美国总统绿色化学挑战奖学习教案

1、会计学1美国总统绿色美国总统绿色(l s)化学挑战奖化学挑战奖第一页，共36页。因此，从环保、经济和社会的要求看因此，从环保、经济和社会的要求看，化学工业无法再承担使用和产生有毒、有，化学工业无法再承担使用和产生有毒、有害物质的费用。化学工业需要改革害物质的费用。化学工业需要改革(gig)(gig)。在严峻的现实面前，人们开始大力研究与。在严峻的现实面前，人们开始大力研究与开发从源头上减少和消除污染的绿色化学。开发从源头上减少和消除污染的绿色化学。此外，全球性的环境危机呼唤绿色化学，环此外，全球性的环境危机呼唤绿色化学，环境保护运动促进了绿色化学的发展。境保护运动促进了绿色化学的发展。第1页/

2、共36页第二页，共36页。绿色绿色(l s)化学概念化学概念第2页/共36页第三页，共36页。绿色化学是用化学去预防污染，是在始端就绿色化学是用化学去预防污染，是在始端就采用采用(ciyng)(ciyng)实现污染预防的科学手段，使过程和实现污染预防的科学手段，使过程和终端均为零排放或零污染。从根本上区别于那些通过终端均为零排放或零污染。从根本上区别于那些通过 三废三废 处理与利用来治理污染的化学方法，最大限度处理与利用来治理污染的化学方法，最大限度地追求地追求 原子经济性原子经济性 ，即：原料分子中究竟百分之几，即：原料分子中究竟百分之几的原子转化成了产物，理想的的原子转化成了产物，理想的

3、原子经济性原子经济性 反应是原反应是原料分子中的原子百分之百地转变成产物，不产生副产料分子中的原子百分之百地转变成产物，不产生副产物或废物，实现废物的物或废物，实现废物的 零排放零排放 。因此既可以充分利用资源，又不产生污染传统因此既可以充分利用资源，又不产生污染传统化学向绿色化学的转变可以看作是化学从化学向绿色化学的转变可以看作是化学从“粗放型粗放型”向向“集约型集约型”的转变。绿色化学可以变废为宝，使经的转变。绿色化学可以变废为宝，使经济效益大幅度提高。济效益大幅度提高。绿色化学绿色化学(huxu)概念概念第3页/共36页第四页，共36页。第4页/共36页第五页，共36页。第5页/共36页

4、第六页，共36页。第6页/共36页第七页，共36页。核心(hxn)问题onetwothreefour第7页/共36页第八页，共36页。第8页/共36页第九页，共36页。第9页/共36页第十页，共36页。 a. a.实现绿色化学的可行性；实现绿色化学的可行性；第10页/共36页第十一页，共36页。第11页/共36页第十二页，共36页。2008年美国(mi u)总统绿色化学挑战奖第12页/共36页第十三页，共36页。粉，其性能与传统墨粉相比没粉，其性能与传统墨粉相比没有任何差别，最重要的是墨粉有任何差别，最重要的是墨粉容易从纸张上脱除容易从纸张上脱除(tu ch)。这种新的墨粉合成技术，能节这种新

5、的墨粉合成技术，能节省大量的能源并且实现纸纤维省大量的能源并且实现纸纤维的回收再利用。的回收再利用。n在美国，每年用石油树脂在美国，每年用石油树脂生产超过万（生产超过万（4亿磅）亿磅）的静电墨粉，这些静电墨粉能的静电墨粉，这些静电墨粉能够复印或打印超过万亿张纸。够复印或打印超过万亿张纸。传统的墨粉由合成树脂制成。传统的墨粉由合成树脂制成。这些树脂使墨粉在纸张回收过这些树脂使墨粉在纸张回收过程中很难脱墨，从而使纸张回程中很难脱墨，从而使纸张回收利用困难。尽管有人改进了收利用困难。尽管有人改进了脱墨技术，但过高的成本及不脱墨技术，但过高的成本及不成熟的脱墨性能使其无法商业成熟的脱墨性能使其无法商业

