綠色化工部分概念(修訂版)

1、綠色化工綠色化學的核心就是要利用化學原理和新化工技術，以原子經(jīng)濟性為基本原則，從源頭上減少或消除污染，最大限度的滿足人類可持續(xù)發(fā)展的需求，實現(xiàn)人和自然的和諧。八大公害事件：比利時馬斯河谷煙霧事件 美國多諾拉煙霧事件 倫敦煙霧事件 洛杉磯光化學煙霧事件 日本水俁病事件 日本富山骨痛病事件 日本四日市哮喘病事件 日本米糠油事件源頭治理 末端治理綠色化學又稱環(huán)境無害化學，環(huán)境友好化學，清潔化學，綠色化學即是用化學的技術和方法去減少或消滅那些對人類健康，社區(qū)安全，生態(tài)環(huán)境有害的原料，催化劑，溶劑和試劑，產物，副產物等的使用和產生。我國綠色化學三方面研究重點：綠色合成技術，方法學和過程的研究 可再生資源

2、的利用和轉化中的基本科學問題 綠色化學在礦物資源高效利用中的關鍵科學問題綠色化學的研究內容主要包括以下幾個方面1， 設計或重新設計對人類健康和環(huán)境更安全的化合物，這是綠色化學的關鍵部分；2， 探求新的，更安全的，對環(huán)境更友好的清潔合成路線和生產工藝，這可從研究，變換基本原料和起始化合物以及引入新試劑入手；3， 改善化學反應條件，降低對人類健康和環(huán)境的危害，減少廢棄物的生產和排放；4， 提高原料的能源的利用率，大量使用可再生資源；5， 生物技術和生物質的利用；6， 新的分離技術；7， 綠色技術和工藝過程的評價；8， 發(fā)展適時分析技術以便監(jiān)控有害物質的形成；9， 綠色化學的教育，用綠色化學變革社會

3、生活，促進社會經(jīng)濟和環(huán)境的協(xié)調發(fā)展。綠色化學的特點1， 充分利用資源和能源，采用無毒，無害的原料；2， 在無毒，無害的條件下進行反應，以減少廢物向環(huán)境排放；3， 提高原子的利用率，力圖使所有作為原料的原子都被產品所消納，實現(xiàn)零排放；4， 生產出有利于環(huán)境保護，社區(qū)安全和人體健康的環(huán)境友好的產品。綠色化學前12條原則1， 預防2， 原子經(jīng)濟性3， 低毒害化學合成4， 設計較安全的化合物5， 使用較安全的溶劑和助劑6， 有節(jié)能效益的設計7， 使用可再生資源作原料8， 減少運用衍生物9， 催化反應10， 設計可降解產物11， 及時分析以防止污染12， 采用本身安全，能防止發(fā)生意外的化學品綠色化學后1

4、2條原則1， 鑒別與量化副產物2， 報道轉化率，選擇性與生產率3， 建立整個工藝的物料衡算4， 測定催化劑，溶劑在空氣與廢水中的損失5， 研究基礎的熱化學6， 估算傳熱與傳質的極限7， 向化學或工藝工程師咨詢8， 考慮全過程中選擇化學品與工藝的效益9， 促進開發(fā)并應用可持續(xù)性量度10， 量化和減用輔料與其他投入11， 了解何種操作是安全的，并與減廢要求保持一致12， 監(jiān)控，報道并減少實驗室廢物的排放綠色化學工程技術12條原則1， 設計者要盡可能保證所有輸入和輸出的能量及材料是無毒，無害的。2， 預防廢物的產生比廢物產生以后進行處理為好3， 產品分離和純化操作應盡量減少能量和材料的消耗4， 設計

5、的產品，工藝及其整個系統(tǒng)要使用質量，能量，空間和時間效率最大化5， 設計的產品，工藝及所有系統(tǒng)應該是輸出的牽引，而不是靠輸入物質和能量的推動6， 當設計選擇再生，循環(huán)利用和其他有益的處理時，應對內在的復雜性有充分的研究和認識7， 設計方案的目標產物要強調耐久性，而不是永久性8， 設計方案應著重于滿足需要，使過量最小化9， 減少復雜組成產品中材料的多樣性，盡量保存原料的價值10， 設計中應綜合考慮可用原料和能源的相關情況，加強當?shù)匚镔|流和能量流和整合11， 產品，工藝及其所有系統(tǒng)的設計應考慮他們的使用功能結束后的處理和再利用12， 設計中采用的材料和能源應是可再生的9條附加原則1， 產品和工程設

