高二化学绿色化学与可持续发展课件

1、绿色化学董小明董小明金华第八中学金华第八中学绿色化学的概念绿色化学的概念l 绿色化学绿色化学( (Green Chemistry ) )又称环境无害化学又称环境无害化学( (environmentally benign chemistry) )、环境友好化学、环境友好化学( (environmentally friendly chemistry) )、清洁化学、清洁化学( (clean chemistry) )。l 绿色化学即用化学的技术和方法去减少或消灭那些对绿色化学即用化学的技术和方法去减少或消灭那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、

2、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物等的使用和产生。绿色化溶剂和试剂、产物、副产物等的使用和产生。绿色化学的理想在于不再使用有毒、有害的物质，不再产生学的理想在于不再使用有毒、有害的物质，不再产生废物，不再处理废物。它是一门从源头上阻止污染的废物，不再处理废物。它是一门从源头上阻止污染的化学。治理污染的最好办法就是不产生污型。化学。治理污染的最好办法就是不产生污型。绿色化学的理论基础绿色化学的理论基础 按照按照R.Sheldon的说法，要达到无害环境的绿色的说法，要达到无害环境的绿色化学目标，在制造与应用化工产品时，要有效地利用化学目标，在制造与应用化工产品时，要有效地利用原材料，最好是再生资源；

3、减少废弃物量，并且不用原材料，最好是再生资源；减少废弃物量，并且不用有毒与有害的试剂与溶剂。有毒与有害的试剂与溶剂。 为了达到此目标，为了达到此目标，Anastas Warner提出了著名提出了著名的十二条绿色化学原则的十二条绿色化学原则( (Twelve Principles of Green Chemistry) )， 作为开发环境无害产品与工艺的指导，作为开发环境无害产品与工艺的指导，这些原则涉及合成与工艺的各个方面。例如溶剂、分这些原则涉及合成与工艺的各个方面。例如溶剂、分离、能源与减少副产物等，简称十二条，从而为绿色离、能源与减少副产物等，简称十二条，从而为绿色化学的进一步发展奠定了

4、理论基础。化学的进一步发展奠定了理论基础。l 预防：防止产生废物，污染环境预防：防止产生废物，污染环境l 原子经济性：设计合成方法时，应尽可能使用于生产加原子经济性：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。工过程的材料都进入最后的产品中。l 尽量减少化学合成中的有毒原料和有毒产物。尽量减少化学合成中的有毒原料和有毒产物。l 设计无危险的化学品，设计生产的产品性能要考虑限制设计无危险的化学品，设计生产的产品性能要考虑限制其毒性。其毒性。l 使用安全的溶剂和助剂，所使用的辅助物质包括溶剂、使用安全的溶剂和助剂，所使用的辅助物质包括溶剂、分离试剂、和其他物品应是无害的。分

5、离试剂、和其他物品应是无害的。l 提高能源经济性提高能源经济性l 减少官能团的引入减少官能团的引入l 新型催化剂的开发新型催化剂的开发十二条绿色化学原则十二条绿色化学原则l产品的易降解性l以降低环境污染为宗旨的现场实际分析l防止生产事故的安全生产工艺绿色化学的一些主要内容绿色化学的一些主要内容l原子经济性原子经济性 美国美国Stanford大学的大学的B.M.Trost教授在教授在1991年首次提年首次提出了反应的出了反应的“原子经济性原子经济性”新概念。他认为化学合成新概念。他认为化学合成应考虑原料分子中的原子进入所希望产品中的数量，应考虑原料分子中的原子进入所希望产品中的数量，原子经济性的

6、目标就是在设计合成路线时尽量使原料原子经济性的目标就是在设计合成路线时尽量使原料分子中的原子更多或全部地变成最终预期产品中的原分子中的原子更多或全部地变成最终预期产品中的原子。子。 原子经济性（原子经济性（%）=（被利用原子的质量（被利用原子的质量/反应中所使反应中所使用全部反应物分子的质量）用全部反应物分子的质量）100 (1-1) 根据上式可知，原子利用率越高，反应产生的废弃物根据上式可知，原子利用率越高，反应产生的废弃物越少，对环境造成的污染也越少。越少，对环境造成的污染也越少。l 原料绿色化原料绿色化 现在，在人工合成的有机化学品中，绝大多数是现在，在人工合成的有机化学品中，绝大多数是

7、从石化原料制备的。要经氧化、加氧或类似的过从石化原料制备的。要经氧化、加氧或类似的过程。传统上，这个氧化过程是化学合成中污染环程。传统上，这个氧化过程是化学合成中污染环境最严重的步骤之一。农业性原材料和生物性原境最严重的步骤之一。农业性原材料和生物性原材料是很好的非传统原材料。这些原材料的分子材料是很好的非传统原材料。这些原材料的分子中多数都含有大量的氧原子，所以用它们取代石中多数都含有大量的氧原子，所以用它们取代石油作起始原料可以消除污染严重的氧化步骤。探油作起始原料可以消除污染严重的氧化步骤。探索和开发非传统的可再生原材料是绿色化学的另索和开发非传统的可再生原材料是绿色化学的另一主要内容。

