绿色化学：第一章环境问题与解决途径.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,环境与绿色化学,清华大学出版社,原美国化学协会主席,R.Breslow:,*,我们生活的,用品,：住宅、家具、肥皂、牙膏、衣服（即使是天然纤维，也经过化学处理、染色）。,*我们吃的,食物,：需要包装、冷藏；作物生长需要肥料、农药；食品中添加维生素、防腐剂。,*化妆品更是化学家制造出来的。,*质量保证还需化学方法检验食品的质量。,*交通工具汽车更是离不开化学产品。,绪 论,1,可持续发展战略依靠绿色化学,2,绿色化学,绿色化学,(Green Chemistry),利用化学原理，在化学品的设计、生产和应用中消除或,减少有毒有害物质的使用和产生。,环境无害化学,环境友好化学,清洁化学,从源头消除污染的途径,新设计化学合成方法和化工产品来根除污染源,3,绿色化学应用的,12,条原则,P3,最好是防止废物的产生而不是产生后再来处理。,合成方法应设计成能将所有的起始物质嵌并入最终产物中。,反应中使用和生成的物质应对人类健康和环境无毒或毒性很小。,设计的化学产品应在保持原有功效同时，尽量使其无毒或毒性很小。,应尽量不使用辅助性物质（如溶剂、分离试剂等），如果一定要用，也应使用无毒物质。,能量消耗越小越好，应能为环境和经济方面的考虑所接受。,只要技术上和经济上可行，使用的原材料应是能再生的。,应尽量避免不必要的衍生过程（如基团的保护与去保护，物理与化学过程的临时性修改等）。,尽量使用选择性高的催化剂，而不是靠提高反应物的配料比。,设计化学产品时，应考虑当该物质完成自己的功能后，不再滞留于环境中，而可降解为无毒的产物。,分析方法需要进一步研究开发，能做到实时、现场监控，以防有害物质的形成。,一个化学过程中使用的物质或物质的形态，应考虑尽量减小实验事故的潜在危险，如气体释放、爆炸和着火等。,4,绿色化学的中心内容，见图,0-1,原料绿色化,反应介质绿色化,化学反应绿色化,产品绿色化,无毒无害原料,可再生资源,环境友好产品,回归自然,废物回收利用,无毒无害,催化剂,无毒无害,溶剂,原子经济反应,5,绿色化工强化技术,生产过程强化设备,6,绿色化学在我国,1993,年世界环境和发展大会之后，编制了,中国,21,世纪议程,郑重声明走可持续发展道路的决心。,1995,年中国科学院化学部组织了,绿色化学与技术,推进化工生产可持续发展的途径,院士咨询活动,1997,年国家自然科学基金委“九五”重大项目：环境友好石油化工催化化学与反应工程,1997,年,5,月，香山科学会议第,72,次学术研讨会：可持续发展问题对科学的挑战,绿色化学,1998,年合肥第一届国际绿色化学高级研讨会,1999,年北京第,16,次九华山科学论坛“绿色化学的基本科学问题”,2000,年科技部,国家重点基础研究发展规划项目,立项,石油炼制和基本有机化学品合成的绿色化学,7,绿色化学展望,复习题,1,绿色化学的概念？,2,绿色化学的原则？,3,绿色化学的中心内容？,4,首届国际绿色化学高级研讨会于,年，在,举办。