循环经济和绿色化学市公开课获奖课件

1、绿色化学与循环经济组员：张正淑，罗亮指，梁银春， 郭怨，沈凌屹时间：-9-22第1页第1页/10/10 前 言绿色化学概述老式化学危害循环经济绿色化学与循环经济第2页第2页第一章 前 言 当前人类正面临着有史以来最严重环境危机。由于人口急剧增长，资源消耗日益扩大人均耕地、淡水和矿产等资源占有量逐步减少，人口与资源矛盾越来越锋利，另外 人类物质生活伴随工业化而不断改进同时，大量排放生活污染物和工农业污染物使人类生存环境快速恶化。 /10/10第3页第3页当代全球十大环境问题是:大气污染; 臭氧层破坏;全球变暖; 海洋污染; 淡水资源紧张和污染; 土地退化和沙漠化;森林锐减; 生物多样性减少; 环

2、境公害; 有害化学品和危险废物其中大部分与化学和化工产品化学物质相关第4页第4页大气污染第5页第5页6全球气温上升洪水“进”城啦！沙尘暴来啦！第6页第6页“酸雨世界”第7页第7页 正常生长水稻 受酸雨伤害水稻第8页第8页森林减少了第9页第9页 绿色化学以消除环境污染，提升反应效率和原子经济性，减少能耗为出发点，开发清洁高效化学反应过程。从化学基础学科发展进程来看，绿色化学作为绿色产业革命主要科学基础，已成为当代化学学科前沿和重点发展方向之一。对于发展循环经济而言，大力开发和推广绿色化学工艺是提升效率、节约资源和能源、改进环境、确保可连续发展战略办法。/10/10第10页第10页第二章绿色化学概

3、述第11页第11页1.绿色化学概念2. 绿色化学特点3. 绿色化学研究进展Contents第12页第12页一、绿色化学别名有几种呢？1.环境无害化学2.环境友好化学3.清洁化学第13页第13页2.1 绿绿色化学色化学概念 绿色化学即是用化学技术和办法去减少或毁灭那些对人类健康、小区安全、生态环境有害原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物等使用和产生。 绿色化学目的是不再使用有毒有害物质，不再产生废物，不再处理废物，把污染治理转变为污染预防，它是一门从源头上制止污染化学。第14页第14页从源头制止污染，而不是在末端治理污染；合成方法应具“原子经济性”，即尽也许使参加 过程原子都进入最终产物；在合

4、成方法中尽也许不使用和不产生对人类健康和环境有毒有害物质；设计含有高使用效益低环境毒性化学产品；2.2 绿色化学研究问题第15页第15页尽也许不用溶剂等辅助物质，不得已使用时它们必须是无害；生产过程应该在温和温度和压力下进行，而且能耗应最低；尽也许采取可再生原料，尤其是用生物质代替石油和煤等矿物原料；尽也许降低副产品,使用高选择性催化剂；/10/10第16页第16页化学产品在使用完后应能降解成无害物质而且能进入自然生态循环；发展适时分析技术方便监控有害物质形成；选择参加化学过程物质，尽也许降低发生意外事故风险。第17页第17页2.3绿色化学研究进展 2.31 新型催化剂开发和研制2.3.2 无

5、毒、无害溶剂使用2.3.4 开发新原子经济反应 2.3.3 采用无毒无害、可再生原料2.3.5 产品绿色化返回目录第18页第18页2.3.1 新型催化剂开发和研制 当前许多有机合成反应中,液体酸或碱是最惯用催化剂,价格廉价、催化效率高,但对设备腐蚀严重、污染大、副反应多、后处理困难。第19页第19页生物催化是集生物学、化学和工程学于一 体形成知识与信息高度密集新兴学 科它含有转化条件温和、选择性高、制造成 本低等优势/10/10第20页第20页生物催化剂应用 酶催化技术进行不对称化合物合成,已取得成效。有机酸如柠檬酸、衣康酸、葡萄糖酸等化工原料现在也可用生物技术进行合成对烃类烷基化反应，比较成

