绿色化学环境问题和解决途径省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

环境与绿色化学清华大学出版社第1页原美国化学协会主席R.Breslow:*我们生活用具：住宅、家俱、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。*化装品更是化学家制造出来。*质量确保还需化学方法检验食品质量。*交通工具汽车更是离不开化学产品。第2页绪论1可连续发展战略依靠绿色化学2绿色化学绿色化学绿色化学(GreenChemistry)利用化学原理，在化学品设计、生产和应用中消除或降低有毒有害物质使用和产生。环境无害化学环境无害化学环境友好化学环境友好化学清洁化学清洁化学从源头消除污染路径从源头消除污染路径新设计化学合成方法和化工产品来根除污染源新设计化学合成方法和化工产品来根除污染源第3页3绿色化学应用12条标准条标准P31.最好是预防废物产生而不是产生后再来处理。最好是预防废物产生而不是产生后再来处理。2.合成方法应设计成能将全部起始物质嵌并入最终合成方法应设计成能将全部起始物质嵌并入最终产物中。产物中。3.反应中使用和生成物质应对人类健康和环境无毒反应中使用和生成物质应对人类健康和环境无毒或毒性很小。或毒性很小。4.设计化学产品应在保持原有功效同时，尽可能使设计化学产品应在保持原有功效同时，尽可能使其无毒或毒性很小。其无毒或毒性很小。5.应尽可能不使用辅助性物质（如溶剂、分离试剂应尽可能不使用辅助性物质（如溶剂、分离试剂等），假如一定要用，也应使用无毒物质。等），假如一定要用，也应使用无毒物质。6.能量消耗越小越好，应能为环境和经济方面考虑能量消耗越小越好，应能为环境和经济方面考虑所接收。所接收。第4页7.只要技术上和经济上可行，使用原材料应是能只要技术上和经济上可行，使用原材料应是能再生。再生。8.应尽可能防止无须要衍生过程（如基团保护与应尽可能防止无须要衍生过程（如基团保护与去保护，物理与化学过程暂时性修改等）。去保护，物理与化学过程暂时性修改等）。9.尽可能使用选择性高催化剂，而不是靠提升反尽可能使用选择性高催化剂，而不是靠提升反应物配料比。应物配料比。10.设计化学产品时，应考虑当该物质完成自己功设计化学产品时，应考虑当该物质完成自己功效后，不再滞留于环境中，而可降解为无毒产效后，不再滞留于环境中，而可降解为无毒产物。物。11.分析方法需要深入研究开发，能做到实时、现分析方法需要深入研究开发，能做到实时、现场监控，以防有害物质形成。场监控，以防有害物质形成。12.一个化学过程中使用物质或物质形态，应考虑一个化学过程中使用物质或物质形态，应考虑尽可能减小试验事故潜在危险，如气体释放、尽可能减小试验事故潜在危险，如气体释放、爆炸和着火等。爆炸和着火等。第5页4绿色化学中心内容，见图0-1原料绿色化原料绿色化反应介质绿色化反应介质绿色化化学反应绿色化化学反应绿色化产品绿色化产品绿色化无毒无害原料无毒无害原料可再生资源可再生资源环境友好产品环境友好产品 回归自然回归自然废物回收利用废物回收利用无毒无害无毒无害催化剂催化剂 无毒无害无毒无害溶剂溶剂原子经济反应原子经济反应第6页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，编制了中国二十一世纪议程郑重声明走可持续发展道路决心。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第7页1997年5月，香山科学会议第72次学术研讨会：可连续发展问题对科学挑战绿色化学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“绿色化学基本科学问题”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绿色化学7绿色化学展望第8页复习题1绿色化学概念？2绿色化学标准？3绿色化学中心内容？4首届国际绿色化学高级研讨会于年，在举行。想一想?猜一猜!