綠色化學提出與發(fā)展

綠色化學提出與發(fā)展第1頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四

此后，人們賦予這一新事物不同的取名:環(huán)境無害化學(EnvironmentalBenignChemistry)、清潔化學(CleanChemistry)原子經(jīng)濟學(AtomicEconomy)

綠色化學(GreenChemistry)等等。

美國環(huán)保局率先在官方文件中正式采用“綠色化學”這個名稱，以突出化學對環(huán)境的友好;

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1995年3月16日，美國總統(tǒng)克林頓宣布設立“綠色化學挑戰(zhàn)獎計劃”，以推動社會各界進行化學污染預防和工業(yè)生態(tài)學研究，鼓勵支持重大的創(chuàng)造性的科學技術突破，從根本上減少乃至杜絕化學污染源;

隨后美國科學基金會和美國國家環(huán)保局提供專門基金資助綠色化學的研究，并于同年10月30日設立“總統(tǒng)綠色化學挑戰(zhàn)獎”這項在化學化工領域內(nèi)唯一的總統(tǒng)獎，以表彰在該領域有重大突破和成就的個人與單位。共有5個獎項：學術獎、中小企業(yè)獎、新合成路線獎、新工藝獎和安全化學品設計獎。由于上述原因，使得"綠色化學"這個名稱廣為傳播。目前全世界比較發(fā)達的國家的許多行業(yè)都以濃厚的興趣大力研究綠色化學課題。第3頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四

德國于1997年通過實施有關綠色化學的“為環(huán)境而研究”計劃。荷蘭利用稅法條款等方法來推動綠色化學技術的開發(fā)和應用。日本則通過制定“新陽光計劃”，在環(huán)境技術的研究與開發(fā)領域確定了環(huán)境無害制造技術、減少環(huán)境污染技術和二氧化碳固定與利用技術等綠色化學的內(nèi)容，成立了由工業(yè)界、學術界和政府聯(lián)合組織的“為地球而創(chuàng)新技術”的研究院和日本化學創(chuàng)新研究院，以推動社會的可持續(xù)發(fā)展。

總之，綠色化學的研究已迅速成為一些主要國家政府、企業(yè)和學術界的重要研究開發(fā)方向。第4頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四

我國在綠色化學方面的活動也非常活躍。1995年，中國科學院化學部組織了《綠色化學與技術——推動化工生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的途徑》的院士咨詢。1997年，國家自然科學基金委員會與中國石油化工集團公司聯(lián)合立項，資助“九五”重大基礎研究項目——“環(huán)境友好石油化工催化化學與化學反應工程”。

1997年以來，中國科技大學、四川大學和上海大學等陸續(xù)成立了綠色化學化工研發(fā)中心。第5頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四

1994年8月，美國化學會第208屆年會就舉辦了以“為環(huán)境而設計：21世紀的新范例”為專題的討論會，討論了環(huán)境無害化學、環(huán)境友好工藝和綠色技術等問題。1996年，著名的哥頓會議第一次以“環(huán)境無害有機合成”為主題討論了原子經(jīng)濟、環(huán)境無害溶劑等問題。這是世界高水平學術論壇首次討論綠色化學專題。這次會議與“綠色化學挑戰(zhàn)獎”一起，被時任美國化學會主席的R.Brealow在“化學的綠色化”的評論中稱為1996年“兩項重要的第一次”。1997年8月，在英國召開的哥頓會議，仍以綠色化學的有關內(nèi)容為主題。

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以美國化學會、美國化學工程師協(xié)會等多家單位發(fā)起的第一屆“綠色化學與工程會議”，于1997年6月在華盛頓國家科學院召開，主題為“2020年的應用展望”。此后每年舉行的歷屆會議，均包括綠色化學的內(nèi)容。第7頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四

由美國環(huán)保局PaulT.Anastas等編寫的《

綠色化學

》叢書1996年出版的第一輯副標題為“為環(huán)境設計化學”；1998年出版的第二輯副標題為“無害化學合成和工藝的前沿”。此外，Anastas等在1998年出版的《

綠色化學——理論與實踐

》一書中，詳細闡述了綠色化學的定義、原則、評估方法及發(fā)展趨勢，是綠色化學的經(jīng)典之作。

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站在現(xiàn)代化學研究前沿的、由英國皇家化學會主辦的國際性雜志《綠色化學》，于1999年1月創(chuàng)刊。其內(nèi)容涉及清潔化工生產(chǎn)技術各個方面的研究成果和綜述，其信息涵蓋了通過化學品的應用或加工來減輕對環(huán)境影響的所有研究活動。/greenchem第9頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四

在中國，1997年5月以“可持續(xù)發(fā)展問題對科學的挑戰(zhàn)——綠色化學”為主題的香山學術會議第72次學術討論會在北京舉行。中心議題為可持續(xù)發(fā)展對物質(zhì)科學的挑戰(zhàn)、化學工業(yè)中的綠色革命以及綠色科技中的一些重大問題和中國綠色化學發(fā)展戰(zhàn)略。1998年，第一屆國際綠色化學高級研討會在合肥舉行。此后，綠色化學得到了越來越多的關注和重視。第10頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四二、

什么是綠色化學?