6、功办法是采用新型分子筛催化剂乙苯液相烃化技术，这种催化剂选择性很高, 乙苯收率超出99. 6 % ，并且催化剂寿命长。第21页第21页年份结果Scriptps 研究所Chihuey Wong 专家开发了不可逆酶催化酯转化反应用于药物生产。 年Novozymes 公司利用果胶裂解酶开发了棉纤维润湿脱脂生物制备工艺,纺织厂节水30%50%。 Richard A Gross专家以“温和、选择性聚合新选择- - 脂肪酶催化聚合”而获奖。Buckman试验室国际股份有限公司开发新型增进纸张循环利用OptimyzeR 酶技术。Archer Daniels Midland和Novozymes公司利用一个脂肪

7、酶LipozymeR 以酶法酯互换反应,从植物油制取低反式脂肪和油脂含量制品。Metabolix , Inc.公司“利用生物技术将整个酶催化反应引入到一些细菌中,以细菌作为微型反应器制造天然塑料聚羟基烷酸酯( PHA)。Codexis 公司采用先进基因技术开发了一个酶基过程，改进用于合成Lipitor R 关键构件分子生产过程。表1 美国总统绿色化学挑战奖中关于酶催化剂研究第22页第22页2.3.2 无毒、无害溶剂使用水是自然界中最丰富溶剂,无毒、无污染、价廉；水相中有机反应操作简便、安全,没有介质易燃易爆等问题。超临界二氧化碳作溶剂，既有常规液态溶剂溶解度，又含有气体粘度, 因而含有很高传质

8、速度，超临界二氧化碳长处是:可压缩性大，流体密度、溶剂溶解度和粘度等性能均可由压力和温度改变来调整第23页第23页 在无毒无害溶剂研究中，最活跃研究项目是开发超临界流体（SCF），尤其是超临界二氧化碳作溶剂。 超临界二氧化碳是指温度和压力均在其临界点以上二氧化碳流体 （311、7477.79kPa）。它既有常规液态溶剂 溶解度，在相同条件下，又含有气体 粘度，因而含有很高传质速度。例：超临界二氧化碳溶剂 第24页第24页2.3.3 采用无毒无害、可再生原料光气原料替换胺类和二氧化碳生产异氰酸酯技术在特殊反应体系中采用一氧化碳直接羰化有机胺生产异氰酸酯技术用二氧化碳代替光气生产碳酸二甲酯技术第2

9、5页第25页20世纪40年代以后，石油又逐步成为主要化学原料。伴随人类逐步结识到煤和石油化学工业对环境负面影响，科学家已经开始考虑如何重新利用生物质代替煤和石油来生产人类所需要化学物质。利用生物质代替广泛使用石油，是保护环境一个长远发展方向。原料绿色化第26页第26页1996年美国“总统绿色化学挑战奖”授予了M.Holtzapple专家，就是由于其开发了一套用石灰处理和细菌发酵技术，把废生物质转化为动物饲料、工业化学品和燃料。/10/10第27页第27页 将生物质转化为化学化工原料第28页第28页 但生物质主要由淀粉及纤维素构成，前者易于转化为葡萄糖，而后者则由于结晶及与木质共生等原因，通过纤

10、维酶转化为葡萄糖，难度较大。/10/10第29页第29页 Draths等报导以葡萄糖为原料，通过酶反应可制得己二酸、邻苯二酚等，尤其是作为尼龙原料己二酸研究已取得了明显进展。 另外，在既有化工生产中，仍在大量使用一些危险有毒基本原料如:氢氰酸、光气、甲醛等。此后应当通过绿色化学研究以减少或避免使用这些物质。/10/10第30页第30页关于代替剧毒氢氰酸原料：1996 年,孟山都(Monsanto) 公司:不用HCN为原料生产除草剂氨基二乙酸钠。 第31页第31页 关于代替剧毒光气作原料：Riley 等报道了工业上已开发成功一个由胺类和二氧化碳生产异氰酸酯新技术。/10/10第32页第32页 关

