綠色化學合成反應及工藝研究進展-材料科學畢業(yè)論.doc

無機合成與制備化學論文論文題目：綠色化學合成反應及工藝研究進展姓 名：楊 麗 學 號：2012507295 專業(yè)班級：材料科學與工程2012級2班 日 期：2015年5月30日 綠色化學合成反應及工藝研究進展摘要：以大量實例介紹了近十年來國內外綠色化工迅速發(fā)展的情況。闡述了綠色化學的概念、發(fā)展狀況和存在的問題，探討綠色化學在化學合成的重要性以及必要性。指出研發(fā)節(jié)約資源、能源低排放、零排放更安全、更環(huán)保的化工技術構建資源共享、副產品互換、產業(yè)共生、穩(wěn)定高效的生態(tài)化工工業(yè)園是化學工業(yè)今后發(fā)展的方向。關鍵詞：綠色化學、合成、傳統(tǒng)化學、工藝進展、節(jié)能減排1.引言隨著經濟的不斷發(fā)展，物質生活提高，但是也面臨著新的更重要的問題，就是環(huán)境污染問題。其中尤其是化學工業(yè)產生的問題更是不容忽視，研究與應用綠色化學工藝，來減少環(huán)境污染，已經迫在眉睫。本文針對該問題展開討論，明確及深化綠色化學工藝的研究與應用。2.綠色化學工藝的研究內容綠色化學是對傳統(tǒng)化學的挑戰(zhàn)，是對傳統(tǒng)化學思維方式的更新和發(fā)展，因此，綠色化學的研究內容是從反應原料、反應條件、轉化方法或開發(fā)綠色產品等角度進行研究，打破傳統(tǒng)的化學反應，設計新的對環(huán)境友好的化學反應。主要包括：開發(fā)新型原子經濟性、高選擇性反應,特別是新型催化劑的開發(fā)和研制;可再生資源和礦物的各種成分的多級、多層次轉化和高效綜合利用;新反應條件及過程如超臨界流體、環(huán)境無害的反應介質等;酶催化和仿生催化以及生物質分子和酶分子在催化過程中的構效關系;制備與環(huán)境相容的可生物降解的新材料;重要農藥和藥物及其中間體的綠色生產。2.1綠色化學在我國的發(fā)展狀況在我國,綠色化學已經提出15年。1995年中科院提出綠色化學與技術推進化工生產可持續(xù)發(fā)展的途徑;1997年國家自然科學基金委提出九五重大基礎研究環(huán)境友好石油化工催化化學與化學反應工程;1998年化學進展雜志出版綠色化學技術專輯;1997年、1999年兩次舉辦綠色化學論壇。全球環(huán)境保護的意識和呼聲的增強推動了綠色化學的發(fā)展。世界各國逐漸認識到綠色化學的發(fā)展應該從大學化學教學著手。為此,國內外很多大學都開設了綠色化學課程,有些大學開始招收綠色化學碩士和博士研究生。3.綠色化工引領工藝發(fā)展3.1原子經濟反應當前化工行業(yè)面臨的最大考驗之一即節(jié)能減排。人們通過不斷反思和總結化學與環(huán)境、資源的關系提出了“原子經濟反應”的新對策。1991年斯坦福大學托羅斯特教授提出原子經濟反應概念。原子經濟反應是當今國際化學科學研究的前沿領域是21世紀化學工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的科學基礎。其目的是將現有化工生產的技術路線從“先污染，后治理”改變?yōu)椤皬脑搭^上根除污染”。因而越來越受到各國政府、企業(yè)和學術界的關注。原子經濟反應是綠色化學的重要內容之一?，F已成為現代合成化學中人們關注的熱點。美國化學界把“化學的綠色化”作為21世紀化學工業(yè)發(fā)展的主要方向之一，并將美國“總統(tǒng)綠色化學挑戰(zhàn)獎”頒發(fā)給綠色化學領域的最新成果。