第2章 绿色化学.ppt

08.06.2020，第二章绿色化学原理，湖南科技大学化学化工学院，08.06.2020，本章目录，2.1绿色化学的概念2.2绿色化学的2.3化学反应的原子经济性2.4原子经济和环境效应2.5绿色化学的研究内容2.6绿色化学的十二原则，湖南科技大学化学化工学院， 08.06.2020 2.1绿色化学概念，湖南科技大学化学工业学院，08.06.2020，2.1绿色化学概念，如果没有绿色化学，22世纪化学制造业将不复存在。 湖南科技大学化工学院，08.06.2020，2.1绿色化学概念绿色化学可以实现，绿色化学与环境控制不同，湖南科学院化工学院，08.06.2020，2.1绿色化学概念，绿色化学是当前国际化学科研的前沿。 吸收现代物理、生物、材料、信息等学科的最新理论与技术，是一门具有明确科学目标和明确社会需求的新兴交叉学科。 传统的环境保护方法是管理污染，或者是对污染的末端管理，即研究现有污染物的环境污染状况，研究这些已经产生的污染物的管理原理和方法，是一种治疗方法。 2.1绿色化学概念、湖南科技大学化工学院、08.06.2020、2.1绿色化学概念目标、绿色化学目标，是化学工艺不会造成污染、污染即将消失之前。 达到这个目标后，不需要管理污染，完全不发生污染，是从源头管理污染的方法，是根本的方法。 如何从源头防治污染，从根本上减少或消除污染，提高反应的原子经济性，实现废弃物“零排放”，是绿色化学追求的首要目标。 绿色化学是一门新兴学科，利用化学原理和方法，减少或消除人类健康、社区安全、对生态环境有害的反应原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物，是从源头上根本减少或消除污染的化学。 1、绿色化学的目标，湖南科技化工学院，08.06.2020，2.1绿色化学的概念目标，绿色化学的目标，包括在生产过程中绿色化学节约原材料和能源，淘汰有毒原材料，在生产过程中排放废弃物前减少废弃物的数量和毒性。 对于产品来说，绿色化学可以自由减少从原料加工到产品最终处理的全周期的不良影响。 绿色化学不仅给传统化工带来革命性的变化，也推动绿色能源工业和绿色农业的建立和发展。 因此，绿色化学是一种更高水平的化学，化学家不仅研究化学品生产的可行性和现实用途，还考虑到满足绿色化学的要求，不产牛或减少污染的化学过程而设计。 湖南科技大学化工学院，08.06.2020，2.1绿色化学的概念可行性，2 .绿色化学是可以实现的，绿色化学的目标是追求完美(通过逐步克服一系列困难)。 在绿色化学中，合成效率非常重要，合成效率的高低不仅体现了合成方法的先进性，也体现了经济实现与否。 反对意见：难以量化某种物质对人类和环境的毒性和危害性。 湖南科学院化工学院，08.06.2020，2.1绿色化学概念可行性，目前绿色化学领域的进展得到否定的回答。 这方面取得的成果不仅解决了传统方法对环境、人类健康的危害，在经济技术指标、原料有效利用、工艺效益等方面也取得了良好的效果，成为市场驱动和效益驱动的技术。分子的结构与性能的关系，可以很好地帮助人们预测物质的有害性。 我们可以在特定条件下比较选择合适的物质。 湖南科技大学化工学院，08.06.2020，2.1绿色化学概念与环境保护的差异，3 .绿色化学与环境保护的差异是发展了处理创造性化学废弃物的方法，发展了减轻化学废弃物堆积场所危险的方法和补偿化学废弃物危害的方法，处理了空气污染、水污染和土壤污染的检测方法和污染但是，这些不能说是绿色化学。 绿色化学利用化学防治污染，避免产生污染，不处理现有污染物。 湖南科技大学化工学院，08.06.2020，2.1绿色化学概念与环境保护的差异，提供了绿色化学方法、暂时解决、永久性管理，面临着、传统方法、不断增加的环境污染，湖南科技大学化工学院， 08.06.2020 2.1绿色化学概念进一步认识，4 .进一步认识绿色化学，科学观点：绿色化学是化学学科的新领域，是化学基础内容的更新。 从环境友好、经济可行的绿色化学产品的设计，发展环境友好、经济合理的原料化学，提高化学反应的收率和选择性，或者从新的原料，发展原子经济性、高选择性的新反应，完成绿色目标产物的合成。 