綠色化學是指設計沒有或者只有盡可能小的環(huán)境負作用并且在技術上和經(jīng)濟上可行的化學品和化學過程。它是實現(xiàn)污染預防的基本的和重要的科學手段，包括許多化學領域，如合成、催化、工藝、分離和分析監(jiān)測等。綠色化學的理想在于不再使用有毒、有害的物質(zhì)，不再產(chǎn)生廢物。不再處理廢物。它是一門從源頭上阻止污染的化學。很明顯，綠色化學要求負作用盡可能小，它是一種理念，是人們應該傾力追求的目標。

第11頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四綠色化學定義：利用化學來防止污染的一門科學。其研究目的是通過一系列的原理與方法來降低或除去化學產(chǎn)品設計、制造與應用中有害物質(zhì)的使用與產(chǎn)生，使所設計的化學產(chǎn)品或過程更加環(huán)境友好。綠色化學包括所有可以降低對人類健康與環(huán)境產(chǎn)生負面影響的化學方法、技術與過程。

第12頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四綠色化學的目標：綠色化學的研究目標是利用可持續(xù)的方法來降低維持人類生活水平及科技進步所需化學產(chǎn)品與過程所使用與產(chǎn)生的有害物質(zhì)。

第13頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四綠色化學的優(yōu)點：1無污染，2環(huán)境友好，3高選擇性合成，4零排放。

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綠色化學不同于環(huán)境化學。環(huán)境化學是一門研究污染物的分布、存在形式、運行、遷移及其對環(huán)境影響的科學。綠色化學的最大特點在于它是在始端就采用實現(xiàn)污染預防的科學手段，因而過程和終端均為零排放或零污染。它研究污染的根源——污染的本質(zhì)在哪里，它不是去對終端或過程污染進行控制或進行處理。綠色化學關注在現(xiàn)今科技手段和條件下能降低對人類健康和環(huán)境有負面影響的各個方面和各種類型的化學過程。綠色化學主張在通過化學轉(zhuǎn)換獲取新物質(zhì)的過程中充分利用每個原子，具有"原子經(jīng)濟性"，因此它既能夠充分利用資源，又能夠?qū)崿F(xiàn)防止污染。

第15頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四綠色化學研究什么?

一般說來，一個化學反應主要受四個方面的影響:(1)原料或起始物的性質(zhì);(2)試劑或合成路線的特點;(3)反應條件;(4)產(chǎn)物或目標分子的性質(zhì)。眾所周知，這四個因素相互緊密聯(lián)系，而且在一定條件下息息相關。因此，這四個方面也是綠色化學所研究的方面。第16頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四

綠色化學的核心是利用化學知識和技術預防污染，從源頭消除污染。發(fā)達國家對環(huán)境的治理，已開始從治標(即從末端治理污染)，轉(zhuǎn)向治本(即減少污染源頭，生產(chǎn)環(huán)境友好產(chǎn)品)。從節(jié)約資源和防止污染的觀點來重新審視和改革現(xiàn)有的科學制度，并發(fā)展可持續(xù)發(fā)展的科學技術。第17頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四四、綠色化學的研究內(nèi)容

第18頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四

綠色化學研究什么?

一般說來，一個化學反應主要受四個方面的影響:(1)原料或起始物的性質(zhì);(2)試劑或合成路線的特點;(3)反應條件;(4)產(chǎn)物或目標分子的性質(zhì)。眾所周知，這四個因素相互緊密聯(lián)系，而且在一定條件下息息相關。因此，這四個方面也是綠色化學所研究的方面。

第19頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四

目前綠色化學的研究重點是:

(1)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)境更友好的化學合成路線和生產(chǎn)工藝;(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(chǎn)和排放。綠色化學著重于"更安全"這個概念，不僅針對人類的健康，還包括整個生命周期中對生態(tài)環(huán)境、動物、水生生物和植物的影響;而且除了直接影響之外，還要考慮間接影響，如轉(zhuǎn)化產(chǎn)物或代謝物的毒性等。

第20頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四1原料的選擇一個化學反應類型或合成路徑的特性在很大程度上是由初始原料的的選擇而決定的。初始原料的選擇決定了處理、生產(chǎn)及運輸過程中工人所要面對的危害性。因此原料的選擇十分重要，尋找環(huán)境無害的原料是綠色化學主要研究方向之一。第21頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四第22頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四a廢棄生物質(zhì)轉(zhuǎn)化動物飼料、工業(yè)化學品及燃料TexasA&M大學的MHoltzapple小組開發(fā)的利用廢棄生物質(zhì)轉(zhuǎn)化動物飼料、工業(yè)化學品及燃料的技術獲得1996年度美國總統(tǒng)綠色化學挑戰(zhàn)技術獎。