11、于代替甲醛作原料： 年美国总统绿色化学挑战奖绿色合成路线奖颁给了美国俄勒冈州立大学(OregonStateUniversity) Li K. C.专家等人,他们合作开发了一个用大豆粉为原料制备黏合剂替换品。这种大豆基黏合剂产品不含甲醛,也不使用甲醛为原料。第33页第33页 在国外，EniChem公司采用钛硅分子筛催化剂，将环己酮、氨、过氧化氢直接合成环己酮肟，并已实现工业化。钛硅分子塞第34页第34页 2.3.4 开发新原子经济反应最早是由美国Stanford大学著名有机化学家Trost提出原料分子中终归有百分之几原子转变成产物原料分子中原子百分之百转变成产物，不产生副产物和废物，实现废物零排

12、放“原子经济性”起源原子经济性抱负原子经济第35页第35页 2.3.5 产品绿色化绿色化学另一方面设计、生产和使用环境友好产品，这种产品在其加工、应用及功能消失之后均不会对人类健康和生态环境产生危害比如Rohm & Haas 公司(美国) 开发Sea - NineTM海洋生物防垢剂、预防“白色污染”生物降解性塑料已在使用，破坏大气臭氧层氯氟烃已逐步被其代用具所取代第36页第36页 绿色产品：产品在使用过程中和使用后不会危害生态环境和人体健康，产品含有合理使用功效及使用寿命，产品易于回收、利用和再生，报废后易于处理，在环境条件下容易降解。/10/10第37页第37页第38页第38页 1.可再生纸

13、作购物袋，用再生塑料制造各种容器,不但可节约珍贵资源，还能够减少固体废弃物排放。/10/10第39页第39页2、聚苯乙烯发泡塑料快餐盒，使用后成为白色垃圾，在自然条件下，需数百年方能降解，对环境带来严重影响。为了加速它自然降解，生产时可在其中加入光敏剂、化学助剂等，使其在使用后几种月内即分解成无害物质。垃圾处理.mp4第40页第40页绿色杀虫剂多杀菌素多杀菌素又名多杀霉素(Spinosad)是在刺糖多胞菌发酵液中提取一个大环内酯类无公害高效生物杀虫剂。产生多杀菌素亲本菌株土壤放线菌多刺糖多孢菌，最初分离自加勒比一个废弃酿酒场土壤样品。第41页第41页 多杀菌素， 被证实是1980期间， 直接来

14、自天然产物研究计划害虫防治剂典范之一。 Spinosad特性包括： 独特化学和作用方式，对主要经济害虫高杀死性，半衰期短，易降解，对哺乳动物、 鸟类、 鱼及大部分益虫安全性好。 /10/10第42页第42页 多杀菌素研发赢得了1999年美国环境保护署总统绿色化学挑战奖（ US EPA Presidential Green Chemistry Challenge Award ），在进行微小结构改造后于再一次获奖。至今，多杀菌素是唯一一个两次获该绿色化学奖杀虫剂。/10/10第43页第43页44作用机制 多杀菌素对昆虫存在快速触杀和摄食毒性，它含有神经毒剂特有中毒症状，它作用机制是通过刺激昆虫神经

15、系统，增长其自发活性，造成非功效性肌收缩、衰竭，并伴随颤抖和麻痹，显示出烟碱型乙酰胆碱受体（nChR）被连续激活引起乙酰胆碱（Ach）延长释放反应。多杀菌素同时也作用于一氨基丁酸（GAGB）受体，改变GABA门控氯通道功效，进一步增进其杀虫活性提升第44页第44页Company Logo作用机制快速触杀和摄食毒性刺激昆虫神经系统，增长其自发活性造成非功效性肌收缩、衰竭，并伴随颤抖和麻痹第45页第45页多杀菌素应用于环境保护方面多杀菌素氮氢氧碳光和微生物降解Spinosad降解半衰期光降条件下：土壤：910d水溶液：小于一天叶面：1.616d避光条件下：土壤：917d水溶液：无明显降解。第46页