湖南科技大学化工学院，08.06.2020，进一步认识了2.1绿色化学的概念，从经济角度出发，绿色化学合理利用资源和能源，降低生产成本，提供经济可持续发展的原理和方法。 从环境角度出发，绿色化学提供了从源头清除污染的原理和方法，将现有化学和化工生产的技术路线从“先污染，后管理”改为“不发生污染，从源头清除污染”。 End，湖南科技大学化工学院，08.06.2020，2.2为何需要大力发展绿色化学，大力发展湖南科技大学化工学院，08.06.2020，2.2绿色化学是人类社会可持续发展的必然要求，是科技和经济发展的内在需要， 湖南科技大学化工学院，08.06.2020，2.2大力发展绿色化学是湖南科技大学化工学院，08.06.2020，2.2大力发展绿色化学、环境与资源，同时存在着绿色化学、解决、循环经济可持续发展、危机、需求、绿色化学、 湖南科技大学化工学院，08.06.2020，大力发展绿色化学，大力发展绿色化学是科学和经济发展的需要，化学学科本身的发展应适应资源和社会需求的变化，研究内容和方法也应更新。 绿色化学产生了。 科学观点：湖南科学院化学工业学院，08.06.2020，大力发展2.2绿色化学，在工业体系中化学工业占很大比例发展化学工业发展经济，要求新的原理和方法，发展新的技术，降低化学品生产的显性成本和隐性成本环境方面：绿色化学正具有这方面的潜力。 另外，在一些行业，管理污染发生所需的费用可能远远大于自身产生的利润，如果没有新的原理、新的技术，这些行业只能破产关门。 因此，必须大力发展绿色化学。经济方面，End，湖南科技大学化学工业学院，08.06.2020，2.3化学反应的原子经济性，湖南科技大学化学工业学院，08.06.2020，2.3化学反应的原子经济性，反应物的转化率，提高目标物的选择性，湖南科技大学化学工业学院，08.06.2020，2.3.1原子利用率，2.3.1原子利用率原子利用率定量基于理论收率比较原子利用率，是平衡中不同途径合成相同特定产品时对环境影响的快速评价方法。 具体计算方法为：RogerA.Sheldon1992，湖南科技大学化学工业学院，08.06.2020，2.3.1原子利用率，可以测定在某种化学反应中，生产出一定量的目标物的废弃物。 湖南科技大学化工学院08.06.2020、2.3.1原子利用率和100%原子利用率的化学反应两个主要特征：最大限度地利用了反应原料，最大限度地节约了资源，最大限度地减少了废弃物的排放量，最小限度地减少了环境污染，消除了化学反应副产物造成的污染。 湖南科技大学化学化工学院，08.06.2020，2.3.1原子利用率，Examples，Example3:甲基丙烯酸酯的合成，Example2:环氧丙烷的制备，Example1:环氧乙烷的制备，湖南科技大学化学化工学院，08.06.2020， 2.3.1原子利用率，Example1，环氧乙烷的制造传统的生产方法：氯乙醇水解法绿色生产方法：催化氧化法，湖南科技大学化学工业学院，08.06.2020，2.3.1原子利用率，传统的方法3360，湖南科技大学化学工业学院，08.06.2020， 2.3.1原子利用率、缺陷：1 .原子利用率仅为25%的目标物1kg废弃物3kg.2 .反应物Cl2是有毒有害气体，它腐蚀设备，危害人体，对设备要求严格.3.得到目标物需要分离和纯化处理。 进一步反应的收率和选择性为1003360，湖南科技大学化学工业学院，08.06.2020，2.3.1原子利用率，以银为催化剂，用氧直接氧化乙烯进一步合成环氧乙烷，假定反应的原子利用排列达到100%。 绿色方法：分子量： 281644目标产物量： 44废弃物量： 0，湖南科技化学工业学院，08.06.2020，2.3.1原子利用率，原子经济性高(100% )氧对人和环境安全。 不需要分离和纯化。 