環(huán)境化學第八章綠色化學的基本原理與應用

1、L o g oL o g oL o g oL o g o綠色化學的起源綠色化學的起源綠色化學的十二條原則綠色化學的十二條原則綠色化學的研究進展綠色化學的研究進展L o g oL o g ov綠色化學的定義v綠色化學產(chǎn)生的三階段v傳統(tǒng)化學的雙重作用L o g oL o g o 二十世紀化學領域的成績二十世紀化學領域的成績 年代年代產(chǎn)品名稱產(chǎn)品名稱 作用作用 1913合成氨合成氨糧食、果蔬產(chǎn)量提高糧食、果蔬產(chǎn)量提高 1941殺蟲劑殺蟲劑DDT 1928青霉素青霉素人均壽命大大延長人均壽命大大延長 1930聚氯乙烯聚氯乙烯遍及人類的生產(chǎn)、生遍及人類的生產(chǎn)、生活的各個方面活的各個方面 1938尼龍尼龍

2、 1939順丁橡膠順丁橡膠 1921乙烯（天然氣裂解）乙烯（天然氣裂解）L o g oL o g o臭氧層破壞臭氧層破壞 Text全球變暖全球變暖生物多樣性減少生物多樣性減少酸雨酸雨森林銳減森林銳減土地沙漠化土地沙漠化海洋污染海洋污染大氣污染大氣污染淡水資源污染淡水資源污染垃圾圍城垃圾圍城L o g oL o g oL o g oL o g oL o g oL o g oL o g oL o g oL o g oL o g oL o g oL o g oL o g oL o g oL o g oL o g oL o g oL o g oL o g oL o g oL o g oL o g oL

3、 o g oL o g o八大公害事件八大公害事件L o g oL o g o環(huán)境保護的警世之作環(huán)境保護的警世之作 19621962年，美國女海洋生物學年，美國女海洋生物學家家Rachel CarsonRachel Carson所著所著Silent SpringSilent Spring出版。出版。L o g oL o g o管制與控管制與控制時期制時期稀釋廢物稀釋廢物來防治環(huán)來防治環(huán)境污染境污染 污染預防為污染預防為主，末端治主，末端治理為輔理為輔50年代年代5080年代末年代末90年代初年代初綠色化學產(chǎn)生的三個階段綠色化學產(chǎn)生的三個階段L o g oL o g o什么是綠色化學什么是綠色化

4、學綠色化學綠色化學，又稱，又稱環(huán)境無害化學環(huán)境無害化學、環(huán)環(huán)境友好化學境友好化學、清潔化學清潔化學。它是利用化。它是利用化學原理和方法來減少或消除對人類健學原理和方法來減少或消除對人類健康、社區(qū)安全、生態(tài)環(huán)境有害的反應康、社區(qū)安全、生態(tài)環(huán)境有害的反應原料、催化劑、溶劑和試劑、產(chǎn)物、原料、催化劑、溶劑和試劑、產(chǎn)物、副產(chǎn)物的使用和產(chǎn)生的新興學科副產(chǎn)物的使用和產(chǎn)生的新興學科 ，是，是一門從源頭上減少或消除污染的化學一門從源頭上減少或消除污染的化學 L o g oL o g oL o g oL o g o 綠色化學的主要研究內(nèi)容綠色化學的主要研究內(nèi)容原子經(jīng)濟反應原子經(jīng)濟反應高選擇性反應高選擇性反應無毒

5、無害原料可再生資源環(huán)境友好產(chǎn)品無毒無害催化劑無毒無害溶劑L o g oL o g o綠色化學的十二條原則綠色化學的十二條原則v1.預防預防v2.原子經(jīng)濟性原子經(jīng)濟性 v3.低毒害化學合成低毒害化學合成 v4.設計較安全的化合物設計較安全的化合物 v5.使用較安全的溶劑與助使用較安全的溶劑與助劑劑 v6.有節(jié)能效益的設計有節(jié)能效益的設計 v7.使用再生資源作原料使用再生資源作原料 v8.減少運用衍生物減少運用衍生物 v9.催化反應催化反應 v10.設計可降解產(chǎn)物設計可降解產(chǎn)物 v11.及時分析以防止污染及時分析以防止污染 v12.采用本身安全采用本身安全,能防止發(fā)能防止發(fā)生意外的化學品生意外的化