16、第46页非靶标生物毒性有益昆虫高度选择性:使其在害虫综合治理中成为一个引人注目的农药。研究表明,多杀菌素能在大鼠、狗、猫等动物体内快速吸取和广泛代谢。第47页第47页据报道,在48h内,多杀菌素或其代谢产物60 %80 %通过尿或大便排泄出去。多杀菌素在动物脂肪组织中含量最高,另一方面是肝、肾、奶和肌肉组织。动物体内多杀菌素残留量主要通过N2脱甲基化作用、O2脱甲基化作用和羟基化作用来代谢。/10/10第48页第48页Company Logo非靶标生物毒性多杀菌素害虫益虫动物N2脱甲基化作用、O2脱甲基化作用代谢80%20%粪便第49页第49页第三章循环经济第50页第50页3.1.循环经济发展

17、3.2.循环经济研究内容Contents3.5.循环经济实践与发展3.3.循环经济特点和优势3.4.循环经济与老式经济比较第51页第51页波尔丁在人、自然资源和科学技术大系统内，在资源投入公司生产、产品消费及其废弃全过程中，把老式依赖资源消耗线性增长经济,转变为依托生态型资源循环来发展经济其它指通过资源循环利用使社会生产投入自然资源至少、向环境中排放废弃物至少、对环境危害或破坏最小经济发展模式。3.1循环经济起源与发展第52页第52页狭义利用社会生产和消费过程中产生各种废旧物资进行循环、利用、再循环、再利用,以至循环不断经济过程广义经济活动组成为“资源-产品-再生资源”反馈式流程，使全部资源都

18、能不断地在流程中得到合理开发和持久利用,使经济活动对自然环境不良影响降低到尽也许小程度4.1循环经济发展概念第53页第53页系统学生态学工程学经济学社会学3.2循环经济研究内容循环经济第54页第54页 资源系统工程管理学:人类可利用自然资源分成不同子系统，以应用系统分析方法研究子系统特性、运行规律，再把主要子系统组成一个大系统，研究其物质、能量和信息运行规律，以及子系统之间相互作用,从而为经济发展中重大工程建设提供设计、建设、运行和管理科学依据科学。资源系统工程管理学第55页第55页循环经济关键是物质循环，使各种物质循环利用起来，以提升资源效率和环境效率。/10/10资源系统工程管理学目的在于

19、科学地研究资源合理开发、高效利用和循环使用。第56页第56页3.3循环经济特点和优势 一、循坏经济能够充足提升资源和能源利 用效率，最大程度地减少废物排放，保护生态环境。 二、循环经济能够实现社会、经济和环境“共赢”发展 三、循环经济在不同层面上将生产和消费 纳入到一个有机可连续发展框架中。第57页第57页由于循环经济：一、以协调入与自然关系为准则，实现资源可连续利用，使社会生产从数量型物质增长转变为质量型服务增长；二、拉长生产链，推动环境保护产业和其它新型产业发展，增长就业机会，增进社会发展。回目录2第58页第58页3.4循环经济与老式经济比较老式经济循环经济“资源生产消费废弃排放物”单项；

20、流动线性经济“资源生产消费资源（再生）反馈式流程经济增长靠高强度开采和消费资源以及高强度破坏生态环境资源重复利用百分比很高，对生态环境影响小“三高一低“（高开采、高消费、高排放、低利用）“三低一高“（低开采、低消费、低排放、高利用）第59页第59页循环经济流动过程老式经济流动过程第60页第60页老式化学生产、研究绿色化学生产、研究人与自然友好相处生产车间安全、清洁充足利用每个原子集约型:低消耗、高质量、低废弃工厂环境污染严重自然是“取料场”和“垃圾场”资源利用：粗放型3.4 循环经济与老式经济比较第61页第61页有机地联系起来3.5循环经济实践和发展回目录2生产（资源消耗）消费（废物排放）第6