6、計要采用系統(tǒng)分析方法，應將環(huán)境影響評價工具視為工程的重要組成部分2， 當設計保護人類健康和社會福利的計劃時，要考慮如何保護及改善生態(tài)系統(tǒng)3， 在所有的工程活動中要有生命周期的思想4， 要確保所有輸入和輸出的材料與能源是安全及環(huán)境友好的5， 盡可能減少自然資源的消耗6， 盡量避免產生廢物7， 所開發(fā)和實施的工程解決方案應符合當?shù)氐膶嶋H情況及要求，要得到當?shù)氐牡乩砗臀幕恼J同。8， 對工藝的改進革新和發(fā)明要符合可持續(xù)發(fā)展的原則9， 要使社會團體和資本占有者積極參與工程解決方案的設計和開發(fā)綠色化學的5R原則1， 減量2， 重復使用3， 回收4， 再生5， 拒用原子利用率=目標產物的分子量/反應物的分

7、子量總和一是最大限度的利用了反應原料，最大限度的節(jié)約了資源 二是最大限度的減少了廢物排放（零廢物排放），因而最大限度的減少了環(huán)境污染，或者說從源頭上消除了由化學反應副產物引起的污染。原料的綠色化學評價1， 原料本身有無危害性2， 原料的起源3， 原料的可更新性4， 原料選擇對下游的影響5， 選用該原料制備化學品的工藝過程的復雜程度和線路的長短生物質作為化學化工原料的利弊1， 生物質可給結構多樣的產品材料，通常具有特定的立體結構和光學特征結構，使用者可在合成過程中利用這些已有分結構因素。2， 生物質的結構單元通常比原油的結構單元復雜，如能在最終產品中利用這種結構單元在結構上的復雜性，則可減少副產

8、物的生成。3， 由原油的結構單元衍生物所得物質，通常是沒有被氧化的，而在碳氫化合物中引入氧的方法是極其有限的，且經(jīng)常需要使用有毒試劑，造成環(huán)境污染，而由生物質衍生物所的物質常常已是氧化產物，無需再通過氧化反應引入氧。4， 增大生物質的使用量可延長原油的使用時間，為可持續(xù)發(fā)展做出貢獻，為必須使用石油作原料的產品的生產提供保證。5， 使用生物質可減少二氧化碳在大氣中的濃度的量，從而減緩溫室效應。在形成過程中要吸收二氧化碳，故在大氣中二氧化碳濃度的凈增加會受到抑制，甚至達到平衡態(tài)。6， 化學工業(yè)使用更多的可再生資源可使其本身在原料上更有保障。7， 生物質資源比原油有更大的靈活性。綠色催化劑綠色催化劑

9、應具有高活性，高選擇性、性能穩(wěn)定、無毒無害、成本低、原料易得、制備過程對環(huán)境無害、容易回收利用等特點。傳統(tǒng)催化劑存在的問題由于催化劑本身也是各種化學物質，因此它們的使用就有可能對人們及環(huán)境構成危害 腐蝕生物催化劑工業(yè)用生物催化劑是游離或固定化的酶或活細胞的總稱。酶是具有催化功能的蛋白質酶催化劑特性1， 催化效率高2， 高度專一性3， 溫和的反應條件4， 酶的活性可以調節(jié)和控制5， 環(huán)境友好6， 多樣性酶催化的缺點是酶在水溶液中一般不是很穩(wěn)定，而且酶與底物只能作用一次，不經(jīng)濟，克服這一缺點的方法是采用固定化技術。仿酶催化模擬酶，就是從天然酶中挑選出起主導作用的一些因素，如活性中心結構、疏水微環(huán)境