6、學品 L o g oL o g o)Trost獲獲1998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”學術獎學術獎L o g oL o g o乙烯制備乙烯制備環(huán)氧乙烷環(huán)氧乙烷（ 氣體殺菌消毒劑）反應氣體殺菌消毒劑）反應 1）經(jīng)典方法）經(jīng)典方法 二步法二步法 CH2=CH2 + Cl2 + H2O ClCH2CH2OH + HCl ClCH2CH2OH + Ca(OH)2 +HCl C2H4O + 2CaCl2+2H2O 2）新方法）新方法 一步法一步法 C2H4 + O2 C2H4O 總反應為總反應為 C2H4 + Cl2 + Ca(OH)2C2H4O+CaCl2+H2O 28 71

7、74 44 C2H4 + O2 C2H4O 28 16 44 L o g oL o g o環(huán)境污染源與人體健康環(huán)境污染源與人體健康L o g oL o g o 光氣（光氣（COCl2）的毒性）的毒性：極：極微量時可引起咳嗽、咽喉微量時可引起咳嗽、咽喉發(fā)炎、嘔吐等；重癥時，發(fā)炎、嘔吐等；重癥時，引起肺部淤血和肺水腫；引起肺部淤血和肺水腫；深度中毒時，導致急性窒深度中毒時，導致急性窒息性死亡。因而被稱為息性死亡。因而被稱為“在陸地上的溺死在陸地上的溺死”。第。第一次世界大戰(zhàn)中，光氣曾一次世界大戰(zhàn)中，光氣曾被用作化學武器。被用作化學武器。 慘痛的博帕爾毒氣事件慘痛的博帕爾毒氣事件 L o g oL

8、o g o取代光氣的綠色化學技術取代光氣的綠色化學技術 1. 用CO2代替光氣（COCl2 ）生產(chǎn)亞氨酯： 傳統(tǒng)工藝為： RNH2 + COCl2 RNCO + HCl RNCO + ROH RNHCOOR 美國Monsanto公司開發(fā)的新工藝為： RNH2 + CO2 RNCO + H2O RNCO + ROH RNHCOOR 徹底解決了傳統(tǒng)工藝的兩大問題固體光氣固體光氣2.L o g oL o g o L o g oL o g o綠色化學化工實用技術貢長生著 化學工業(yè)出版社 p.33L o g oL o g o實例：海洋船舶防垢劑實例：海洋船舶防垢劑 傳統(tǒng)對策：在油漆中添加有機錫防垢劑TB

9、TO Rohm & Haas公司研究出Sea-Ninetm抗浮游生物劑 TBTO有毒副作用有毒副作用 生物體內(nèi)產(chǎn)生積累放大效生物體內(nèi)產(chǎn)生積累放大效應，最高可達應，最高可達10000倍倍 半衰期長半衰期長 降解快降解快 （海水中半衰期為海水中半衰期為1d，沉積物中為沉積物中為1h，在生物體中積累，在生物體中積累基本為零）基本為零） 獲得獲得1996年美國年美國“總統(tǒng)綠色化學總統(tǒng)綠色化學 挑戰(zhàn)獎挑戰(zhàn)獎”的設計更安全化學品獎的設計更安全化學品獎 L o g oL o g o 傳統(tǒng)溶劑、助劑傳統(tǒng)溶劑、助劑：氯仿（氯仿（CHCl3） 、四氯化碳、苯、四氯化碳、苯、氟氯烴、烴類及其衍生物氟氯烴、烴

10、類及其衍生物缺點缺點L o g oL o g o無毒無害的超臨界co2超臨界流體處于超臨界溫度和超處于超臨界溫度和超臨界壓力下的流體，臨界壓力下的流體，是一種介于氣態(tài)和液是一種介于氣態(tài)和液態(tài)之間的狀態(tài)。其密態(tài)之間的狀態(tài)。其密度與液體接近，而黏度與液體接近，而黏度則與氣體接近。這度則與氣體接近。這一流體具有可變性，一流體具有可變性，其性質(zhì)隨溫度和壓強其性質(zhì)隨溫度和壓強的變化而變化。的變化而變化。超臨界超臨界coco2 2T T 31 31 ；P P 7.38Mpa7.38Mpa廉價、無毒、易分離廉價、無毒、易分離不燃燒，不形成光化學煙不燃燒，不形成光化學煙霧，也不破壞臭氧層霧，也不破壞臭氧層從來