,想一想?,猜一猜!,1,环境问题与解决途径,1.1,人类面临的重大环境危机,1.1.1,全球变暖,二氧化碳、厄尔尼诺、拉尼娜,1.1.2,臭氧层破坏,氟利昂,1.1.3,生物多样性减少,1.1.4,酸雨蔓延,1.1.5,森林锐减,1.1.6,土地荒漠化,1.1.7,大气污染,1.1.8,水体污染,1.1.9,海洋污染,1.1.10,垃圾围城,1.1.11,放射性污染,1.1.12,战争：生态环境的灾难,三、中国的环境问题,工业大气污染,固体废物污染,我国水土流失面积达,356,万平方公里，占全国陆地面积近,40%,我国已有,80%,的江河湖泊受到不 同程度的污染,土地沙化,草原退化,森林破坏,渤海在哭泣,海洋环境恶化,1,环境问题与解决途径,1.2,室内污染问题,1.2.1,室内污染物的种类及危害,常见室内空气污染物,污染物,分子式,来,源,对健康影响,二氧化硫,SO,2,燃 烧,气 喘,二氧化氮,NO,2,燃 烧,气 喘,一氧化碳,CO,燃烧、吸烟、尾气,影响碳氧血红蛋白功能,二氧化碳,CO,2,燃烧、代谢,恶心、头痛,氨,NH,3,清洁剂、代谢,刺眼、鼻,臭 氧,O,3,负离子发生器、空气净化器,呼吸功能反应,甲 醛,HCHO,人造板、化妆品、吸烟、家具,不良建筑综合症、致突、致癌,苯,C,6,H,6,胶粘剂、溶剂,白血病,苯并芘,B(a)P,吸烟、溶剂、燃煤,肺 癌,可吸入颗粒,PM10,燃烧、吸烟、扬尘、凝结,致病、致癌,总挥发有机物,TVOC,胶粘剂、溶剂、燃烧、化妆品,过敏、不良建筑综合症,细菌总数,发霉、宠物等,各种疾病,中国室内装饰协会室内环境检测中心曾向消费者发出警示：新装修居室中环境污染超标率达,88%,，新装修或放置新家具的家庭，最好推迟入住时间。,1.2.2,日常生活污染,人体新陈代谢,烹饪,电子产品的使用,a,产生有害气体,b,电磁波污染,一是对身体健康的直接影响,:,电脑显示器伴有辐射与电磁波,长期使用会伤害人们的眼睛,诱发一些眼病,如 青光眼等；长期击键会对手指和上肢不利,;,操作电脑时,体形和全身难得有变化,高速、单一、重复的操作,持久的强迫体位,容易导致肌肉骨骼系统的疾患。计算机操作时所累及的主要部位有腰、颈、肩、肘、腕部 等。,二是电脑微波对身体的危害,:,电脑的低能量的,X,射线和低频电磁辐射,容易引起人们中枢神经失调。英国一项 办公室电磁波研究证实,电脑屏幕发出的低频辐射与磁场,会导致,719,种病症,包括眼睛痒、颈背痛、短暂失 去记忆、暴躁及抑郁等。对女性还易造成生殖机能及胚胎发育异常,出现痛经、经期延长等症状,少数妇女还 发生早产或流产,孕妇每周使用,20,小时以上电脑,其流产发生率增加,80%,以上,同时,还能导致胎儿畸形。,三是增加精神和心理压力,:,操作电脑过程中注意力高度集中,眼、手指快速频繁运动,使生理、心理过度重负,从而产生睡眠多梦、神经衰弱、头部酸胀、机体免疫力下降,甚至会诱发一些精神方面的疾病。这种人易 丧失自信,内心时常紧张、烦躁、焦虑不安,最终导 致身心疲惫。,四是导致网络综合征,:,长时间无节制地花费大量时间和精力在互联网上持续聊天、浏览,会导致各种行为异 常、心理障碍、人格障碍、交感神经功能部分失调,严重者发展成为网络综合征,该病症的典型表现为,:,情绪 低落、兴趣丧失、睡眠障碍、生物钟紊乱、食欲下降和体重减轻、精力不足、精神运动性迟缓和激动、自我评 价降低、思维迟缓、不愿意参加社会活动、很少关心他人、饮酒和滥用药物等。