8、一主要内容。 绿色原料绿色原料 一、生物质转化为化学品一、生物质转化为化学品现代化学工业上用苯合成己二酸现代化学工业上用苯合成己二酸 利用苯作为起始原料合成己利用苯作为起始原料合成己二酸会引发环境和健康问题。二酸会引发环境和健康问题。 苯是一种易挥发的有机物苯是一种易挥发的有机物(VOC)(VOC)，在室温下容易汽化，长期，在室温下容易汽化，长期少量吸入大气中的苯可导致白血少量吸入大气中的苯可导致白血病和癌症。病和癌症。 此外，苯是由石油生产的产此外，苯是由石油生产的产品，消耗的是不可再生的资源品，消耗的是不可再生的资源。从葡萄糖合成己二酸从葡萄糖合成己二酸l溶剂绿色化溶剂绿色化 在传统的有机

9、合成反应中有机溶剂是最在传统的有机合成反应中有机溶剂是最常用的反应介质。这些有机溶剂大部属常用的反应介质。这些有机溶剂大部属于挥发性有机化合物，而且很多都对环于挥发性有机化合物，而且很多都对环境和人类健康有害，还大多易燃易爆。境和人类健康有害，还大多易燃易爆。因此，选择环境友好的反应介质是绿色因此，选择环境友好的反应介质是绿色化学研究的一个重要方面。化学研究的一个重要方面。例如：发泡剂问题l过去用于生产聚苯乙烯泡沫塑料的发泡剂过去用于生产聚苯乙烯泡沫塑料的发泡剂有有CFC-12CFC-12等。等。CFC-12CFC-12（CClCCl2 2F F2 2）之所以用做）之所以用做发泡剂，是因为它价

10、格便宜，性质不活泼发泡剂，是因为它价格便宜，性质不活泼且不燃烧，操作安全，并且它在较大的温且不燃烧，操作安全，并且它在较大的温度范围内可保持气态。但是，度范围内可保持气态。但是，CFC-12CFC-12的使的使用会导致环境问题用会导致环境问题CO2为发泡剂以以COCO2 2代替代替HCFCsHCFCs、CFCsCFCs和脂肪烃作发泡和脂肪烃作发泡剂，有如下优点：剂，有如下优点： 1 1） COCO2 2不会消耗臭氧；不会消耗臭氧； 2 2） COCO2 2不会形成烟雾；不会形成烟雾； 3 3） COCO2 2不能燃烧，操作更安全；不能燃烧，操作更安全； 4 4） COCO2 2更廉价。更廉价。

11、 但是，但是，COCO2 2会造成会造成“温室效应温室效应”更多优点：l以以COCO2 2作发泡剂除了环境效益之外，作发泡剂除了环境效益之外，DOWDOW公司还发现，以公司还发现，以COCO2 2作发泡剂生产作发泡剂生产的泡沫型聚苯乙烯韧性更强，这意味的泡沫型聚苯乙烯韧性更强，这意味着以着以COCO2 2作发泡剂比以作发泡剂比以HCFCsHCFCs、CFCsCFCs作作发泡剂生产的泡沫袋使用寿命更长。发泡剂生产的泡沫袋使用寿命更长。超临界二氧化碳超临界二氧化碳l二氧化碳在温度高于临界温度二氧化碳在温度高于临界温度Tc=31.26、压力高于临界压力压力高于临界压力Pc=7.2MPa的状态下，的状

12、态下，性质会发生变化，其密度近于液体，粘度性质会发生变化，其密度近于液体，粘度近于气体，因而具有惊人的溶解能力。用近于气体，因而具有惊人的溶解能力。用它可溶解多种物质，如碳原子数在它可溶解多种物质，如碳原子数在20以内以内的脂肪烃、卤代烃、醛、酮、酯等。同量的脂肪烃、卤代烃、醛、酮、酯等。同量也是高级营养品和高级香料的提取剂。在也是高级营养品和高级香料的提取剂。在得到的营养品和香料中不残留任何溶剂。得到的营养品和香料中不残留任何溶剂。 催化剂绿色化催化剂绿色化 l 催化剂的正确选择，对合成化学反应催化剂的正确选择，对合成化学反应速度、反应的选择性和转化率，以及减速度、反应的选择性和转化率，以及

13、减少或消除产生副产物等有重要影响。无少或消除产生副产物等有重要影响。无毒无害和高效催化剂的研究和开发是绿毒无害和高效催化剂的研究和开发是绿色化学的一个重要研究方向。色化学的一个重要研究方向。生物催化生物催化生物材料在利用资源和发展绿色技术方面均生物材料在利用资源和发展绿色技术方面均十分重要。十分重要。 生物催化选择性高、副反应少、反应条件生物催化选择性高、副反应少、反应条件温和、设备简单，因此是绿色生产技术。温和、设备简单，因此是绿色生产技术。 生物技术的研究始于生物技术的研究始于5050、6060年代，但直到年代，但直到9090年代，基因重组工程和生物筛选技术的年代，基因重组工程和生物筛选技术的改进和新的稳定生产技术的开发成功，生改进和新的稳定生产技术的开发成功，生物催化剂才开始应用于多种工业生产过程物催化剂才开始应用于多种工业生产过程绿色化学