11、源上看，是生產(chǎn)合成從來源上看，是生產(chǎn)合成氨和天然氣的副產(chǎn)物氨和天然氣的副產(chǎn)物L o g oL o g ov超臨界co2作溶劑：v超臨界CO2作萃取劑：應用范圍應用范圍 應用類別應用類別 食品工業(yè)食品工業(yè) 中草藥有效成分的提取、分離，藥中草藥有效成分的提取、分離，藥品原料的濃縮、精制品原料的濃縮、精制 醫(yī)藥工業(yè)醫(yī)藥工業(yè) 啤酒花、動植物油、咖啡因、植物啤酒花、動植物油、咖啡因、植物色素的提取色素的提取 化妝品香化妝品香料工業(yè)料工業(yè) 天然香料、合成香料的分離和精制，天然香料、合成香料的分離和精制，化妝品原料的萃取化妝品原料的萃取 L o g oL o g o L o g oL o g o 電能 光能

12、 微波自由基成環(huán)自由基成環(huán)二硫代保護基團感光裂解二硫代保護基團感光裂解2-甲基甲基-1，3-戊二烯與乙醛酸酯在苯溶劑中的反應戊二烯與乙醛酸酯在苯溶劑中的反應 L o g oL o g o 由光合作用產(chǎn)生的由光合作用產(chǎn)生的所有生物有機體的總所有生物有機體的總稱，包括植物、農(nóng)作稱，包括植物、農(nóng)作物、林產(chǎn)物等。其中物、林產(chǎn)物等。其中含有淀粉、纖維素、含有淀粉、纖維素、木質(zhì)素等成分木質(zhì)素等成分。 可再生，儲量豐富可再生，儲量豐富 大部分已高度氧化大部分已高度氧化 比礦物原料更清潔比礦物原料更清潔 季節(jié)性強，產(chǎn)量、質(zhì)季節(jié)性強，產(chǎn)量、質(zhì)量不穩(wěn)定量不穩(wěn)定需要大量土地需要大量土地 L o g oL o g o

13、19961996年年 “ “總統(tǒng)綠色總統(tǒng)綠色化學挑戰(zhàn)獎化學挑戰(zhàn)獎”學術學術獎獎Taxas A&MTaxas A&M大學大學 M.HoltzappleM.Holtzapple教授教授利用廢棄的生物質(zhì)利用廢棄的生物質(zhì), ,經(jīng)石灰消化處理經(jīng)石灰消化處理, ,后后經(jīng)發(fā)酵生產(chǎn)有機化經(jīng)發(fā)酵生產(chǎn)有機化學品和燃料學品和燃料.綠色化學化工實用技術貢長生著 化學工業(yè)出版社 P.16L o g oL o g o綠色化學化工實用技術貢長生著 化學工業(yè)出版社 P.31生物質(zhì)原料的加工利用生物質(zhì)原料的加工利用L o g oL o g o實例：己二酸的制取實例：己二酸的制取傳統(tǒng)制法： 1.原料苯為致癌物質(zhì)

14、2.硝酸作為氧化劑腐蝕嚴重 3.反應需要高溫高壓條件，能耗高Frost用葡萄糖為原料制取己二酸：L o g oL o g o 保護與去保護 成鹽 增添一個只為被取代的官能團L o g oL o g o L o g oL o g ov傳統(tǒng)的無機液體酸催化劑：硫酸、氫氟酸、三氯化鋁 H2SO4 強腐蝕性、脫強腐蝕性、脫水性、氧化性水性、氧化性。 廢液處理廢液處理 令人頭痛令人頭痛 HF 劇毒，強腐劇毒，強腐蝕性和脫水性蝕性和脫水性 AlCl3 強腐蝕性強腐蝕性。 必須在無水必須在無水條件下操作條件下操作 分離難，不易分離難，不易循環(huán)使用循環(huán)使用L o g oL o g o分子篩催化劑實例：分子篩代替三氯化鋁催化