綠色化學引言

1、1綠色化學工藝綠色化學工藝陳 捷2我們的生活離不開化學品 美國化學會1997年出版的化學的今天和明天 一門中心的、實用的和創(chuàng)造性的科學有一段話對化學化工的作用進行了生動的描述和概括3從早晨開始，我們在用化學品建造的住宅和公寓中醒來，家具是部分地用化學工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代材料制作的，我們使用化學家們設計的肥皂和牙膏并穿上由合成纖維和合成染料制成的衣著，即使天然的纖維（如羊毛或棉花）也是經(jīng)化學品處理并染色的，這樣可以改進它們的性能。4 化妝品是由化學家制造和檢驗過的；執(zhí)法用的和國防上用的武器要依靠化學。事實上，在我們的日常生活所用的產(chǎn)品中很難找出有哪一種不是依靠化學和在化學家們的幫助下制造出來的。5 為

2、了保護起見，我們的食品被包裝起來和冷藏起來，并且這些食品或是用肥料、除草劑和農(nóng)藥使之成長；或是家畜類需要用獸醫(yī)藥來防病；或是維生素類可以加到食品或制成片劑后口服；甚至我們購買的天然食品，諸如牛奶，也必須要經(jīng)過化學檢驗來保證純度。6 我們的交通工具-汽車、火車、飛機-在很大程度上是要依靠化學加工的產(chǎn)品；晨報是印刷在化學方法制成的紙上，所用的油墨是化學家們制造的；用于說明事物的照片要用化學家們制造的膠片；在我們生活中的所有金屬制品都是用礦石經(jīng)過以化學為基礎的冶煉轉化變成金屬或將金屬再變成合金，化學油漆還能保護它們。7開設本課程的目的開設本課程的目的 環(huán)境污染與能源危機等問題是當前人們最為關心的熱門

3、話題之一,傳統(tǒng)化學、化工面臨著人類可持續(xù)發(fā)展要求的嚴重挑戰(zhàn)，而綠色化學化工的興起和發(fā)展,既可以從根本上保護環(huán)境,又可以進一步促進化學工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展,因此化學工業(yè)的出路在于大力開發(fā)和應用基于綠色化學原理產(chǎn)生和發(fā)展起來的綠色化學化工技術。8 通過本課程的學習，掌握綠色化學與化工的基本概念、基本原理，了解化學、化工生產(chǎn)中的資源與能源合理利用及生態(tài)環(huán)境可持續(xù)性發(fā)展間的關系。 開闊視野，拓寬知識面，便于從整體上認識化學化工學科，樹立既保護環(huán)境又推動工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的綠色化工新觀念。 通過課外自學，及時了解最新最熱門的科學技術成果、研究進展以及國內外發(fā)展現(xiàn)狀，為我們今后從事現(xiàn)代綠色化工的生產(chǎn)與研究打好基礎。9化

4、學化工化學化工的功與過的功與過功功 保障糧食：保障糧食：1900年全球人口總數(shù)十幾億年全球人口總數(shù)十幾億2000年六十億以上（哈伯的合成氨化學固年六十億以上（哈伯的合成氨化學固氮法提供化肥，化學工業(yè)提供農(nóng)藥）氮法提供化肥，化學工業(yè)提供農(nóng)藥） 延長壽命：延長壽命：1900年全球人口壽命年全球人口壽命3040歲歲2000年年70歲以上（化學制造醫(yī)藥）歲以上（化學制造醫(yī)藥） 提高生活質量：提高生活質量：衣、食、住、行所涉及的衣、食、住、行所涉及的物質，包括人體本身，就是化學品物質，包括人體本身，就是化學品(或類似于或類似于一個化工廠）！一個化工廠）！10國防軍事國防軍事工業(yè)農(nóng)業(yè)工業(yè)農(nóng)業(yè)信息產(chǎn)業(yè)信息產(chǎn)

5、業(yè)航空航天航空航天交通運輸交通運輸 化學工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位與作用化學工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位與作用化學工業(yè)化學工業(yè)11世界化學品產(chǎn)值（2002年1.6千億美圓）USA 26%Europe 32%Asia 33%Latin America 4%Other 5%12化工對國民經(jīng)濟各部門的影響Industry 10%Manufacturing 6%Services 16%Metal products 3%Industrial machine 2%Office machine 1%Electrical goods 4%Agriculture 6%Textile and clothing 6%Cons

