綠色化學(xué)與技術(shù)的進(jìn)展課件

1、綠色化學(xué)與技術(shù)的新進(jìn)展1環(huán)境治理的歷史回顧 20世紀(jì)4050年代 稀釋廢物 20世紀(jì)6070年代 廢物后處理 20世紀(jì)90年代 從源頭消除污染源2綠色化學(xué)(Green Chemistry)環(huán)境無害化學(xué)環(huán)境友好化學(xué) 清潔化學(xué) 從源頭消除污染的途徑 新設(shè)計(jì)化學(xué)合成方法和化工產(chǎn) 品來根除污染源3各國政府推動綠色化學(xué)的措施 美國 1990年美國頒布了污染防治條例， 將 污染的防治定為國策 1996年設(shè)定“總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎” 日本 制訂“21世紀(jì)重建綠色地球”的新陽光計(jì)劃， 設(shè)立“為地球創(chuàng)新技術(shù)的研究院” 歐盟各國 德國 1991年制訂“為環(huán)境而研究的計(jì)劃” 英國 2000年設(shè)立“Jerwood Sa

2、lters環(huán)境獎” 荷蘭 制訂“清潔生產(chǎn)手冊”41990年，美國通過了一項(xiàng)“防止污染行動”的法令。 1991年后，綠色化學(xué)由美國化學(xué)會（ACS）提出并成為美國國家環(huán)保局（EPA）的中心口號。 1995年，美國前總統(tǒng)克林頓設(shè)立了“總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎”，從 1996年開始在華盛頓國家科學(xué)院每年頒發(fā)一次，這是化學(xué)領(lǐng)域唯一的總統(tǒng)級科學(xué)獎。1999年，世界上第一本綠色化學(xué)雜志誕生。2000年，美國化學(xué)會出版了第一本綠色化學(xué)教科書。5 中國 制訂了“科教興國”和可持續(xù)發(fā)展策略，并于1993年世界環(huán)境和發(fā)展大會之后，編制了中國21世紀(jì)議程鄭重聲明走可持續(xù)發(fā)展道路的決心。 1995年中國科學(xué)院化學(xué)部組織了綠色

3、化學(xué)與技術(shù)推進(jìn)化工生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的途徑院士咨詢活動 1997年國家自然科學(xué)基金委“九五”重大項(xiàng)目：環(huán)境友好石油化工催化化學(xué)與反應(yīng)工程 1997年5月，香山科學(xué)會議第72次學(xué)術(shù)研討會：可持續(xù)發(fā)展問題對科學(xué)的挑戰(zhàn)綠色化學(xué) 1998年合肥第一屆國際綠色化學(xué)高級研討會 1999年北京第16次九華山科學(xué)論壇“綠色化學(xué)的基本科學(xué)問題” 2000年科技部國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目立項(xiàng)石油煉制和基本有機(jī)化學(xué)品合成的綠色化學(xué)6綠色化學(xué)的興起環(huán)境保護(hù)的推動合理利用資源降低成本環(huán)境監(jiān)測費(fèi)用廢物處理費(fèi)用人身保健費(fèi)用社區(qū)安全保險費(fèi)用等7綠色化學(xué)的主要內(nèi)容無毒無害原料可再生資源環(huán)境友好產(chǎn)品 回歸自然廢物回收利用無毒無害

4、催化劑 無毒無害溶劑原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)8綠色化學(xué)的12條原則 1、防止廢物的產(chǎn)生而不是產(chǎn)生后再來處理； 2、合成方法應(yīng)設(shè)計(jì)成能將所有的起始物質(zhì)嵌入到最終產(chǎn)物中；3、只要可能，反應(yīng)中使用和生成的物質(zhì)應(yīng)對人類健康和環(huán)境無毒或毒性很?。?、設(shè)計(jì)的化學(xué)產(chǎn)品應(yīng)在保護(hù)原有功效的同時盡量使其無毒或毒性很??；5、盡量不使用輔助性物質(zhì)（如溶劑、分離試劑等），如果一定要用，也應(yīng)使用無毒物質(zhì)；6、能量消耗越小越好，應(yīng)能為環(huán)境和經(jīng)濟(jì)方面的考慮所接受； 9綠色化學(xué)的12條原則 7、只要技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上可行，使用的原材料應(yīng)是能再生的； 8、應(yīng)盡量避免不必要的衍生過程（如基團(tuán)的保護(hù)，物理與化學(xué)過程的臨時性修改等）；9、盡量使用選擇