6、化。化。第13页/共36页第十四页，共36页。第14页/共36页第十五页，共36页。迅速生长迅速生长(shngzhng)(shngzhng)会在热交会在热交换表面上形成生物膜，降低热交换表面上形成生物膜，降低热交换系数。冷却系统需要定期添加换系数。冷却系统需要定期添加化学物质控制微生物生长化学物质控制微生物生长(shngzhng)(shngzhng)、矿物质沉淀和腐、矿物质沉淀和腐蚀，还要定期更换冷却水。即使蚀，还要定期更换冷却水。即使这样，仍然存在冷却管这样，仍然存在冷却管“突然爆突然爆裂裂”，冷却水和这些化学品泄漏，冷却水和这些化学品泄漏的危险。的危险。n纳尔科纳尔科(Nalco)(Nal

7、co)公司开发了公司开发了3D 3D TRSASRTRSASR技术来持续监控循环冷技术来持续监控循环冷却水的状况，必要时加入化学药却水的状况，必要时加入化学药剂，不是像以前那样按照死板的剂，不是像以前那样按照死板的时间表去做。这种技术节省了水时间表去做。这种技术节省了水和能源，减少了水处理药剂用量，和能源，减少了水处理药剂用量，并且降低了外排水对环境的危害。并且降低了外排水对环境的危害。第15页/共36页第十六页，共36页。微生物反应来改变荧光信号。微生物反应来改变荧光信号。有微生物活动时加入氧化杀菌有微生物活动时加入氧化杀菌剂来抑制微生物活动。剂来抑制微生物活动。3D生物生物控制系统可以有效

8、降低杀菌剂控制系统可以有效降低杀菌剂的使用量，并防止生物膜在表的使用量，并防止生物膜在表面形成面形成(xngchng)而影响热转而影响热转递效率递效率n 2004年，年，Nalc0公司开始公司开始3D TRASAR 0冷却系统控制技术商冷却系统控制技术商业化。实践证明该技术的操作业化。实践证明该技术的操作稳定性高，还可以减少用水量稳定性高，还可以减少用水量和对水质的要求。和对水质的要求。n 2006年，使用了年，使用了3DTRASAR0系统系统2500个冷却装置，节约大个冷却装置，节约大约约210亿加仑的水和水处理的化亿加仑的水和水处理的化学药品。该技术节水、节能，学药品。该技术节水、节能，使

9、得处理化学药品的用水最小使得处理化学药品的用水最小化，减少排出水对环境造成的化，减少排出水对环境造成的损害。损害。第16页/共36页第十七页，共36页。第17页/共36页第十八页，共36页。第18页/共36页第十九页，共36页。第19页/共36页第二十页，共36页。第20页/共36页第二十一页，共36页。第21页/共36页第二十二页，共36页。20082008年年20092009年年第22页/共36页第二十三页，共36页。2009年美国(mi u)总统绿色化学挑战奖Presidential Green Chemistry Challenge Award小企业奖绿色(l s)化学品设计奖绿色反应

10、(fnyng)条件奖绿色合成路线奖学术奖学术奖第23页/共36页第二十四页，共36页。 获奖者：Eastman 化学公司 获奖原因：他们开发了不使用溶剂的生物催化过程,生产用于化妆品和个人护理产品的配料酯类物质。酯类物质是生产化妆品和个人护理产品一类(y li)重要配料第24页/共36页第二十五页，共36页。 通常合成酯类物质的过程都是条件比较苛刻的化学 方法 ,使用强酸和危险性溶剂 ,消耗很多能量 。伊斯曼化学公司的新路线利用固定化酶生物合成酯类物质 ,节约了能量 ,也避免使用强酸和有机溶剂 。由于反应介质温和 ,所以这一合成路线允许使用易被 生物利用的天然原料合成酯类物质 ,这在传统路线

11、中是不可想象的 。 据 估计 ,2006 年在北美地区用于生产润滑剂和乳化剂 的酯类物质达到 5 万 kg 。合成这些酯类物质一般是 采用强酸催化剂 ,在较高温度下进行 。还需要消耗大量的能量进行分离 ,去除产物中的副产品 。其他方法生产化妆品用酯类物质需要使用有机溶剂 ,因 此对工人和环境都会带来潜在的危险 。使用天然的 、环境可靠的原料在化妆品生产中日益盛行 ,全新的合成路线成为化妆品生产领域(ln y)的迫切需求 。第25页/共36页第二十六页，共36页。不饱和脂肪酸这类物质在传统强酸反应路线 中 ,极易被氧化 ,所以不能作为原料 。而 Eastman 公 司的生产路线则不会(b hu)