6、truction 5%Automotive 5%Paper and printing 5%Chemical products 31%13化肥化肥瀝青瀝青橡膠輪胎橡膠輪胎農(nóng)藥殺蟲劑農(nóng)藥殺蟲劑應用實例應用實例乳化炸藥生產(chǎn)設備乳化炸藥生產(chǎn)設備14一、衣一、衣 色澤鮮艷的衣料經(jīng)過化學處理；豐富多彩的合成纖維更是化學的一大貢獻；（洗滌液、干洗液等） 滌綸短纖維尼龍66樹脂15二、食二、食： 裝滿糧袋子、豐富菜籃子關鍵之一是發(fā)展化學和農(nóng)藥生產(chǎn)；加工制造色味俱佳的食品離不開食品添加劑、甜味劑、防腐劑、香料、色素等。16三、住三、?。?建筑材料（水泥、石灰、油漆、玻璃和塑料）是化工產(chǎn)品。17三、行三、行： 交

7、通工具 汽車、火車、飛機等，在很大程度上是要依靠化學加工的產(chǎn)品。用以代步的現(xiàn)代交通工具需石油化工產(chǎn)品。（汽油、柴油、防凍劑、劑）18 四、美容與健康四、美容與健康 藥品、洗滌劑、美容化妝品、文化用品。19一、 傳統(tǒng)農(nóng)藥的輝煌史（一)、DDT歷史的誤會DDT作為農(nóng)藥的歷史十余1939年，當時，瑞士化學家保羅繆勒爾在系統(tǒng)地研制新農(nóng)藥時合成了二氯二苯三氯乙烷，即DDT。DDT能非常有效地廣泛圍地抵御蟲害，與當時廣泛使用的鉛化合物或砷化合物相比，它沒有氣味，無刺激性，對人沒有劇烈的毒性。DDT又叫滴滴涕，二二三，化學名為雙對氯苯基三氯乙烷( Dichlorodiphenyltrichloroethan

8、e)， ClHHOCOHHCCl3HCl+H2SO4-2H2OClCHCCl3Cl20 二戰(zhàn)期間的1944年，美國首先在意大利的軍隊和平民中廣泛地使用DDT，以對付一種不斷增加的斑疹傷寒流行病。斑疹傷寒是由虱子傳染的，人們從頭到腳全部灑上DDT，以消滅這些小蟲子，從而制止了一場對人類生命可能具有破壞性的流行病。 當時，DDT因其神奇的功效而一度被美國軍方神秘化，為軍方所把持，成為軍事機密，代號G4，直到戰(zhàn)爭結束。由于DDT分子中的氯原子相當穩(wěn)定，只可能發(fā)生脫氯化氫反應生成與DDT生理活性相似的DDE，因此可以持久保持藥效。DDT曾是20世紀40年代以后極受歡迎的殺蟲劑。 然而，DDT的高度穩(wěn)定

9、性也導致其在植物和土壤中長期存留，影響到家禽及鳥類蛋殼的形成，甚至影響了它們的繁殖。不僅如此，科學家還發(fā)現(xiàn)南極企鵝體內也有DDT。21(二)、六六六、2，4D有機氯農(nóng)藥的輝煌苯與氯氣在光照下加成，可以原子利用率為100%地得到1，2，3，4，5，6-六氯環(huán)己烷，這就是著名的有機氯農(nóng)藥的代表六六六。+3Cl2hvClClClClClClOHClClNaOHONaClClClCH2COOHOCH2COOHClCl22(三)、樂果、1605高效、低殘留的有機磷農(nóng)藥有機磷殺蟲劑品種繁多，但從結構上看，絕大多數(shù)屬于磷酸酯和硫代磷酸酯，少數(shù)屬于膦酸脂和磷酸胺酯。CH P OCH3OOCH3HOClClCl

10、(CH3O)2PSCH2CNHCH3SO23 在1984年12月3日凌晨在印度美國聯(lián)碳公司的農(nóng)藥廠，采用光氣生產(chǎn)異氰酸和甲酸，45T光氣泄漏40分鐘，32萬人中毒，2500人死亡，6萬人嚴重中毒，最后死亡人數(shù)達4000人，是世界最慘的化工事故。 過24“By sensible definition any by-product of a chemical operation for which there is no profitable use is a waste. The most convenient, least expensive way of disposing of said

11、wasteup the chimney or down the riveris best.”From American Chemical IndustryA History, W. Haynes Van Nostrand Publishers, 1954The Old Attitude:25Environmental ChemistryEnvironmental chemistry is the study of the sources, reactions, transport, and fates of chemical species involving all environmenta