绿色方法的优点，iftheselectivityofthereactionscouldach 100 %湖南科技大学化学工业学院，08.06.2020，2.3.1原子利用率，Example2，环氧丙烷的制造，湖南科技大学化学工业学院，08.06.2020，2.3.1原子利用率传统方法，3，3，3，3，3，3，湖南科技大学化学工业学院，08.06.2020，2.3.1原子利用率，传统方法每一个缺点的反应选择性和收率为100%，则：1，1 .原子利用率仅为31%，即目标物1kg废弃物2kg.2 .反应物Cl2为有毒有害气体湖南科技大学化学工业学院，08.06.2020，2.3.1原子利用率，钛硅分子筛直接催化氧化法，绿色方法，42，34，58，18，C3H6O H2O，CH3CH=CH2 H2O2，Titania-sillicamolecularsieve，58、18、58、222222222222652、42、1000000埃、埃、埃、埃6反应物的过氧化氢对人和环境的安全性高。 该方法的环境友好度明显高于传统方法。 绿色方法的优点是，进一步反应的选择性和收率为100%，湖南科技化学工业学院，08.06.2020，2.3.1原子利用率，Example3，甲基丙烯酸甲酯的合成，湖南科技化学工业学院，08.06.2020，2.3.1原子利用率，苯酚的副产物乙酰这是废弃物活用的典型例子，原料的原子利用率只不过是46%，每次生产lkg的目标物，生成1.15kg硫酸氢铵的同时，也与剧烈的氰酸的使用有关。H3CCOCH3HCN，传统方法，湖南科技化工学院，08.06.2020，2.3.1原子利用率，传统方法，分子量： 58273298215，湖南科技化工学院，08.06.2020，2.3.1原子利用率，传统方法的缺点，1 .原子利用率只有46%，即， 目标物1kg废弃物1kg.2 .反应物HCN有毒，腐蚀t设备，伤害人体，需要特殊的设备和防护措施。 3 .得到所需产品需要分离和纯化。 反应的选择性和收率为100%，为：湖南大学化学工业学院，08.06.2020，2.3.1原子利用率，该方法利用石脑油分解的副产物丙烯CH3CCH，CO，用乙酸铅Pb(OAc)2进一步催化(20世纪开发) :绿色新湖南科技大学化学工业学院，08.06.2020，2.3.1原子利用率，原子利用率高(100% )一氧化碳和甲醇对人体和环境的安全性青酸高。 绿色方法的优点是：反应的选择性和收率分别为100%，湖南科学院化学工业学院，08.06.2020，2.3.2化学反应的原子经济性，2.3.2化学反应的原子经济性，1991，B.M.Trost，美国化学家(斯坦福大学教授，1996年美国) 在传统的有机合成中，不饱和键的简单加成反应、环形成加成反应等属于原子经济反应，无机化学中的元素与元素作用生成化合物的反应也属于原子经济反应。 定义：原子经济性是指反应物中原子进入生成物多少，理想的原子经济性反应，是指反应物中所有原子进入目标生成物的反应，即原子利用率为100%的反应。 这要求目标产物是反应物原子的键。 湖南科技大学化学工业学院08.06.2020、2.3.2化学反应原子经济性，如何设计原子经济反应？ 湖南科技大学化学工业学院，08.06.2020，2.3.2化学反应的原子经济性，传统合成方法的缺陷，废弃物，目标分子，湖南科技大学化学工业学院，08.06.2020，2.3.2化学反应的原子经济性，对于目标分子c，传统方法是：这个过程必然产生副产物d，应该处理，d是废弃的这是化学反应，想利用它会陷入困境。 湖南科技大学化学工业学院，08.06.2020，2.3.2化学反应的原子经济性，原子经济反应，目标产物，湖南科技大学化学工业学院，08.06.2020，2.3.2化学反应的原子经济性，我们将新的原子经济反应定义为E FC， 优势：反应物e和f的所有原则都应设计为进入目标分子c，原子利用率达到100%，无副产物，无需处理废弃物，无污染，湖南科技大学化学工业学院，08.06.2020，2.3.2化学反应的原子经济性，3ROH PX33RX H3PO4， 研究rxnaxrxax，rch=ch2hxrx，例如卤代烷基的合成，湖南科技大学化学工业学院08.06.2020，2.3.2化学反应的原子经济