在中國，國家自然科學基金委員會和中國科學院組織了綠色化學與技術的咨詢活動一些綠色化學化工的研究課題已納入國家重大科學技術計劃有關院校也相繼成立了綠色化學研究機構。3.2綠色化學工藝綠色化學的核心是利用化學原理從源頭上減少和消除工業(yè)生產對環(huán)境的污染。按照綠色化學的原則，理想的化工生產方式應是反應物的原子全部轉化為期望的最終產物。為了實現綠色化學工藝和工業(yè)，主要著眼于以下幾個方面：（1）采用無毒、無害的原料：化學研究和化工生產中經常采用有毒、有害的原料，如劇毒的光氣、氫氰酸、苯類、醛類等原料和中間體，它們嚴重地污染環(huán)境并危害人類的健康。采用無毒、無害的原料是綠色化學的一項重要任務。（2）應用“原子經濟”反應路線：就是最大限度地利用原料分子中的每一個原子，使之結合到目標分子中，不產生副產物或廢物，從而實現廢物的零排放。“原子經濟”反應有利于節(jié)約資源和保護環(huán)境。 (3)采用新型、高效、對環(huán)境友好、可回收的催化劑：通過選擇催化劑，可以提高反應的選擇性，并避免副產物的生成，提高原子的利用率，減少有害物質對環(huán)境的排放。(4)采用無毒、無害的溶劑：致力于開發(fā)無溶劑存在下的反應，如固態(tài)反應；開發(fā)和應用無毒、廉價、不危害環(huán)境的水介質體系；以超臨界流體做介質的反應將成為綠色合成工藝的重要途徑。(5)產品的綠色化：采用新的工藝、新的原料、新的配方，合成新的對人類和環(huán)境無毒、無害的綠色產品是綠色化學的最終使命和終極目標。如開發(fā)新型的制冷劑，減少對臭氧層的破壞；開發(fā)新型的、可生物降解的高分子材料，解決“白色污染”問題。(6)充分應用可再生資源：采用可再生資源做化學化工原料，是綠色化學的一項重要任務和研究方向。據統(tǒng)計，現代95%以上的有機化學品都來自石油和煤，但石油和煤的儲量有限，屬不可再生能源。同時，石油和煤的開采和加工又嚴重污染環(huán)境。采用可再生的生物質，如淀粉、纖維素、沼氣、糖類等取代傳統(tǒng)的石油、煤等工業(yè)原料既可以保護資源又有利于環(huán)境，可謂一舉雙得。(7)從產品開發(fā)的途徑上考慮：傳統(tǒng)的化學工藝的開發(fā)是經過漫長的實驗探索，并不斷地改進、優(yōu)化和完善。在這種研究模式下，必將消耗大量的化學試劑、溶劑和能源，并源源不斷地產生副產物和廢物。往往開發(fā)一條可行的化學工藝需要經過漫長的時間和消耗大量的人力、物力。目前，計算機輔助分子設計和材料設計是一門新興學科分支，并在實踐中取得了廣泛的發(fā)展和應用。如在有機合成和藥物合成中，科學家首先建立了一個已知的有機合成反應盡可能全的資料庫,然后在確定目標產物后,第一步找出一切可產生目標產物的反應；第二步又把這些反應的原料作為中間目標產物找出一切可產生它們的反應路線；接著應用計算機智能技術優(yōu)化出價廉、物美、不浪費資源、不污染環(huán)境的最佳反應路線；最后，通過化學方法合成出所設計的目標分子。 綠色化學在節(jié)約原料、保護環(huán)境、保障人類健康與安全方面發(fā)揮了日益顯著的作用，并受到社會的廣泛關注。世界各國的許多科研機構和政府部門都在致力于綠色化學的開發(fā)和推廣應用。相信隨著科學的進步和人們綠色意識的提高，我們的賴以生存的地球環(huán)境會變得更加美好。