12、l spheres酸雨的形成26 2000年1月30日，羅馬尼亞一家工廠的氰化物泄漏到了多瑙河一支流，并迅速匯入多瑙河，向下游逐漸擴散，造成魚類大量死亡，河水不能飲用，嚴重破壞多瑙河流域的生態(tài)環(huán)境，其鄰國匈牙利、南斯拉夫等國深受其害。27好心辦壞事反應停事件：有種叫Thalidomine 的藥品開發(fā)于1961年，它可以緩解婦女的妊娠反應，結果(in 1961, caused 10000 disable baby in the world, among them, 5000 baby were in Germany) .沙利度胺28DDT是六十年代開始民用的一種殺蟲劑，效果非常好，結果 (led

13、 the silent in forest, and toxic in body. It was forbidden in 1972). 很多藥物，如四環(huán)素、氯霉素等，導致藥物中毒，重則危及生命。四環(huán)素牙29米奇利 Midgley,Thomas,Jr. 含鉛汽油 1921年他發(fā)現(xiàn)了四乙基鉛，它是迄今為止已知的最好抗爆震劑，使汽車奔馳到了二十世紀末。 鉛及其化合物有劇烈的毒性，人體會誤將鉛當做鈣、鐵、鋅等金屬加以吸收利用，造成神經(jīng)、消化、造血功能嚴重損傷并在骨骼中永久沉淀。杜邦公司和標準石油公司開始生產(chǎn)含鉛汽油時便發(fā)生多起死亡事故。待到千百萬輛汽車向大氣“放毒”，便威脅到人的每一次呼吸了。含鉛汽

14、油是什么？為什么要禁用含鉛汽油？我們用的無鉛汽油是什么？ 30氟利昂家用冷凍盛行起來，當時最常用的致冷劑是氨、氯甲烷和二氧化硫，這些都是有毒的物質。需要一種既無毒性又不會燃燒而且在壓力下容易液化的氣體。1933年芝加哥世博會上展出的另一項最新技術，是以氟利昂為制冷劑的電冰箱與空調機。氟利昂的發(fā)明者仍然是米奇利。在1930年美國化學協(xié)會的講壇上，米奇利深深吸一口氟利昂，然后噴向燃燒的蠟燭，生動證明了這種無色無嗅的氣體既無毒性也不可燃。氟利昂的沸點為負29.8攝氏度，諸多性能都優(yōu)于傳統(tǒng)的制冷劑氨和氯甲烷。但歡欣鼓舞的人們做夢也沒有想到從此捅下了“天大的漏子”。 31 臭氧層是地球生命的天然屏障，能

15、夠阻擋太陽紫外線B的殺傷，大氣臭氧層變薄已經(jīng)使皮膚癌和白內障發(fā)病率連年遞增。米奇利 Midgley,Thomas,Jr曾獲得過崇高的榮譽，并擔任美國化學會長。造福人類的初衷竟帶來始料不及的禍害，這是科學家最大的人生悲哀。被媒體嘲弄為“歷史上破壞大氣層最嚴重的個體生命” 氟利昂破壞大氣的作用機理是什么？現(xiàn)在我們用的綠色制冷劑是什么？32 福島核電為“沸水堆型”，屬于輕水慢化沸水堆采用低濃（鈾-235濃度約為3）的二氧化鈾作燃料，沸騰水作慢化劑和冷卻劑清潔能源-核電33福島核電問題I-131的半衰期？輻射種類？對人體的危害？防護方法？34 隨著人類生活水平的提高，對客觀事物的認識的加深，科學技術的

16、發(fā)展，人類越來越關注自己的生存環(huán)境，注重人類自身的活動和大自然的協(xié)調。在這樣的背景下，采用綠色化學和化工技術，改造傳統(tǒng)的環(huán)境不友好的工藝過程，具有十分重要的意義。35因恐懼而造成偏見 “綠色食品綠色食品”的廣告經(jīng)常聲稱的廣告經(jīng)常聲稱“本本產(chǎn)品絕不含有任何化學添加劑產(chǎn)品絕不含有任何化學添加劑”36一氧化二氫的危害一氧化二氫的危害 美國伊格洛克中學的一名學生的論文贏得大愛美國伊格洛克中學的一名學生的論文贏得大愛達荷瀑布市科學大會的一等獎。達荷瀑布市科學大會的一等獎。 他試圖向人們說明，我們已經(jīng)被搞假科學的奇他試圖向人們說明，我們已經(jīng)被搞假科學的奇談怪論者所嚇倒，他們在社區(qū)到處散布恐慌。談怪論者所嚇