21、2页第62页成功案例美国杜邦化学公司，在原料替换上,该公司寻找到一个对环境危害最小原料来控制对环境污染，同时他们让这个车间废料到下个车间变成它原料，废物通过梯形利用越来越少，最后形成 “零排放”第63页第63页成功案例德国包装物双元回收体系，德国分别于1991年和1996年颁布包装废弃物处理法和循环经济和废物管理法，要求对废物管理首选手段是避免产生,然后才是循环使用和最后处置第64页第64页成功案例著名丹麦卡伦堡模式，卡伦堡工业区依据本身资源情况，把发电厂热供应炼油厂和制药厂，同时处理周围居民供热广西贵港国家生态工业(制糖)示范园区，在蔗田系统、制糖系统、酒精系统、造纸系统、热电联产系统、环境

22、综合处理系统之间，形成了3条主要生态链第65页第65页三条生态链 由于产业间彼此耦合关系，资源性物流取代了废物性物流，各环节实现了充足资源共享，将污染负效益转化为资源正效益甘蔗制糖蔗渣造纸制糖废糖蜜制酒精酒精废液制复合肥制糖低聚果糖第66页第66页第四章绿色化学与循环经济第67页第67页 任何事物都有两面性，在人类发展史上曾经做出巨大奉献化学学科也不例外。化学在为人类创造财富同时，给人类也带来了危害。化学发展史上充斥着摸索与进步，化学家在研究过程中不可避免地会合成出未知性质化合物，只有通过通过长期应用和研究才干熟知其性质，这时新物质也许已经对环境或人类生活造成了影响。/10/10第68页第68

23、页财富危害人类生存危机生态平衡失调环境污染财富财富老式化学危害化学两面性第69页第69页 全球l0大环境问题中，与化工相关占7-9个。全世界每年度产生废物危险品约34亿t，我国工业有毒废水排放约300亿t，其中化工废水约80亿t。老式化学危害好臭哦！第70页第70页大量排放CO2破坏了大气层，最近大气温度明显上升，由此而引起气候拉尼娜现象、厄尔尼多现象屡屡发生。/10/10赤潮来咯！我们家呢？第71页第71页因为使用含铅汽油，城市已经有12儿童血铅含量超出国际公认铅中毒标准，智力发展与神经系统已不同程度地受到损害。/10/10铅中毒症状铅污染死珊瑚第72页第72页绿色化学老式化学制约经济 发展

24、老式化学循环经济是绿色化学目的循环经济绿色化学是循环经济手段4.1绿色化学循环经济必由之路回目录2第73页第73页绿色化学：以资源高效利用和循环利用为关键以“三R ”为原则（即减量化Reduce、再使用Reuse、再循环Recycle）以低消耗、低排放、高效率为基本特性以生态产业链为发展载体以清洁生产为主要手段，达到实现物质资源有效利用和经济与生态可连续发展。4.2 绿色化学是循环经济手段第74页第74页减量化技术、工艺及设备丙尔金清洁镀金技术：针对老式镀金行业剧毒氰化物使用量大，废水污染重量问题，采用合成水溶性金属盐“一水合柠檬酸一钾二（丙二腈合金）”，特立独行“丙尔金”镀金新材料，替换老式镀金采用剧毒原料氰化金钾，实既有毒物质源头替换，大幅减少有毒污染物排放4.3国家勉励循环经济技术、工艺和设备名目（第一批）部分推广阶段技术第75页第75页主要指标：1、丙尔金产品中游离氰化物90%)、P4、PH3、H2S、HF、SiF4我省当前处理尾气办法：燃烧若以15000KW中型电炉计算，排放硫为6.00Kg/h氟为1.25Kg/h。现在我国制定工业排放原则为： 当前，以CO为原料化工生产仅次于石油化工，它已成为化学工业一个主要分支，即C1化学30米高筒排放硫为34.00Kg/h,氟为1.80Kg/h4.4.2黄磷尾气