12、出现这种现象 ,因此可以选择 含有不饱和脂肪酸的天然材料作为原料 ,也就得到 前所未有的酯类物质 。使用不同的醇和酸 ,该公司 已经生产了几百吨这种具有不饱和结构的酯类物 质 。这种生物催化过程甚至能合成具有超级功能的 新产品 。比如可以用 4 - 羟基苯甲醇和乙酸来合成 两种特殊的酯 ,这种发生在苯甲基上的酯化过程只 能通过酶催化路线得到 。这种特殊的酯能够抑制酪 氨酸酶的活性 ,这种酶催化黑色素的合成 。因此 ,使 用加入这种特殊酯的化妆品 ,就可以有效降低皮肤 色素沉积的可能性 ,维持使用者肤色的一致性 。 第26页/共36页第二十七页，共36页。 ,省 10 多升有机溶剂 。这种方法生

13、产的 酯纯度足够高 ,所以节省了反应后的许多工序 。对这一生物过程的早期评估表明 ,比起传统过程 ,新过 程具有很多优势 ,特别是在能量利用方面 。可以说,与传统化学合成工艺相比,该工艺提高了产品质量、产量,降低了生产成本,减少了环境污染。第27页/共36页第二十八页，共36页。 获奖者：宝洁公司(n s)与库克复合材料和聚合物公司(n s)( The Procter & Gamble Company ,Cook Composites and Polymers Company) 获奖原因：他们在涂料和油漆配方中使用生物基的Chempol树脂和Sefose蔗糖酯,得到了高性能、低挥发性有

14、机物(VOC) 的醇酸油漆和涂料。第28页/共36页第二十九页，共36页。 传统方法：常规石油基的传统方法：常规石油基的“醇酸醇酸”漆具有持漆具有持久、高光泽的特点久、高光泽的特点,但使用有害溶剂。传统的但使用有害溶剂。传统的醇酸树脂涂料需要大量的挥发性溶剂溶解有醇酸树脂涂料需要大量的挥发性溶剂溶解有机组分以获得合适的黏度。这些溶剂的挥发机组分以获得合适的黏度。这些溶剂的挥发正是形成臭氧和烟雾层的原因正是形成臭氧和烟雾层的原因(yunyn)。虽。虽然低挥发性的醇酸涂料已经存在然低挥发性的醇酸涂料已经存在,但性能比较但性能比较低劣。有的干燥时间长低劣。有的干燥时间长,有的虽然不含挥发性有的虽然不

15、含挥发性溶剂的溶剂的,但价格昂贵但价格昂贵,且经常具有令人讨厌的气且经常具有令人讨厌的气味或者其他低劣的性能。含低挥发性有机物味或者其他低劣的性能。含低挥发性有机物的水基的丙烯酸乳胶漆在实践中也有应用的水基的丙烯酸乳胶漆在实践中也有应用,但但比起溶剂型的醇酸涂料比起溶剂型的醇酸涂料,其光泽性差其光泽性差,同时抗腐同时抗腐蚀的能力也大大降低蚀的能力也大大降低,使用受到限制。使用受到限制。 绿色方法：使用生物基Sefose油取代石油为基础的溶剂,提出了一种新的涂料配方。涂料配方中使用这种由糖和植物油提炼得到的Sefose油,使传统生产高性能醇酸树脂涂料所需的溶剂减少一半多。由于含有较少的溶剂,新涂

16、料产品在使用过程中将有助于改善工人的安全,涂料干燥过程中释放的难闻气味也大大降低,有助于改善室内空气的质量。这一技术使溶剂基醇酸树脂涂料配方中溶剂的使用量减少一半多。在这一新配方中,他们使用Sefose 蔗糖(zhtng)酯,这种酯由含蔗糖(zhtng)的可再生材料通过与脂肪酸发生酯化反应而得到,反应无需溶剂。在使用过程中,漆膜中的蔗糖(zhtng)脂肪酸树脂发生自动氧化并和其他组分交联形成完整的涂层。Chempol MPS 醇酸树脂的独特配方使得漆膜具有干燥快、高光泽、高强度、含有可再生成分多等特点。第29页/共36页第三十页，共36页。 获奖者：法国电机公司获奖者：法国电机公司(CEM C