17、倒，他們在社區(qū)到處散布恐慌。 他在論文中呼吁人們簽署一項請愿書，要求對他在論文中呼吁人們簽署一項請愿書，要求對“一氧化二氫一氧化二氫”化學物進行嚴格控制，或者完全予化學物進行嚴格控制，或者完全予以廢除，理由還非常充足：以廢除，理由還非常充足：37 1 1它有可能引發(fā)過多出汗和嘔吐；它有可能引發(fā)過多出汗和嘔吐； 2 2它是酸雨的主要成分；它是酸雨的主要成分； 3 3處在氣體狀態(tài)時，它能引發(fā)嚴重灼傷；處在氣體狀態(tài)時，它能引發(fā)嚴重灼傷； 4 4發(fā)生事故時吸入也有可能致命；發(fā)生事故時吸入也有可能致命； 5 5它是腐蝕的成因；它是腐蝕的成因； 6 6它會使汽車制動裝置效率減低；它會使汽車制動裝置效率減低

18、； 7 7在不可救治的癌癥病人腫瘤中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)該在不可救治的癌癥病人腫瘤中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)該物質。物質。38 他調查過他調查過50個人，想了解他們是否支持禁止個人，想了解他們是否支持禁止使用這種化學物質。使用這種化學物質。43人說支持。人說支持。6人說尚不能人說尚不能決定。只有決定。只有1人說這種化學物質是水。人說這種化學物質是水。他贏得大獎的論文題目是他贏得大獎的論文題目是我們到底有多我們到底有多蠢？蠢？。 39 “毒性無處不在，任何物質都有毒，是毒藥還是良藥完全取決于劑量?！北皇廊俗鸱Q為現(xiàn)代醫(yī)學之父的Pracelsus在1564年發(fā)現(xiàn)了這個問題。 許多化學物質，包括水（以及Se、CO等），既有對人類

19、健康有利的一面，也有有害的一面，是弊是利通常由劑量所決定。其中，既有量變到質變的哲理，也有物質兩面性的辨證。 從這個簡單的常識測試“寓言”，足見錯誤觀念誤導的可怕，也足見了我們需要加強對化學物質（化學、科技乃至自然界）中的辨證思維理解的必要而它們在綠色化學的精髓中得到了很好的體現(xiàn)。 給我們的啟示給我們的啟示40傳統(tǒng)化工正面臨著挑戰(zhàn)傳統(tǒng)化工的制造路線和加工方式是不可持續(xù)發(fā)展的。環(huán)境危機-污染資源危機-石化資源不可再生生存危機社會危機41人口資源人均食品產(chǎn)量人均工業(yè)品產(chǎn)量環(huán)境污染1900197020002050210017億100億61億生長極限文明沖突42化石資源短缺，形勢嚴峻石油 50 100

20、年煤炭 200 300年天然氣 75 120年石油價格飛漲基本化學品原料上漲43 依據(jù)世界能源統(tǒng)計，截至年底，全球石油探明儲量達億桶，其中包括處于積極開發(fā)階段的加拿大油砂儲量和由委內瑞拉政府上調的本國官方儲量。以年的年開采速度計算，可開采年。以同樣的方式計算，現(xiàn)有天然氣儲量能滿足年的開采，而煤炭儲量可生產(chǎn)年。 44環(huán)境治理的歷史回顧環(huán)境治理的歷史回顧 2020世紀世紀40-5040-50年代年代 稀釋廢物（自欺欺人）稀釋廢物（自欺欺人） 2020世紀世紀60-7060-70年代年代 廢物后處理（亡羊補牢）廢物后處理（亡羊補牢） 2020世紀世紀9090年代年代 從源頭消除污染源（根從源頭消除污

21、染源（根本解決）本解決）45綠色化學綠色化學(Green Chemistry)(Green Chemistry)環(huán)境無害化學環(huán)境無害化學環(huán)境友好化學環(huán)境友好化學 清潔化學清潔化學 從源頭消除污染的途徑從源頭消除污染的途徑 新設計化學合成方法和化工新設計化學合成方法和化工產(chǎn)產(chǎn) 品來根除污染源品來根除污染源46各國政府推動綠色化學的措施各國政府推動綠色化學的措施 美國美國 19901990年美國頒布了年美國頒布了污染防治條例污染防治條例， 將污染的防治定為國策將污染的防治定為國策 19961996年設定年設定“總統(tǒng)綠色化學挑戰(zhàn)獎總統(tǒng)綠色化學挑戰(zhàn)獎” 日本日本 制訂制訂“2121世紀重建綠色地球世紀