10、、與底物的多種非共價鍵相互作用及其協(xié)同效應等，用以設計合成既能表現(xiàn)酶的優(yōu)異功能又比酶簡單，穩(wěn)定得多的非蛋白質分子或分子集合體，模擬酶對底物的識別，結合及催化作用，開發(fā)具有綠色化學特點的新合成反應或方法。分子篩催化劑分子篩是一種具有立方晶格的硅鋁酸鹽化合物。分子篩具有吸附能力高，熱穩(wěn)定性強等其他吸附劑沒有的優(yōu)點。電催化分為氧化-還原電催化 非氧化-還原電催化手性催化（不對稱催化）手性催化反應使用催化劑的不對稱中心來誘導產物的手性。手性催化包括兩部分：手性配體和中心過渡金屬。耐水性Lewis酸催化劑全氟烷基磺酸鹽 無氟磺酸金屬鹽綠色溶劑離子液體離子液體是指室溫或低溫下為液體的鹽，它一般由有機陽離子

11、和無機陰離子組成。離子液體的特點離子液體具有無味、無惡臭、無污染、不易燃、易于產物分離、易回收、可反復多次循環(huán)使用、使用方便等優(yōu)點。1， 液態(tài)范圍寬，從低于或接近室溫到300以上，有高的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性2， 蒸汽壓非常小，不揮發(fā)，在使用，貯存中不會蒸發(fā)散失，可以循環(huán)使用，消除了揮發(fā)性有機化合物環(huán)境污染的問題。3， 電導率高，電化學窗口大，可作為許多物質電化學研究的電解液4， 通過陰陽離子的設計可調節(jié)其對無機物，水，有機物及聚合物的溶解性，并且其酸度可調至超酸5， 具有較大的極性可調控性，黏度低，密度大，可以形成兩相或多相體系，適合作分離溶劑或構成反應分離偶合新體系6， 對大量無機和有機物質

12、都表現(xiàn)良好的溶解能力，且具有溶劑和催化劑的雙重功能，可以作為許多化學反應溶劑或催化活性載體離子液體的應用1， 氫化反應2， 傅-克反應3， Heck反應4， Diels-Alder反應5， 不對稱催化反應6， 分離提純技術7， 電化學研究超零界流體（SCF）超臨界二氧化碳是指溫度和壓力均在其臨界點（31.26 7.39MPa）以上的二氧化碳流體近臨界水無溶劑三種情況原料本身可以互溶反應可在熔融的狀態(tài)下進行反應可在固體表面進行無溶劑合成的優(yōu)點1， 經(jīng)濟2， 經(jīng)常是計量反應，易于純化3， 反應速率高4， 對環(huán)境好缺點1， 并非所有的反應都能在無溶劑條件下進行2， 散熱問題3， 分離問題4， 因反應

13、系統(tǒng)無流動性，粘滯性高，組織大規(guī)模的，自動化水平高的生產較難。綠色化學產品綠色化學產品有兩個特征1， 產品本身不會引起環(huán)境污染和健康問題，包括不會對野生生物，有益昆蟲或植物造成損害2， 當產品被使用后，應能再循環(huán)或易于在環(huán)境中降解為無害物質設計安全無毒化學品的一般原則外部效應原則內部效應原則設計更安全化學品方法與策略1， 確定危害性的作用機理2， 結構-活性相關性3， 消除毒性功能團4， 降低生物利用率5， 提高可降解性污染物處理綠色化吸附法混凝法化學氧化法電化學法生物處理法膜分離技術法等離子體法微波技術微波的特性1， 似光性2， 穿通性3， 信息性4， 非電離性微波加熱是一種內在加熱方式，加

14、熱速率快，只需加熱1/100-1/10的時間即可完成，受熱體系溫度均勻，無滯后效應，熱效率高。微波有機合成又分為有機干反應和有機濕反應干反應是指以無機固體為介質的無溶劑反應微波輻射無溶劑的有機合成反應大致有三種反應類型1， 無溶劑介質的有機合成反應2， 以礬土，硅土，黏土等無機物為固相載體的有機合成反應3， 相轉移催化有機合成反應微波加熱反應具以下顯著的特點1， 與傳統(tǒng)的加熱方式相比，所用有機溶劑更少，甚至可以不采用有機溶劑2， 熱傳導，對流性質不好的物質可以再短時間內等以加熱，均勻性更好3， 可以對目標物選擇性的進行加熱，加熱效率高，更節(jié)省能量4， 可以對熱損失系數(shù)較大的物質可選擇性的進行加