,五是电脑散发的气体危害呼吸系统,:,电脑、激光打印机等设备会释放有害人体健康的臭氧,不仅有毒,而且可 造成某些人呼吸困难,对于那些哮喘病和过敏症患者来说,情况就更为严重了。另外,较长时间呆在臭氧气体 浓度较高的地方,还会导致肺部发生病变。,吸烟的危害,化妆品日用化学品污染,增白化妆品污染：,据医学美容专家介绍，一些皮肤增白剂对人的面容有潜在的危险。特别是许多祛斑化妆品中含有无机汞和氢醌等有毒的化学药品。增白霜中的汞是氟化汞和碘化汞，也很容易被皮肤吸收导致慢性积聚，会引起局部或全身性的毒副反应。如皮炎、肌肉萎缩、粟粒疹，甚至过敏反应。,洗涤用品的污染,：,据卫生检测部门证实，市场上许多洗涤用品中或多或少地含有对人体或生态环境有害的成分。在抽查中发现，某些洗衣粉中的三聚磷酸钠、硅酸纳、表面活性剂、荧光增白剂等均是有害物质。,香水污染：,从化学角度讲，香水中含有多种易挥发的有害化合物，它对人体神经系统产生的毒副作用不可小视。很多人使用香水时，会出现头晕、恶心、呕吐等中毒症状，有人则产生过敏反应，引起皮肤疾患。,1.2.3,建筑和装修材料污染,装修、家具和建筑本身的污染目前仍是室内污染的主要来源。,甲醛、氨、苯、氡、氯化烃,，这些室内空气污染物包围全球近一半的人，导致人体,35.7%,的呼吸道疾病，,22%,的慢性肺病和,15%,的气管炎、支气管炎和肺癌。它造成的是多系统、多组织、多细胞、多基因的损害。,最顽固的污染物 甲醛：,有一定毒性的挥发性有机化合物。当室内空气中释放量达到一定浓度时，人的眼、耳、鼻、喉均会感到刺激，吸入一定量后将会引起某种程度的中毒，如损害中枢神经系统，损害视网膜，使视力减退并产生头痛症状。,来源：,人造地板、家具和,装修中使用的黏合剂以及,地毯等合成织物。,最致癌的污染物 苯：,长期吸入苯浓度较高的空气易引起苯的慢性中毒，引发过敏性发炎、喉头水肿及血小板下降，严重的可能导致再生障碍性贫血。苯及其化合物已被世界卫生组织确定为强致癌物质。,来源：,建筑材料中所使用的大量,化工材料，如涂料、溶剂、,稀释剂、胶粘剂等。,破坏呼吸道的污染物 氨：,通过皮肤及呼吸道引起中毒，长期接触低浓度的氨会引发喉炎，还可能导致呼吸困难、肺水肿、昏迷和休克。,来源：,建筑施工所使用的混凝土、防冻剂等，也可能来自,室内装饰材料，如,家具涂料使用的,添加剂和增白剂。,导致肺癌的第二大杀手 氡：,无色、无味的放射性惰性气体。较底浓度的氡就会增加肺癌的发生率。在衰变过程中放出的射线会致癌，是除吸烟以外引发肺癌的第二大因素。,来源：,建筑材料和室内装饰,材料，如矿渣砖、炉渣、,花岗岩、瓷砖、洁具等。,损伤视力的污染物,TVOC,（总挥发性有机物）：,指居室中烷、烃等有机物的总量，主要刺激人的眼睛和呼吸道，严重时会引起头痛、头晕、视力损坏以及记忆力降低等。,来源：,室内涂料、油漆，如壁橱、门框、地毯、壁纸等合成织物,。,1.3,人类面临新的环境问题,1.3.1“,生命伦理”受到挑战,“,生物工程技术将消除一切界限,”，后果,1.,是新的生物投放自然界后可能不受控制地繁殖、传播，从而影响现有的生态系统平衡；,2.,是改变了的基因遗传特征可能不知不觉地传给其它生物（基因自然转移）并在这些生物中形成不受控制的或者是危险的特性；,3.,是如果用于制造武器，就可能造出比原子弹威力更大的毁灭性武器。