5、性高的催化劑，而不是提高反應(yīng)物的配料比；10、設(shè)計(jì)化學(xué)產(chǎn)品時，應(yīng)考慮當(dāng)該物質(zhì)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；11、分析方法也需要進(jìn)一步研究開發(fā)，使之能做到實(shí)時、現(xiàn)場監(jiān)控，以防有害物質(zhì)的形成；12、化學(xué)過程中使用的物質(zhì)或物質(zhì)的形態(tài)，應(yīng)考慮盡量減少實(shí)驗(yàn)事故的潛在危險，如氣體釋放、爆炸和著火等。10內(nèi)容簡介 大力開發(fā)醫(yī)藥等精細(xì)化工產(chǎn)品的 “原子經(jīng)濟(jì)”反應(yīng)， 力爭實(shí)現(xiàn)廢物“零排放” 大宗有機(jī)化工品的第二代綠色生產(chǎn)技術(shù)正在開發(fā) 超臨界CO2代替有毒、有害溶劑正在推廣應(yīng)用 利用可再生資源生產(chǎn)大宗有機(jī)化工產(chǎn)品方興未艾 工農(nóng)結(jié)合, 生產(chǎn)超清潔生物柴油 永恒的主題設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用環(huán)境友

6、好產(chǎn)品 回收廢塑料、纖維等材料，走上“閉路循環(huán)”之路11(一)大力開發(fā)醫(yī)藥等精細(xì)化工產(chǎn)品 “原子經(jīng)濟(jì)”反應(yīng)，力爭實(shí)現(xiàn)廢物“零排放” Barry Trost：原子經(jīng)濟(jì)性(Atom Economy)概念 A B C D A B C 產(chǎn)物廢物或副產(chǎn)物廢物為零12工業(yè)部門每噸產(chǎn)品排放的廢物（噸/噸）煉油0.1大宗化學(xué)品15精細(xì)化工520制藥25100不同工業(yè)部門生產(chǎn)中的廢物排放量制藥、精細(xì)化工更需開發(fā)原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)13 傳統(tǒng)工藝3-氯過苯甲酸氧化劑，原子經(jīng)濟(jì)性42%，產(chǎn)生3-氯苯甲酸廢物 綠色工藝負(fù)載錫的沸石催化劑，過氧化氫氧化劑，原子經(jīng)濟(jì)性86%，副產(chǎn)物只有水Baeyer-Villiger反應(yīng)用于生產(chǎn)

7、醫(yī)藥、塑料添加劑O+ClOOOHOO+ClOHO錫/沸石14醫(yī)藥、農(nóng)藥、功能化學(xué)品的研究綠色化學(xué)最活躍的前沿領(lǐng)域 大力研究原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)和手性合成等醫(yī)藥、農(nóng)藥等產(chǎn)品要引進(jìn)多種官能團(tuán)和調(diào)整化學(xué)結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)往往經(jīng)過多步反應(yīng)，需要配套開發(fā)技術(shù)，才能推向工業(yè)化15(二)大宗有機(jī)化工產(chǎn)品的第二 代綠色生產(chǎn)技術(shù)正在開發(fā) 烴類氧化的“原子經(jīng)濟(jì)”反應(yīng)正在改進(jìn)替代劇毒光氣等原料的綠色技術(shù)，研究降低成本開發(fā)新一代苯與烯烴烷基化無毒無害固體酸催化劑16烴類氧化的“原子經(jīng)濟(jì)”反應(yīng)正在改進(jìn)20世紀(jì)80年代發(fā)明鈦硅分子篩作為催化劑 采用H2O2為氧化劑 實(shí)現(xiàn)下列“原子經(jīng)濟(jì)”反應(yīng)丙烯環(huán)氧化制環(huán)氧丙烷環(huán)己酮氨氧化制環(huán)己酮肟苯酚氧

8、化制對苯二酚17丙烯環(huán)氧化制環(huán)氧丙烷次氯酸石灰廢渣 污水傳統(tǒng)工藝氯醇法：原子經(jīng)濟(jì)性=31%綠色工藝鈦硅分子篩催化：原子經(jīng)濟(jì)性=76%1- 氯丙醇2- 氯丙醇18目前針對烴類催化氧化的不足，又有了新進(jìn)展 降低H2O2費(fèi)用原位H2、O2合成H2O2，與丙烯環(huán)氧化集成新氧化劑異丙苯過氧化物 新氧化催化材料Sn/沸石有機(jī)氮絡(luò)合Fe2+系催化劑含鎢的金屬簇相轉(zhuǎn)移催化劑19烴類催化氧化生產(chǎn)大宗有機(jī)化學(xué)品的原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng) 分析我國已開發(fā)技術(shù)的不足 參照國外新研究動向力爭開發(fā)下一代綠色技術(shù)20替代劇毒光氣等原料的綠色技術(shù)需要降低成本 1984年印度博帕爾光氣泄漏事件 2000年羅馬尼亞一家工廠的氰化物泄漏到多瑙