第9页1环境问题与处理路径1.1人类面临重大环境危机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生物多样性降低1.1.4酸雨蔓延1.1.5森林锐减第10页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：生态环境灾难第11页第12页第13页三、中国环境问题我国水土流失我国水土流失面积达面积达356万万平方公里，占平方公里，占全国陆地面积全国陆地面积近近40%我国已经有我国已经有80%江河湖江河湖泊受到不泊受到不同同程度污染程度污染第14页第15页1环境问题与处理路径环境问题与处理路径1.2室内污染问题室内污染问题1.2.1室内污染物种类及危害室内污染物种类及危害第16页常见室内空气污染物常见室内空气污染物常见室内空气污染物常见室内空气污染物污污染物染物分子式分子式来来 源源对对健康影响健康影响二氧化硫二氧化硫SOSO2 2燃燃 烧烧气气 喘喘二氧化氮二氧化氮NONO2 2燃燃 烧烧气气 喘喘一氧化碳一氧化碳COCO燃燃烧烧、吸烟、尾气、吸烟、尾气影响碳氧血红蛋白功效二氧化碳二氧化碳COCO2 2燃燃烧烧、代、代谢谢恶恶心、心、头头痛痛氨氨NHNH3 3清清洁剂洁剂、代、代谢谢刺眼、鼻刺眼、鼻臭臭 氧氧O O3 3负负离子离子发发生器、空气生器、空气净净化器化器呼吸功效反应甲甲 醛醛HCHOHCHO人造板、化装品、吸烟、家俱不良建筑不良建筑综综合症、致突、致合症、致突、致癌癌苯苯C C6 6H H6 6胶粘胶粘剂剂、溶、溶剂剂白血病白血病苯并芘苯并芘B(a)PB(a)P吸烟、溶吸烟、溶剂剂、燃煤、燃煤肺肺 癌癌可吸入可吸入颗颗粒粒PM10PM10燃燃烧烧、吸烟、吸烟、扬尘扬尘、凝、凝结结致病、致癌致病、致癌总挥发总挥发有机物有机物TVOCTVOC胶粘剂、溶剂、燃烧、化装品过过敏、不良建筑敏、不良建筑综综合症合症细细菌菌总总数数发发霉、霉、宠宠物等物等各种疾病各种疾病第17页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%，新装修或放置新家俱家庭，最好推迟入住时间。第18页1.2.2日常生活污染人体新陈代谢烹饪电子产品使用a产生有害气体b电磁波污染第19页一是对身体健康直接影响一是对身体健康直接影响:电脑显示器伴有辐射与电磁波,长久使用会伤害人们眼睛,诱发一些眼病,如青光眼等；长久击键会对手指和上肢不利;操作电脑时,体形和全身难得有改变,高速、单一、重复操作,持久强迫体位,轻易造成肌肉骨骼系统疾患。计算机操作时所累及主要部位有腰、颈、肩、肘、腕部等。二是电脑微波对身体危害二是电脑微波对身体危害:电脑低能量X射线和低频电磁辐射,轻易引发人们中枢神经失调。英国一项办公室电磁波研究证实,电脑屏幕发出低频辐射与磁场,会造成719种病症,包含眼睛痒、颈背痛、短暂失去记忆、急躁及抑郁等。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,孕妇每七天使用20小时以上电脑,其流产发生率增加80%以上,同时,还能造成胎儿畸形。第20页三是增加精神和心理压力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、心理过分重负,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疾病。这种人易丧失自信,内心时常担心、烦躁、焦虑不安,最终导致身心疲惫。四是造成网络综合征四是造成网络综合征:长时间无节制地花费大量时间和精力在互联网上连续聊天、浏览,会造成各种行为异常、心理障碍、人格障碍、交感神经功效部分失调,严重者发展成为网络综合征,该病症经典表现为: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、精神运动性迟缓解激动、自我评价降低、思维迟缓、不愿意参加社会活动、极少关心他人、饮酒和滥用药品等。五是电脑散发气体危害呼吸系统五是电脑散发气体危害呼吸系统:电脑、激光打印机等设备会释放有害人体健康臭氧,不但有毒,而且可造成一些人呼吸困难,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地方,还会造成肺部发生病变。第21页吸烟危害第22页化装品日用化学品污染增白化装品污染：增白化装品污染：据医学美容教授介绍，一些皮肤增白剂对人面容有潜在危险。尤其是许多祛斑化装品中含有没有机汞和氢醌等有毒化学药品。增白霜中汞是氟化汞和碘化汞，也很轻易被皮肤吸收造成慢性积聚，会引发局部或全身性毒副反应。