,1.3.2,人类遭受新旧传染病的围攻,下列因素导致的：,1.,全球变暖，病菌传播范围扩大，病菌繁殖速度加快。,2.,随着交通运输和贸易及旅游业的发展，人员在全球范围流动、交往频繁，增加了病菌传播的机率。,3.,环境污染，缺乏安全、卫生的饮用水和清洁新鲜的空气，现代病和环境怪病增多。,4.,人畜异体器官移植，病毒可能产生变异，成为人体内的新病原体或者同人体内原有病毒重新结合，形成新病毒菌株。,5.,人类居住越来越都市化，将成为旧病复发的温床和新病源滋生的理想场所。,6.,抗菌素和杀虫剂的广泛使用，导致抗药性新病源体的出现。,7.,食品生产，加工，运输和销售的国际化，大大增加了食物源传染病的发病危险。,1.3.3,人类活动污染宇宙,人类在太空活动,40,年来，留在太空的垃圾如废弃卫星、火箭残骸、爆炸碎片等已满布太空，数以百万计。这些大大小小的碎片和残骸，以每小时,28000,公里的速度在太空轨道上飘游。高速飘游的太空垃圾，已成为危险的太空“飘流炸弹”，对在轨道上运转的太空器造成了严重威胁。随着太空飞行日益频繁，还会污染地球，危及人类。,1983,年，前苏联一颗核动力间谍卫星烧毁，反应堆中的,110,磅放射性铀，,80%,被释放出来，使高层大气中的放射性最强的铀,235,含量增加了,50%,。,由于实验的需要，越来越多的地球生物进入太空。这些进入太空的生物，在受到强烈紫外线和宇宙射线的照射后而发生突变，成为具有强烈毒性的生物。,年月日，南极上空公里，发生了一起看似偶然的“宇宙交通事故”,一块年前发射的，美国雷神火箭推进器遗弃物，与中国年前发射的长征四号火箭相撞。这是一起典型的太空垃圾“宇宙交通肇事案”。,太空垃圾的名目繁多：,大的有已经“寿终正寝”，但仍在空间轨道兜圈子的卫星、空间站等航天器，被遗弃的运载火箭推进器残骸；,中等有意外爆炸形成的碎片，如年月日，美国一枚飞马座火箭发生爆炸，共产生了约个危害性碎片；,小的有一些零部件，如星箭分离用的爆炸螺栓、卫星包带和弹簧等，,还有宇航员“随地乱扔”的垃圾，比如年，在美国首次太空行走过程中，宇航员爱德华失手丢掉了一只手套（还好，一个月后，这只时速近公里，人类历史上杀伤力最大的手套坠入大气层烧毁）；,更多的则是极其微小的空间微粒，如航天器脱落的油漆颗粒等。,不要小看这些太空垃圾，由于飞行速度极快（公里秒），它们都蕴藏着巨大的杀伤力，一块克重的太空垃圾撞上卫星，相当于两辆小汽车以公里的时速迎面相撞,卫星会在瞬间被打穿或击毁！试想，如果撞上的是载人宇宙飞船,一旦撞上，就是毁灭性的。更令航天专家头疼的是“雪崩效应”,每一次撞击并不能让碎片互相湮灭，而是产生更多碎片，而每一个新的碎片又是一个新的碰撞危险源。如果有一天，等地球周围被这些太空垃圾挤满的时候，人类探索宇宙的道路该何去何从呢？,1.3.4,人类自身隐忧增加,21,世纪的人类社会在各种高新技术的装备下，现代化和自动化程度越来越高，人类可以在各种人造环境中舒舒服服地坐享其成，而人类的适应力和抗逆性将会渐渐减弱。,英国伦敦大学基因教授史蒂夫,.,琼斯在,1997,年初发表的研究报告中惊呼：社会在进步，人种在退化。,因为在舒适的环境中自然选择淘汰的机率越来越小，使得大量基因变异产生的素质不高的基因也能够遗传下去，最终导致人种的总体退化。,另外，受教育程度高的人生育的子女少，受教育程度低的人生育的子女多，也将导致人口素质的逐步退化。