4、綠色化學工藝的應用4.1綠色化學與洗滌用品用“綠色設計”“綠色技術”來生產對人體無害、環(huán)境友好的綠色洗滌劑。合成洗滌劑中三聚磷酸鈉（STPP）在洗滌去污過程中具有獨特的作用因此是最為理想的助劑，它的加入大大提高了洗滌劑的性能。但是含磷洗滌劑中磷元素對水體富營養(yǎng)化起到一定促進作用。酶作為一種生物制品無毒并能完全生物降解，對環(huán)境的生態(tài)平衡起良性的作用。近年來開發(fā)的包裹技術、微膠囊技術和保護劑技術，更進一步提高了酶對人體的安全性和酶活力的穩(wěn)定性。酶已從一般輔助料發(fā)展成為與表面活性劑、助劑具有同等重要地位的關鍵組成，它可提高產品的質量和產品檔次，增強產品的市場競爭力。4.2綠色化學與化妝品開發(fā)利用綠色天然的原料是制造化妝品的一個重要方面，如從植物（丹參、紅花、元胡、赤芍等）中提取有效成分，利用生物技術提取和制造，如胎盤提取物、蜂王漿、膠原蛋白、血清、果酸、DNA、海藻多糖等有效物。甲殼低聚糖是由2個10個單糖以苷鍵連接而成的糖類總稱，它是由天然綠色生物材料甲殼素甲殼胺的降解而成。甲殼低聚糖及其衍生物具有獨特的生理活性和功能性質，具有良好的水溶性、保濕性、吸濕性、抑菌作用及促進毛發(fā)生長，具有生物可降解性等功能，因而可用于護理皮膚、毛發(fā)的綠色化妝品生產中。采用相對分子質量為103105的甲殼低聚糖作為化妝品材料，效果特好圈。4.3綠色化學與醫(yī)藥 醫(yī)藥化學品的綠色生產技術可生產出更高品級的產品。這些新產品具有原料易得，生產工藝簡單和高性能、高附加值的發(fā)展優(yōu)勢。因此將綠色化學應用于醫(yī)藥領域將是一種新型但非常重要的發(fā)展方向，這也將對社會以及全人類做出不可忽視的重大貢獻。5 .國內化學工業(yè)未來發(fā)展趨勢 化肥-發(fā)展高濃度化肥，包括DAP、NPK復合肥等。改造一批中型化肥企業(yè)向西靠近，在有天然氣或硫、磷資源的地方建設大型化肥裝置。支持國外企業(yè)投資中國建設高濃度化肥廠。 乙烯-國家將以乙烯為代表的石油化工定為國民經濟技術產業(yè)之一而大力發(fā)展。力爭到2005年將乙烯產能提高到900萬噸年，乙烯的自足率由43%提高到60%左右，中國政府鼓勵中外合資建設大型乙烯裝置，目前還在建設的有南京揚子巴斯夫(BASF)(乙烯60萬噸年)、上海石化英國石油(BP)(乙烯90萬噸年)、惠州中海油Shell(乙烯80萬噸年)三個大型合資項目，還有福建石化Exxon、天津石化Dow等合資乙烯項目都在進行準備工作。對現有乙烯裝置將通過擴產使之優(yōu)化產品結構，使小乙烯達到合理的規(guī)模以提高競爭能力，對乙烯原料也將進一步優(yōu)化以提高收率降低成本。 精細化工-加快精細化工產品發(fā)展，提高化工的精細化率。 涂料工業(yè)在解決高檔涂料所用的關鍵原料同時，大力發(fā)展節(jié)能、環(huán)保型和耐久性涂料，如水基涂料、粉末涂料、輻射固化涂料，有機硅、有機氟改性丙烯酸酯徐料，重防腐涂料以及專用涂料等。 染料重點發(fā)展符合國際紡織品環(huán)保法規(guī)要求的分散、活性、酸性、直接等染料及有害顏料代用品。 近二十年來，隨著全球性環(huán)境污染的加劇、能源的匱乏和社會公眾對環(huán)境保護及人類可持續(xù)發(fā)展的日益關注，人們開始對造成環(huán)境與生態(tài)惡化的主要元兇化學和化學工業(yè)的重要性提出質疑。人類的生存和發(fā)展是利用和消耗自然資源的過程。這個過程的科