境有毒有害的物质。,绿色化学要尽可能减少危险品的使用避开被危险品伤害的方法减少与危险品的接触消除危险品的使用必须考虑危险品的实际原因有多层：不增加费用，不可能控制与危险品的接触一旦控制失败，人就有极大危险目前有足够的能力控制别无选择，必须这样做,轻化工程学院,4、尽可能有效地设计功效卓越而无毒性、无危险性的化学品,设计更加安全的化学品设计更加安全的化学品是可能的设计更加安全的化学品有多种方法已知毒性机理，就可改变和修饰该物质的结构不知毒性机理，要设法除去分子中的“毒效”基团减少分子的“生物药效性”,轻化工程学院,5、尽可能不使用辅助物质，即使使用，也要采用无危险性的物质作为辅助物质,辅助物质面临的困境辅助物质的普遍使用溶剂问题溶剂对环境的影响消除辅助物质危害的方法超临界流体（Supercriticalfluids）非溶剂化（Solventless）水作溶剂固定化,轻化工程学院,6、考虑环境和经济效益，并使能耗最低,化学工业中能量的普遍使用预反应过程使用能量用热能加速化学反应用冷却方法控制反应分离需要的能量新的能量利用方式微波声纳光化学反应和辐射促进化学反应优化反应条件，使能耗最小,轻化工程学院,7、使用可再生的物质作反应原料，不用一次性原料,“可重复使用”与“一次性”是由时间尺度来确定的“一次性原料”指的是化石燃料可重复使用的原料常指生物和植物原料,轻化工程学院,8、避免衍生反应,合成化学受到的挑战及目前的对策保护基团成盐加上一个离去功能团,轻化工程学院,9、使用性能优异的催化剂,计量化学反应伴随着如下情况：其中一种反应物A或B是控制试剂仅有反应物A或B，或者A和B中的少部分原子进入产物需要另外的试剂来使反应顺利进行催化作用能对化学计量反应造成巨大的有利影响催化剂提高选择性催化剂降低能耗,轻化工程学院,10、设计在其功能完成后，可以降解为无害物质的化学品,塑料在环境中的持久性杀虫剂象设计分子的其他功能一样，把降解作为一个功能加以设计生物降解性设计,轻化工程学院,11、发展现场、现时分析仪器，监测和控制有害物质的生成,需要精确可信的敏感元器件，监测器件和分析技术需要发展现场的，与时间有关的分析技术监测反应是否已进行完全,轻化工程学院,12、化学过程中使用的物质应尽可能选择好