15、熱5， 熱傳導較差和幾何形狀不規(guī)則的物質可以在短時間內得以加熱6， 可以通過感應器來對溫度進行控制，反應自動化程度得以提高7， 密閉加熱，可以進行有壓力反應和排除空氣干擾超聲波技術1， 超聲波可在氣體，液體，固體，固溶劑等介質中有效傳播2， 超聲波可傳遞很強的能量3， 超聲波會產生反射，干涉，疊加和共振現(xiàn)象4， 超聲波在液體介質中傳播時，可在界面上產生強烈的沖擊和空化現(xiàn)象超聲波的作用原理 空化現(xiàn)象超聲波對有機合成的促進作用的特點1， 加速化學反應，提高反應收率2， 降低反應條件3， 縮短反應誘導時間4， 改變反應歷程快（時間短）高（產率高）易（操作簡單）聲化學效應能改變反應分進程，提高反應的選

16、擇性，增加化學反應的速率和產率，降低能耗和減少廢物的排放膜催化劑技術膜催化反應的特點1， 催化活性高2， 催化活性強3， 載體型的膜催化劑呈現(xiàn)耐高溫，耐化學穩(wěn)定性，機械強度高，催化壽命長的特點。膜材料的要求：具有良好的成膜性，熱穩(wěn)定性，化學穩(wěn)定性，耐酸，堿，微生物侵蝕和耐氧化性能。膜的制備方法：溶膠-凝膠法，陽極氧化法，輻射-腐蝕法，相分離-瀝取法，熱裂解法，薄膜沉積法。光化學合成技術光化學的特點1， 光是一種非常特殊的生態(tài)學上清潔試劑2， 光化學反應條件一般比熱化學要溫和3， 有機化合物在進行光化學時，不需要進行基團保護4， 在常規(guī)合成中，可通過插入一步光化學反應大大縮短合成路線綠色能源狹義

17、的綠色能源是指可再生能源廣義的綠色能源則包括在能源的生產及其消費過程中，選用對生態(tài)環(huán)境低污染或無污染的能源。太陽能優(yōu)點1， 普遍2， 無害3， 巨大4， 長久缺點1， 分散性2， 不穩(wěn)定性3， 效率低和成本高生物質能生物質能是綠色植物通過葉綠素將太陽能轉化為化學能而儲存在生物中的一種能量形式，即以生物質為載體的能量。生物質能得特點1， 可再生性2， 儲量豐富3， 可替代性4， 低污染性5， 廣泛分布性氫能是氫氣和氧氣反應所產生的能量。氫能的特點1， 氫來源廣泛，具有再生性2， 氫本身無毒，燃燒產物是水，是世界上最干凈的能源3， 高發(fā)熱值4， 燃燒性能好5， 導熱性能好6， 可用各種方式貯存7，

18、 像任何其他燃料一樣可以有效的運輸8， 氫利用和貯存的安全性。海洋能潮汐，波浪，溫度差，鹽度梯度，海流等形式存在于海洋中海洋能四個特點1， 海洋能在海洋總水體中的蘊含量巨大，而單位體積，單位面積，單位長度所擁有的能量較小，要想得到大的能量，就得從大量的海水中獲得。2， 海洋能具有可再生性3， 海洋能有較穩(wěn)定與不穩(wěn)定能源之分4， 海洋能屬于清潔能源。潮汐能，波浪能，海流能，溫差能，鹽差能，海洋機械能：潮汐能，波浪能，海流能海洋熱能：溫差能海洋物理化學能：鹽差能地熱能地熱能的優(yōu)點1， 再生能源2， 運轉成本低3， 附加價值多元化地熱能的缺點1， 初設成本高2， 環(huán)境負荷大3， 工安管理風險高4， 不夠穩(wěn)定末端治理是在生產過程的末端即在污染物排入環(huán)境前增加治理污染的環(huán)節(jié)。它只是為防治污染而采取的一種補救措施，確實能對環(huán)境質量的改善起到非常大的作用。但是化工污染物主要產生于生產過程，而末端治理卻偏重于污染產生后的處理上，忽視全過程控制，治標不治本，而且治理投資和運行費