22、重建綠色地球”的新陽光計劃，的新陽光計劃， 設立設立“為地球創(chuàng)新技術的研究院為地球創(chuàng)新技術的研究院” 歐盟各國歐盟各國 德國德國 19911991年制訂年制訂“為環(huán)境而研究的計劃為環(huán)境而研究的計劃” 英國英國 20002000年設立年設立“Jerwood SaltersJerwood Salters環(huán)境獎環(huán)境獎” 荷蘭荷蘭 制訂制訂“清潔生產(chǎn)手冊清潔生產(chǎn)手冊”4719901990年，美國通過了一項年，美國通過了一項“防止污染行動防止污染行動”的法令。的法令。 19911991年后，綠色化學由美國化學會（年后，綠色化學由美國化學會（ACSACS）提出并成）提出并成為美國國家環(huán)保局（為美國國家環(huán)保

23、局（EPAEPA）的中心口號。）的中心口號。 19951995年，美國前總統(tǒng)克林頓設立了年，美國前總統(tǒng)克林頓設立了“總統(tǒng)綠色化學總統(tǒng)綠色化學挑戰(zhàn)獎挑戰(zhàn)獎”，從，從19961996年開始在華盛頓國家科學院每年開始在華盛頓國家科學院每年頒發(fā)一次，這是化學領域唯一的總統(tǒng)級科學獎。年頒發(fā)一次，這是化學領域唯一的總統(tǒng)級科學獎。19991999年，世界上第一本年，世界上第一本綠色化學綠色化學雜志誕生。雜志誕生。20002000年，美國化學會出版了第一本綠色化學教科書。年，美國化學會出版了第一本綠色化學教科書。48 中國中國 制訂了制訂了“科教興國科教興國”和可持續(xù)發(fā)展策略，并于和可持續(xù)發(fā)展策略，并于199

24、31993年世界環(huán)境和發(fā)展大會之后，編制了年世界環(huán)境和發(fā)展大會之后，編制了中國中國2121世世紀議程紀議程鄭重聲明走可持續(xù)發(fā)展道路的決心。鄭重聲明走可持續(xù)發(fā)展道路的決心。 1995 1995年中國科學院化學部組織了年中國科學院化學部組織了綠色化學與技綠色化學與技術術推進化工生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的途徑推進化工生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的途徑院士咨詢活院士咨詢活動動 1997 1997年國家自然科學基金委年國家自然科學基金委“九五九五”重大項目：重大項目：環(huán)境友好石油化工催化化學與反應工程環(huán)境友好石油化工催化化學與反應工程 1997 1997年年5 5月，香山科學會議第月，香山科學會議第7272次學術研討會：可次學

25、術研討會：可持續(xù)發(fā)展問題對科學的挑戰(zhàn)持續(xù)發(fā)展問題對科學的挑戰(zhàn)綠色化學綠色化學 1998 1998年合肥第一屆國際綠色化學高級研討會年合肥第一屆國際綠色化學高級研討會 1999 1999年北京第年北京第1616次九華山科學論壇次九華山科學論壇“綠色化學的基綠色化學的基本科學問題本科學問題” 2000 2000年科技部年科技部國家重點基礎研究發(fā)展規(guī)劃項目國家重點基礎研究發(fā)展規(guī)劃項目立項立項石油煉制和基本有機化學品合成的綠色化學石油煉制和基本有機化學品合成的綠色化學49綠色化學的興起綠色化學的興起環(huán)境保護的推動環(huán)境保護的推動合理利用資源合理利用資源降低成本降低成本 環(huán)境監(jiān)測費用環(huán)境監(jiān)測費用 廢物處理

26、費用廢物處理費用 人身保健費用人身保健費用 社區(qū)安全保險費用等社區(qū)安全保險費用等50綠色化學的綠色化學的1212條原則條原則 1、防止廢物的產(chǎn)生而不是產(chǎn)生后再來處理防止廢物的產(chǎn)生而不是產(chǎn)生后再來處理( (從源從源頭上控制）；頭上控制）； 2 2、合成方法應設計成能將所有的起始物質嵌入、合成方法應設計成能將所有的起始物質嵌入到最終產(chǎn)物中（原子經(jīng)濟性反應）；到最終產(chǎn)物中（原子經(jīng)濟性反應）；3 3、只要可能，反應中使用和生成的物質應對人、只要可能，反應中使用和生成的物質應對人類健康和環(huán)境無毒或毒性很??；類健康和環(huán)境無毒或毒性很?。? 4、設計的化學產(chǎn)品應在保護原有功效的同時盡、設計的化學產(chǎn)品應在保護

