高二化学绿色化学与可持续发展

绿色化学董小明金华第八中学1/21绿色化学概念绿色化学(GreenChemistry)又称环境无害化学(environmentallybenignchemistry)、环境友好化学(environmentallyfriendlychemistry)、清洁化学(cleanchemistry)。绿色化学即用化学技术和方法去降低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。绿色化学理想在于不再使用有毒、有害物质，不再产生废物，不再处理废物。它是一门从源头上阻止污染化学。治理污染最好方法就是不产生污型。2/21绿色化学理论基础

按照R.Sheldon说法，要到达无害环境绿色化学目标，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；降低废弃物量，而且不用有毒与有害试剂与溶剂。为了到达此目标，Anastas＆Warner提出了著名十二条绿色化学标准(TwelvePrinciplesofGreenChemistry)，作为开发环境无害产品与工艺指导，这些标准包括合成与工艺各个方面。比如溶剂、分离、能源与降低副产物等，简称十二条，从而为绿色化学深入发展奠定了理论基础。3/21预防：预防产生废物，污染环境原子经济性：设计合成方法时，应尽可能使用于生产加工过程材料都进入最终产品中。尽可能降低化学合成中有毒原料和有毒产物。设计无危险化学品，设计生产产品性能要考虑限制其毒性。使用安全溶剂和助剂，所使用辅助物质包含溶剂、分离试剂、和其它物品应是无害。提升能源经济性降低官能团引入新型催化剂开发十二条绿色化学标准4/21产品易降解性以降低环境污染为宗旨现场实际分析预防生产事故安全生产工艺5/21绿色化学一些主要内容原子经济性

美国Stanford大学B.M.Trost教授在1991年首次提出了反应“原子经济性”新概念。他认为化学合成应考虑原料分子中原子进入所希望产品中数量，原子经济性目标就是在设计合成路线时尽可能使原料分子中原子更多或全部地变成最终预期产品中原子。

原子经济性（%）=（被利用原子质量/反应中所使用全部反应物分子质量）×100

(1-1)

依据上式可知，原子利用率越高，反应产生废弃物越少，对环境造成污染也越少。6/21原料绿色化现在，在人工合成有机化学品中，绝大多数是从石化原料制备。要经氧化、加氧或类似过程。传统上，这个氧化过程是化学合成中污染环境最严重步骤之一。农业性原材料和生物性原材料是很好非传统原材料。这些原材料分子中多数都含有大量氧原子，所以用它们取代石油作起始原料能够消除污染严重氧化步骤。探索和开发非传统可再生原材料是绿色化学另一主要内容。7/21绿色原料

一、生物质转化为化学品当代化学工业上用苯合成己二酸

8/21

利用苯作为起始原料合成己二酸会引发环境和健康问题。

苯是一个易挥发有机物(VOC)，在室温下轻易汽化，长久少许吸入大气中苯可造成白血病和癌症。

另外，苯是由石油生产产品，消耗是不可再生资源。9/21从葡萄糖合成己二酸10/2111/21溶剂绿色化在传统有机合成反应中有机溶剂是最惯用反应介质。这些有机溶剂大部属于挥发性有机化合物，而且很多都对环境和人类健康有害，还大多易燃易爆。所以，选择环境友好反应介质是绿色化学研究一个主要方面。12/21比如：发泡剂问题过去用于生产聚苯乙烯泡沫塑料发泡剂有CFC-12等。CFC-12（CCl2F2）之所以用做发泡剂，是因为它价格廉价，性质不活泼且不燃烧，操作安全，而且它在较大温度范围内可保持气态。不过，CFC-12使用会造成环境问题13/21CO2为发泡剂以CO2代替HCFCs、CFCs和脂肪烃作发泡剂，有以下优点：

1）CO2不会消耗臭氧；

2）CO2不会形成烟雾；

3）CO2不能燃烧，操作更安全；

4）CO2更廉价。不过，CO2会造成“温室效应”14/21更多优点：以CO2作发泡剂除了环境效益之外，DOW企业还发觉，以CO2作发泡剂生产泡沫型聚苯乙烯韧性更强，这意味着以CO2作发泡剂比以HCFCs、CFCs作发泡剂生产泡沫袋使用寿命更长。15/21超临界二氧化碳二氧化碳在温度高于临界温度Tc=31.26℃、压力高于临界压力Pc=7.2MPa状态下，性质会发生改变，其密度近于液体，粘度近于气体，因而含有惊人溶解能力。用它可溶解各种物质，如碳原子数在20以内脂肪烃、卤代烃、醛、酮、酯等。同量也是高级营养品和高级香料提取剂。在得到营养品和香料中不残留任何溶剂。

16/21催化剂绿色化

催化剂正确选择，对合成化学反应速度、反应选择性和转化率，以及降低或消除产生副产物等有主要影响。无毒无害和高效催化剂研究和开发是绿色化学一个主要研究方向。17/21生物催化

生物材料在利用资源和发展绿色技术方面均十分主要。生物催化选择性高、副反应少、反应条件温和、设备简单，所以是绿色生产技术。生物技术研究始于50、60年代，但直到90年代，基因重组工程和生物筛选技术改进和新稳定生产技术开发成功，生物催化剂才开始应用于各种工业生产过程18/21绿色化学产品特点：产品使用不会引发人类健康问题和环境污染问题，不会对生态环境造成危害，产品失去使