,1.3.5,信息高速公路建设带来的隐患,信息高速公路的启动与延伸，为信息传递，经济和事业等各个领域带来巨大贡献。然而，有些国外环境界的有识之士却认为，信息高速公路将是,21,世纪最大的环境破坏技术。,它将导致森林、空地及野生动植物的大量破坏与消失。随着信息高速公路的迅猛发展，人口向大城市流动的趋势将被逆转。,人们没有必要再去固守着拥挤、嘈杂、污染严重的都市，他们可以到拥有蓝天、碧水、绿树的乡村原野去建安乐窝。在那里通过信息高速公路，同样可以享受过去在城市里才能享有的一切。,但历史已经证明：,人类在那里活动，那里的大自然就可能遭殃。,1.4,绿色化学的主要研究内容,1.4.1,设计或重新探索对人类健康和生存环境更安全的目标物质：绿色产品,例如：联苯胺是个很好的染料中间体但具有极强的致癌作用，已被很多国家禁用。但对其分子结构加以改造，变为二乙基联苯胺后既保持了染料的功能，又消除了致癌性。,例如：关于氯氟烃类（,CFCs,）化合物及其替代问题,根据蒙特利尔草案要求，至,1998,年,CFCs,的产量要降低,50,，到,2010,年前中国完全禁止生产使用,CFCs,1.4.2,采用无毒或低毒的绿色原料,例如：生产尼龙的己二酸，一直用有致癌作用的苯为起始物制备，,1994,年通过遗传工程利用微生物为催化剂，以葡萄糖为起始物成功地合成了己二酸。这个新技术去除了大量有毒的苯，在技术上、经济上都完全可行，是绿色化学的一个范例。研究、变换基本原料和起始化合物,1.4.3,实现废物“零排放”的原子经济性反应,P46,原子经济性概念,:,即反应物分子中的原子有百分之几转化为产物,公式：,原子经济性,(%),（被利用原子的质量,/,全部反应物分子的质量）,100%,E,因子概念,1.4.4,介质绿色化,水、超临界二氧化碳,超临界流体,（,Supercritical Fluid,简称,SF,或,SCF,）是指超临界温度（,Tc,）和临界压力（,Pc,）状态下的高密度流体。超临界流体具有气体和液体的双重特性，其粘度与气体相似，但扩散系数比液体大得多，其密度和液体相近。,超临界流体对物质进行溶解和分离的过程就叫超,临界流体萃取,（,Supercritical Fluid Extraction,简称,SFE,）。其基本原理为：,CO2,的临界温度（,Tc,）和临界压力（,Pc,）分别为,31.05,和,7.38MPa,，当处于这个临界点以上时，是一个优良的溶剂，能通过分子间的相互作用和扩散作用将许多物质溶解。因此，超临界,CO2,可以从基体中将物质溶解出来，形成超临界,CO2,负载相，然后降低载气的压力或升高温度，超临界,CO2,的溶解度降低，这些物质就沉淀出来（解析）与,CO2,分离，从而达到提取分离的目的。,1.4.5,催化剂绿色化,1,替代强腐蚀性无机酸的固体酸催化剂,2,烃类晶格氧催化剂,3,酶催化剂,1.5,环保思想及经典著作（课外阅读）,复习题,1.,人类面临的旧环境问题和新环境问题有？,2.,有关专家认为，继“煤烟型”、“光化学烟雾型”污染后，现代人正进入以“,”,为标志的第三污染时期。,3.,绿色化学的主要研究内容？,4.,原子经济性概念,5.E,因子概念,THE END,Thank you for your,cooperation!,离开时，请记得把垃圾带走,谢谢您的合作,.,