27、原有功效的同時盡量使其無毒或毒性很?。涣渴蛊錈o毒或毒性很??；5 5、盡量不使用輔助性物質（如溶劑、分離試劑、盡量不使用輔助性物質（如溶劑、分離試劑等），如果一定要用，也應使用無毒物質；等），如果一定要用，也應使用無毒物質；6 6、能量消耗越小越好，應能為環(huán)境和經(jīng)濟方面、能量消耗越小越好，應能為環(huán)境和經(jīng)濟方面的考慮所接受；的考慮所接受； 51 7、只要技術上和經(jīng)濟上可行，使用的原材料應是能再、只要技術上和經(jīng)濟上可行，使用的原材料應是能再生的；生的； 8 8、應盡量避免不必要的衍生過程（如基團的保護，物、應盡量避免不必要的衍生過程（如基團的保護，物理與化學過程的臨時性修改等）；理與化學過程的臨時性

28、修改等）；9 9、盡量使用選擇性高的催化劑，而不是提高反應物的、盡量使用選擇性高的催化劑，而不是提高反應物的配料比；配料比；1010、設計化學產(chǎn)品時，應考慮當該物質完成自己的功能、設計化學產(chǎn)品時，應考慮當該物質完成自己的功能后，不再滯留于環(huán)境中，而可降解為無毒的產(chǎn)品；后，不再滯留于環(huán)境中，而可降解為無毒的產(chǎn)品；1111、分析方法也需要進一步研究開發(fā)，使之能做到實時、分析方法也需要進一步研究開發(fā)，使之能做到實時、現(xiàn)場監(jiān)控，以防有害物質的形成；現(xiàn)場監(jiān)控，以防有害物質的形成；1212、化學過程中使用的物質或物質的形態(tài)，應考慮盡量、化學過程中使用的物質或物質的形態(tài)，應考慮盡量減少實驗事故的潛在危險，如

29、氣體釋放、爆炸和著火等減少實驗事故的潛在危險，如氣體釋放、爆炸和著火等（過程的安全性）。（過程的安全性）。52綠色化學的基本原則無毒無害原料無毒無害原料可再生資源可再生資源環(huán)境友好產(chǎn)品環(huán)境友好產(chǎn)品 回歸自然回歸自然廢物回收利用廢物回收利用無毒無害無毒無害催化劑催化劑 無毒無害無毒無害溶劑溶劑原子經(jīng)濟反應原子經(jīng)濟反應53實 例 大力開發(fā)醫(yī)藥等精細化工產(chǎn)品的大力開發(fā)醫(yī)藥等精細化工產(chǎn)品的 “ “原子經(jīng)濟原子經(jīng)濟”反應，力爭實現(xiàn)廢物反應，力爭實現(xiàn)廢物“零排放零排放” 超臨界超臨界COCO2 2代替有毒、有害溶劑正在推廣應用代替有毒、有害溶劑正在推廣應用 利用可再生資源生產(chǎn)大宗有機化工產(chǎn)品利用可再生資源

30、生產(chǎn)大宗有機化工產(chǎn)品 工農(nóng)結合工農(nóng)結合, , 生產(chǎn)超清潔生物柴油生產(chǎn)超清潔生物柴油 永恒的主題永恒的主題設計、生產(chǎn)和使用環(huán)境友好產(chǎn)設計、生產(chǎn)和使用環(huán)境友好產(chǎn)品品 回收廢塑料、纖維等材料，走上回收廢塑料、纖維等材料，走上“閉路循環(huán)閉路循環(huán)”之路之路54大力開發(fā)醫(yī)藥等精細化工產(chǎn)品大力開發(fā)醫(yī)藥等精細化工產(chǎn)品 “原子經(jīng)原子經(jīng)濟濟”反應，力爭實現(xiàn)廢物反應，力爭實現(xiàn)廢物“零排放零排放” Barry Trost：原子經(jīng)濟性原子經(jīng)濟性(Atom Economy)(Atom Economy)概念概念 A B C D A B C 產(chǎn)物廢物或副產(chǎn)物廢物廢物為零為零55（瓦爾堡醛 ）CH3CH3CH3OHCHOCHO

31、綠色化學綠色化學的典型實例的典型實例產(chǎn)物綠色化產(chǎn)物綠色化 生態(tài)農(nóng)藥生態(tài)農(nóng)藥（綠色農(nóng)藥）（綠色農(nóng)藥）天然天然昆蟲拒食劑昆蟲拒食劑，瓦爾堡醛瓦爾堡醛就是一個的例子，它是從一種植物中提取的，對就是一個的例子，它是從一種植物中提取的，對非洲蠕蟲有專一活非洲蠕蟲有專一活性性，東非人該植物作，東非人該植物作調味品調味品，但在噴灑過它的玉米葉片上停留，但在噴灑過它的玉米葉片上停留3030分分鐘的害蟲都將永遠失去飼食能力而鐘的害蟲都將永遠失去飼食能力而餓死餓死。 農(nóng)藥對人不一定都是有毒的！農(nóng)藥對人不一定都是有毒的！56 昆蟲拒食劑昆蟲拒食劑中最突出的例子，是目前發(fā)現(xiàn)的活性中最突出的例子，是目前發(fā)現(xiàn)的活性最強的