第23頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四第24頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四B木質(zhì)素作原料制造化學品木質(zhì)素可從生物質(zhì)煉制中得到，是一種重要的可再生資源。木質(zhì)素可通過氧化轉(zhuǎn)換成苯醌。苯醌被廣泛地用作染料工業(yè)等。也是許多生物活性材料地主要結(jié)構單元。但木質(zhì)素的結(jié)構非單一性限制了其應用，使其結(jié)構均一化的方法與技術的開發(fā)研究具有重要的意義。第25頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四C葡萄糖作原料制造商品化學品可通過利用葡萄糖來替代苯，以生物合成己二酸。

沒有有機毒物的使用；水為溶劑；壓力較小，能耗低。

第26頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四D生物質(zhì)氣化制造氫氣開發(fā)以生物質(zhì)為原料生產(chǎn)氫氣的高效過程與技術是重要的研究方向

第27頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四E多糖聚合物多糖可再生，無毒，無事故隱患，還可生物降解。

第28頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四2試劑的選擇選擇試劑時要考慮的因素：試劑的危害性廢物的產(chǎn)生產(chǎn)品的選擇性反應效率試劑的數(shù)量第29頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四光化學法替代F-C?；磻?/p>

綠色試劑的例子傳統(tǒng)反應酰氯或酸酐有腐蝕性，且對空氣敏感；酰氯與水反應的產(chǎn)物為HClLewis酸也具有腐蝕性及對水的反應性典型的溶劑為各種芳香烴、CS2、氯代烴等

光化學反應不需要Lewis酸作催化劑原料試劑有很好的空氣與水穩(wěn)定性苯醌還可以通過生物質(zhì)原料制造。

第30頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四非光氣異氰酸酯合成

第31頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四液體氧化反應器Praxair開發(fā)了使有機化學品與純氧氣或近似純氧氣安全地反應過程。優(yōu)點：減少了廢氣量；反應條件降低；由于溫度低而減少了向空氣中揮發(fā)的物質(zhì)。

第32頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四利用碳酸二甲酯選擇性甲基化

避免使用鹵代甲烷或硫酸二甲酯；高選擇性>99%；可控制活性亞甲基的多甲基化反應；無副產(chǎn)無機鹽類化合物。

第33頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四利用碳酸二苯酯進行非結(jié)晶聚合物的固態(tài)聚合第34頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四3溶劑的選擇溶劑選擇的考慮因素外因-——降低暴露性或可接觸性同環(huán)境擴散相關的性質(zhì)揮發(fā)/密度/熔點水溶解度殘留/生物降解轉(zhuǎn)化成生物活性物質(zhì)轉(zhuǎn)化成生物非活性物質(zhì)

第35頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四同被生物體吸收相關的性質(zhì)揮發(fā)性/親油性/分子大小/降解性

同人類、動物/水生物吸收途徑方面的考慮皮膚/眼睛/肺/胃腸道/腮

雜質(zhì)的減少/消除不同化學雜質(zhì)的產(chǎn)生/毒性同系物的出現(xiàn)毒性幾何、構型、立體異構體的出現(xiàn)第36頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四內(nèi)部因素——溶劑的性能

溶液的改善被溶劑化物質(zhì)的機理了解溶液的條件：溫度/壓力/攪拌/時間

被溶劑化物質(zhì)的反應能力可接受的反應能力所需的產(chǎn)品

避免不需要的副反應第37頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四1水溶液系統(tǒng)2離子溶液優(yōu)點：溫度范圍大：-40~300oC，

對大量無機物、有機物和高分子化合物有很大的溶解度，酸性蒸氣壓很小，幾乎觀察不到對水敏感但有的不怕遇水，甚至可與水共同使用熱穩(wěn)定性較好相對便宜且易于制備

3溶劑的固定化——高分子溶液溶劑不會揮發(fā)到空氣中和釋放到水中造成污染

4無溶劑化微波與催化劑結(jié)合可不使用溶劑進行醛酸縮合反應。

第38頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四5超臨解流體當流體的溫度和壓力處于它的臨界溫度和壓力以上時，稱為該流體為超臨界流體。將純物質(zhì)沿氣液飽和線升溫，當達到臨界點時氣液界面消失，體系的性質(zhì)變得均一，不再分為氣體和液體。

物質(zhì)CO2C2H6C2H4C3H8C3H6環(huán)己烷異丙醇苯甲苯水Tc/K304.2305.4282.4369.8365.0353.4508.3562.1591.7647.3Pc/MPa7.374.885.044.254.624.074.764.894.1122.05第3