9、河支流事件 造成人身傷亡、生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重破壞 需要開發(fā)綠色技術(shù)21替代光氣制造異氰酸酯工藝 伯胺和二氧化碳或碳酸二甲酯反應(yīng) 伯胺和一氧化碳進(jìn)行氧化羰化 硝基苯和一氧化碳羰基化正在小試、中試，比光氣法生產(chǎn)成本高10，需要降低成本 22甲基丙烯酸甲酯的生產(chǎn)工藝傳統(tǒng)工藝綠色工藝47%原子經(jīng)濟(jì)性100%原子經(jīng)濟(jì)性投資、成本低23對于替代劇毒光氣、氫氰酸等原料的制造大宗有機(jī)化學(xué)品 需要努力開發(fā)低成本技術(shù)，形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)廠以利競爭24開發(fā)新一代苯與烯烴烷基化無毒無害固體酸催化劑 工藝傳統(tǒng)工藝綠色工藝乙烯與苯烷基化AlCl3ZSM-5氣相法USY、液相法丙烯與苯烷基化AlCl3、MCM-22液相法長鏈烯烴

10、與苯烷基化HF固體酸-固定床 傳統(tǒng)AlCl3、HF催化劑的缺點(diǎn)：腐蝕設(shè)備，危害人身健康和社區(qū)安全，廢水、廢渣污染環(huán)境25開發(fā)新一代芳烴烷基化固體酸催化劑 分子篩固體酸催化劑 環(huán)境友好，但是：酸強(qiáng)度低，分布不均，酸中心少；因而，反應(yīng)溫度和壓力高，產(chǎn)品雜質(zhì)增多 為克服上述缺點(diǎn)，下一代固體酸催化劑 雜多酸、包裹型液體酸、Nafion/SiO2復(fù)合材料、納米分子篩復(fù)合材料、離子液體等 26開發(fā)新一代苯與烯烴烷基化無毒無害固體酸催化劑 加快已有基礎(chǔ)的負(fù)載型雜多酸的開發(fā) 利用懸浮催化蒸餾等新工藝 力爭開發(fā)具有中國特色的獨(dú)特先進(jìn)新催化劑和工藝 繼續(xù)研究納米分子篩復(fù)合材料、離子液體等新催化材料27 （三）超臨

11、界二氧化碳代替有毒、有害溶劑正在推廣應(yīng)用 揮發(fā)性有機(jī)溶劑有廣泛用途涂料和油漆的溶劑泡沫塑料的發(fā)泡劑微電子器件等的精密清洗服裝干洗的清洗劑化工生產(chǎn)過程中作為溶劑揮發(fā)性有機(jī)溶劑對環(huán)境的危害形成光化學(xué)煙霧引起和加劇多種呼吸系統(tǒng)疾病，增加癌癥發(fā)病率導(dǎo)致谷物減產(chǎn)、橡膠硬化等，每年造成大量損失二氟二氯甲烷等破壞地球大氣中的臭氧層28超臨界二氧化碳溶劑的優(yōu)點(diǎn)二氧化碳在常溫下是氣體，無色、無味、不燃燒、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定不會形成光化學(xué)煙霧，也不會破壞臭氧層來源豐富，價格低廉超臨界二氧化碳可很好地溶解一般有機(jī)化合物29用超臨界二氧化碳代替揮發(fā)性有機(jī)溶劑的應(yīng)用替代機(jī)械、電子、醫(yī)藥和干洗等行業(yè)中普遍采用的揮發(fā)性有機(jī)清洗劑