32、印苦楝子素。印苦楝子素是從印度民間藥材最強的印苦楝子素。印苦楝子素是從印度民間藥材樹楝樹的種子中分離得到的，它能影響各種各樣的樹楝樹的種子中分離得到的，它能影響各種各樣的害蟲，且只要害蟲，且只要2 21010-2-2mg/mmg/m2 2的量就可以阻止沙漠蝗的的量就可以阻止沙漠蝗的侵食；它沒有明顯的毒性，因為楝樹的嫩枝一般用侵食；它沒有明顯的毒性，因為楝樹的嫩枝一般用于刷牙，葉子用作抗瘧劑，果實則是鳥類很好的食于刷牙，葉子用作抗瘧劑，果實則是鳥類很好的食物；此外，雖然純潔的印苦楝子素價格昂貴（物；此外，雖然純潔的印苦楝子素價格昂貴（2525美美元元/ mg/ mg），但其粗提物十分便宜，因為楝

33、樹極易成），但其粗提物十分便宜，因為楝樹極易成活，分布很廣，而且長得高大粗壯，果實累累。因活，分布很廣，而且長得高大粗壯，果實累累。因此，印苦楝子素投入商品市場后，取得了很好的經(jīng)此，印苦楝子素投入商品市場后，取得了很好的經(jīng)濟效益和社會效益。濟效益和社會效益。 我們生活中其他實例？我們生活中其他實例？57綠色化學綠色化學的典型實例的典型實例產(chǎn)物綠色化產(chǎn)物綠色化 無磷洗衣粉無磷洗衣粉（三聚磷酸鈉（三聚磷酸鈉 水體富營養(yǎng)化水體富營養(yǎng)化赤潮赤潮無定型硅酸鈉代替）無定型硅酸鈉代替） 無氟冰箱無氟冰箱（氟利昂（氟利昂制冷劑、發(fā)泡劑、氣霧劑制冷劑、發(fā)泡劑、氣霧劑CFC-115：CF3CClF2 氯原子破壞臭

34、氧層氯原子破壞臭氧層替代品替代品HFC-125：CF3CHF2 并非無氟）并非無氟） 海洋船舶的涂料污染海洋船舶的涂料污染三丁基錫污染三丁基錫污染鯨和海鯨和海豚大批沖灘自殺，其主要原因是鯨和海豚喜歡追逐豚大批沖灘自殺，其主要原因是鯨和海豚喜歡追逐海船，海船中的有機錫毒害了動物腦神經(jīng)細胞海船，海船中的有機錫毒害了動物腦神經(jīng)細胞1996年美國年美國“總統(tǒng)綠色化學挑戰(zhàn)獎總統(tǒng)綠色化學挑戰(zhàn)獎”設計更安全化設計更安全化學品獎學品獎“海洋海洋9號號” NSClClO58可持續(xù)原理物質物質循環(huán)循環(huán)輸入能量輸出能量封閉系統(tǒng)與環(huán)境無物質交換在外來能量驅動下封閉系統(tǒng)中物質循環(huán)機理59可持續(xù)生態(tài)社會的封閉系統(tǒng)：地球H

35、2OCO2太陽能食物鏈光合作用紅外輻射人類是地球生態(tài)系統(tǒng)的一部分有機物95 Billion ton C / Y 地球60CO2是燃燒和代謝的終產(chǎn)物，是溫室效應的主要根源。CO2 又是一種寶貴的碳資源，在地球上的儲量比天然氣、石油和煤的總和還要多。如果能將CO2加以有效利用，則可以起到保護環(huán)境，減輕溫室效應的作用。物 質 循 環(huán) 示 意 圖61生物質燃料食品其他產(chǎn)品CO2H2O碳循環(huán)可持續(xù)的路線62Polyhydroxyalkanoates (PHAs)63未來可利用的生物量能源65.1%食品23.1%化學品7.7%據(jù)估計，到2040年，全球陸地的生物量可達650億噸（單位產(chǎn)量提高10倍）64半