17、orporation) 。 获奖原因：他们发明了一种安全、低温、快速、准确获奖原因：他们发明了一种安全、低温、快速、准确分析蛋白质的方法。每年分析蛋白质的方法。每年,实验室都会检测数百万吨食物实验室都会检测数百万吨食物样品以确定其中蛋白质含量样品以确定其中蛋白质含量,这样的测试通常需要使用大这样的测试通常需要使用大量的危险品和能量。量的危险品和能量。 CEM 公司开发了一种快速自动分析过程公司开发了一种快速自动分析过程,使用的有毒试使用的有毒试剂和能量大大降低剂和能量大大降低,每年能够消除在传统测试过程中产生每年能够消除在传统测试过程中产生的的550 万磅万磅(1 磅磅=01454 kg) 危

18、险废物。而且这种方法能危险废物。而且这种方法能够区分蛋白质和其他用于提高食物含氮量的掺杂化学品如够区分蛋白质和其他用于提高食物含氮量的掺杂化学品如三聚氰胺等。三聚氰胺等。 最近世界各国奶粉、宠物食品中使用三聚氰胺以冒充最近世界各国奶粉、宠物食品中使用三聚氰胺以冒充蛋白质的事件被曝光蛋白质的事件被曝光,使得准确检测蛋白含量势在必行。使得准确检测蛋白含量势在必行。 世界微波化学技术的领导者美国世界微波化学技术的领导者美国CEM公司向外界公司向外界宣布，该公司的宣布，该公司的Sprint真蛋白质快速测定仪荣获真蛋白质快速测定仪荣获2009年度年度美国总统绿色化学挑战奖（美国总统绿色化学挑战奖（Pre

19、sidential Green Chemistry Challenge Award），绿色反应条件奖项），绿色反应条件奖项（Greener Reaction Condition）。）。 “我们非常荣幸获得这个我们非常荣幸获得这个(zh ge)奖项，感谢美国奖项，感谢美国环保署（环保署（EPA）的相关官员做出这个）的相关官员做出这个(zh ge)决定，决定，” CEM公司总裁公司总裁Michael J. Collins如此评价：如此评价： “自自CEM公公司成立司成立30年以来，一直致力于化学技术的革新，我们希年以来，一直致力于化学技术的革新，我们希望望Sprint真蛋白质快速测定仪和真蛋白质快

20、速测定仪和CEM研发的相关仪器，让研发的相关仪器，让化学家能实时的快速优化他们的反应，经济环保，为我们化学家能实时的快速优化他们的反应，经济环保，为我们的子孙后代造福。的子孙后代造福。” 美国美国(mi u)CEM真蛋白质快速测定仪真蛋白质快速测定仪(真蛋白质检测仪真蛋白质检测仪) 纽约时代广场纽约时代广场CEM Sprint 真蛋白质快速测定仪荣获真蛋白质快速测定仪荣获2009年度美国总统绿色化学挑战奖年度美国总统绿色化学挑战奖CEM公司总裁公司总裁Michael J. Collins和过程控制产品经理和过程控制产品经理John J. Urh 接受美国环保署接受美国环保署 代理助理署长代理助

21、理署长Jim Jones颁奖颁奖 第30页/共36页第三十一页，共36页。 SprintTM技术使用了一种绿色化学原理:CEM的专有iTAGTM解决方案中,是通过监测样品中组氨酸、精氨酸和赖氨酸的存在而鉴定蛋白质的存在,因为在常见的蛋白质中都含有这3 个基本氨基酸。 这一过程是通过检测试剂中含有的一个酸性基团,很容易地和碱性氨基酸进行(jnxng)键合而实现。另外,iTAGTM方案试剂中还含有许多芳香基团,这些基团容易吸收光,出现橙色。键合蛋白的iTAGTM可以经过过滤器除掉,剩下的iTAGTM通过比色法测定。 根据比色法测定结果,计算蛋白含量。在SprintTM技术中,除蛋白中氮之外的其他任何氮包括三聚氰胺中的氮,都不与检测试剂作用。这一检测方法,能够随时检测食