12、代替氟氯烴作泡沫塑料的發(fā)泡劑超臨界CO2為溶劑，生產(chǎn)氟化物單體和聚合物30超臨界二氧化碳代替有毒、有害溶劑的發(fā)展 利用我國合成氨廠、煉油廠中制氫裝置大量排放的CO2，開發(fā)（或引進(jìn)） 超臨界CO2技術(shù)在房屋裝修、泡沫塑料生產(chǎn)、服裝干洗等中應(yīng)用，形成新興產(chǎn)業(yè)。31（四）利用可再生資源生產(chǎn)大宗有機(jī)化工產(chǎn)品方興未艾 以植物為主的生物質(zhì)資源是一個可再生的巨大資源寶庫，利用可再生資源可以消除污染，用之不竭，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展開發(fā)生物催化技術(shù)是關(guān)鍵32利用可再生資源生產(chǎn)大宗有機(jī)化工產(chǎn)品的研究可再生植物原料中現(xiàn)在使用的葡萄糖，正在開發(fā)低成本的蔗糖，最后使用木質(zhì)素纖維生物催化、化學(xué)法的組合組織多學(xué)科合作，加強(qiáng)研究3

13、3（五）工農(nóng)結(jié)合, 生產(chǎn)超清潔生物柴油生物柴油的特點(diǎn)減少汽車尾氣中SOx和顆粒物排放整個過程少排放CO2，減少溫室效應(yīng) 本身無毒、無害，能自行分解回歸自然具有一定的潤滑性，從而延長機(jī)動車的壽命燃燒熱值稍低，傾點(diǎn)較高，影響低溫啟動 34生物柴油的制造植物油與甲醇（乙醇）酯交換制得 棉籽油、棕櫚油、椰子油、菜籽油、野生植物油以及海藻等化學(xué)法液堿催化固體堿催化二段催化酶催化35生物柴油在國外已經(jīng)銷售使用目前歐共體年產(chǎn)生物柴油70萬噸，2003年規(guī)劃達(dá)到230萬噸，2010年達(dá)到830萬噸。德國生物柴油的年產(chǎn)量已達(dá)40萬噸，已有700多個加油站銷售生物柴油。法國許多石油柴油中已調(diào)配有生物柴油，哥本哈根

14、、里斯本等歐洲城市的公共汽車已經(jīng)使用生物柴油 美國30萬噸/年，日本40萬噸/年生物柴油生產(chǎn)能力36我國發(fā)展生物柴油的意義、問題及對策超清潔柴油有利于增產(chǎn)柴油、調(diào)整柴汽比減少原油進(jìn)口，多一條運(yùn)輸能源安全保障的途徑多一條農(nóng)林業(yè)增產(chǎn)、增收途徑關(guān)鍵是植物油成本高，難與石油柴油競爭對策：政府支持與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)合（農(nóng)業(yè)加工工業(yè)）種植低成本油料作物 改進(jìn)工藝，利用副產(chǎn)品（甘油、潤滑劑、清潔溶劑等）降低成本37（六）永恒的主題設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用環(huán)境友好產(chǎn)品 環(huán)境友好產(chǎn)品在加工和應(yīng)用過程中及功能消失之后均不會對人類健康和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生危害 38綠色化學(xué)品的設(shè)計(jì)：功能與環(huán)境影響并重 轉(zhuǎn)變觀念產(chǎn)品功能與環(huán)境影響并重，設(shè)

15、計(jì)、研制新產(chǎn)品時，一般要考慮下面因素： 物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與活性的關(guān)系 避免采用毒性功能基團(tuán) 生物吸收量最小化 使輔助的物質(zhì)最小化39從聚酯廢料回收原料對苯二甲酸和乙二醇 采用糖化法，正建一套廢聚酯瓶回收對苯二甲酸和乙二醇的工廠 規(guī)模1萬 噸/年40從廢泡沫塑料回收原料苯乙烯采用高溫高壓熔融裂解工藝，已建一套廢泡沫塑料回收苯乙烯的工廠 規(guī)模1000 噸/年41廢塑料、纖維等材料的回收，走上“閉路循環(huán)”之路的對策 廢塑料、纖維等的回收，關(guān)鍵是建立起垃圾的分類回收系統(tǒng)從易回收的廢塑料入手，與銷售部門聯(lián)合回收電冰箱、洗衣機(jī)、電視機(jī)等家電產(chǎn)品的聚苯乙烯塑料，與飲料工廠合作，回收廢聚酯瓶組織多學(xué)科合作開發(fā)技術(shù)，包括引進(jìn)個別新技術(shù)42結(jié)束語綠色化學(xué)從科學(xué)觀點(diǎn)看化學(xué)科學(xué)基礎(chǔ)的創(chuàng)新從環(huán)境觀點(diǎn)看從源頭上消除污染從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)看合理利用資源和能源， 降低生產(chǎn)成本 符合經(jīng)濟(jì)和