36、導體hv電子 + 空穴氧化性還原性半導體催化反應法利用CO26566生物與石油化工的競爭力生物化工石油化工經(jīng)濟競爭力時間石油價格 ？$ / 桶石油化工，夕陽工業(yè)！生物化工，朝陽工業(yè)！67石油路線與生物質路線的經(jīng)濟分析010002000300040002001200220032004從石油中得到乙烯由生物質制備乙烯油價上升生物技術進步6869谷物谷物發(fā)酵發(fā)酵酒精酒精燃料燃料用更廉價用更廉價的纖維素的纖維素用更先進用更先進的工藝的工藝70有機垃圾有機垃圾發(fā)酵發(fā)酵沼氣沼氣71林業(yè)廢棄物林業(yè)廢棄物 農(nóng)作物廢棄物農(nóng)作物廢棄物 畜牧業(yè)廢棄物畜牧業(yè)廢棄物 工業(yè)工業(yè)廢棄物廢棄物 都市廢棄物都市廢棄物 直接燃燒

37、直接燃燒 熱轉換熱轉換 發(fā)酵、脂化發(fā)酵、脂化 生物轉換生物轉換 熱水熱水 蒸氣蒸氣 合成燃油合成燃油 瓦斯瓦斯 生質柴油生質柴油 酒精汽油酒精汽油 氫氣氫氣 甲醇甲醇 發(fā)發(fā) 電電 替代燃料替代燃料 熱利用熱利用 生質能來源生質能來源 轉換技術轉換技術 能源型式能源型式 用途用途 生質能轉換能源示意圖 7273原 油石腦油生物質糖乙 醇乙 烯高溫、裝置復雜、規(guī)模大中溫、裝置簡單、規(guī)模小聚乙烯、聚丙橡膠、聚酯環(huán)氧乙烷、乙醛、乙二醇甲苯、苯乙烯、丁二烯氯乙烯、二氯乙烯.世界第一大化工原料傳統(tǒng)法與生物法制備乙烯的比較74二種路線制備乙二醇的比較石油石腦油乙烯環(huán)氧乙烷乙二醇生物質糖乙 醇乙 烯75CH2

38、CCHCH3OHHClCO/H2CH3(CH2)nOHCOHCOOCH3H2SO4(CH3O)2SO4CH2CCOOHHOCH3OCH3OCH3H2SO4H2OCH2CH2CH3ClCOCH3COOH甲醇及其衍生物76生物法制備丁二烯和苯乙烯BiomassEthanolEthyleneButanol+(acetone)C4H6 ButadieneStyrene77丙烯腈水除 氧水合反應100oC分離催化劑濃 縮Cu離子催化未反應丙烯腈丙烯腈水脫色水合反應常 溫生物催化劑分離催化劑丙烯腈生物法生產(chǎn)丙烯酰胺化學法生產(chǎn)丙烯酰胺收率：99.99%純度：99.99%78化學法與生物生產(chǎn)丙烯酰胺的比較Cu

39、離子催化法生物催化法丙烯腈單耗0.80.75產(chǎn)品純度95%99.99%副產(chǎn)物和雜質產(chǎn)品中有較多的Cu催化劑副產(chǎn)物極少丙烯腈轉化率8387%99.99%生產(chǎn)成本高低反應溫度100oC室溫能耗高低79生物質精練示意圖食 品生物質非食用成分木質素纖維素甲殼素寡 糖葡萄糖分 離溶 解水 解化工原料燃 料化學品汽 化轉化反應新材料H2 CH480 聚乳酸類高分子合成與降解循環(huán)示意圖聚乳酸類高分子合成與降解循環(huán)示意圖 淀 粉發(fā) 酵乳酸開 環(huán) 聚 合聚 乳酸及其 衍生物加 工聚 乳酸類高 分子制 品應用聚 乳酸類廢 棄 物水解、 微 生物 分解代 謝植物 光 合 作用二氧化碳、 水丙交酯環(huán) 化二聚直接 聚

40、合81PLAPLA纖維在模擬體液（纖維在模擬體液（pHpH7.47.4）中）中降解降解的電鏡照片的電鏡照片生物可降解高分子的應用生物可降解高分子的應用降解前 降解9天 降解18天 降解27天 82聚乳酸（聚乳酸（PLAPLA）的用途）的用途 服裝材料服裝材料（背心、內衣）（背心、內衣）絲綢般亮澤、絲綢般亮澤、舒適舒適 通用塑料通用塑料（包裝材料、圓珠筆）（包裝材料、圓珠筆）自然界自然界可降解，環(huán)保，也可以焚燒回收能源，或堆肥可降解，環(huán)保，也可以焚燒回收能源，或堆肥作為肥料作為肥料 醫(yī)用材料醫(yī)用材料（手術縫合線、骨折固定材料、人（手術縫合線、骨折固定材料、人體軟骨材料、人體組織填充材料、藥物緩釋載體軟骨材料、人體組織填充材料、藥物緩釋載體）體）安全、方便安全、方便目