如皮炎、肌肉萎缩、粟粒疹，甚至过敏反应。洗涤用具污染洗涤用具污染：据卫生检测部门证实，市场上许多洗涤用具中或多或少地含有对人体或生态环境有害成份。在抽查中发觉，一些洗衣粉中三聚磷酸钠、硅酸纳、表面活性剂、荧光增白剂等均是有害物质。香水污染：香水污染：从化学角度讲，香水中含有各种易挥发有害化合物，它对人体神经系统产生毒副作用不可小视。很多人使用香水时，会出现头晕、恶心、呕吐等中毒症状，有些人则产生过敏反应，引发皮肤疾患。第23页1.2.3建筑和装修材料污染装修、家俱和建筑本身污染当前仍是室内污染主要起源。甲醛、氨、苯、氡、氯化烃，这些室内空气污染物包围全球近二分之一人，造成人体35.7%呼吸道疾病，22%慢性肺病和15%气管炎、支气管炎和肺癌。它造成是多系统、多组织、多细胞、多基因损害。第24页最顽固污染物 甲醛：有一定毒性挥发性有机化合物。当室内空气中释放量到达一定浓度时，人眼、耳、鼻、喉均会感到刺激，吸入一定量后将会引发某种程度中毒，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。起源：人造地板、家俱和装修中使用黏合剂以及地毯等合成织物。第25页最致癌污染物 苯：长久吸入苯浓度较高空气易引发苯慢性中毒，引发过敏性发炎、喉头水肿及血小板下降，严重可能造成再生障碍性贫血。苯及其化合物已被世界卫生组织确定为强致癌物质。起源：建筑材料中所使用大量化工材料，如涂料、溶剂、稀释剂、胶粘剂等。第26页破坏呼吸道污染物 氨：经过皮肤及呼吸道引发中毒，长久接触低浓度氨会引发喉炎，还可能造成呼吸困难、肺水肿、昏迷和休克。起源：建筑施工所使用混凝土、防冻剂等，也可能来自室内装饰材料，如家俱涂料使用添加剂和增白剂。第27页造成肺癌第二大杀手 氡：无色、无味放射性惰性气体。较底浓度氡就会增加肺癌发生率。在衰变过程中放出射线会致癌，是除吸烟以外引发肺癌第二大原因。起源：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。第28页损伤视力污染物 TVOC（总挥发性有机物）：指居室中烷、烃等有机物总量，主要刺激人眼睛和呼吸道，严重时会引发头痛、头晕、视力损坏以及记忆力降低等。起源：室内涂料、油漆，如壁橱、门框、地毯、壁纸等合成织物。第29页1.3人类面临新环境问题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.是新生物投放自然界后可能不受控制地繁殖、传输，从而影响现有生态系统平衡；2.是改变了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或者是危险特征；3.是假如用于制造武器，就可能造出比原子弹威力更大毁灭性武器。第30页1.3.2人类遭受新旧传染病围攻以下原因造成：1.全球变暖，病菌传输范围扩大，病菌繁殖速度加紧。2.伴随交通运输和贸易及旅游业发展，人员在全球范围流动、交往频繁，增加了病菌传输机率。3.环境污染，缺乏安全、卫生饮用水和清洁新鲜空气，当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.人类居住越来越城市化，将成为旧病复发温床和新病源滋生理想场所。6.抗菌素和杀虫剂广泛使用，造成抗药性新病源体出现。7.食品生产，加工，运输和销售国际化，大大增加了食物源传染病发病危险。第31页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。这些大大小小碎片和残骸，以每小时28000公里速度在太空轨道上飘游。高速飘游太空垃圾，已成为危险太空“飘流炸弹”，对在轨道上运转太空器造成了严重威胁。伴随太空飞行日益频繁，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110磅放射性铀，80%被释放出来，使高层大气中放射性最强铀235含量增加了50%。因为试验需要，越来越多地球生物进入太空。这些进入太空生物，在受到强烈紫外线和宇宙射线照射后而发生突变，成为含有强烈毒性生物。第32页年月日，南极上空公里，发生了一起看似偶然“宇宙交通事故”一块年前发射，美国雷神火箭推进器遗弃物，与中国年前发射长征四号火箭相撞。这是一起经典太空垃圾“宇宙交通肇事案”。太空垃圾名目繁多：大有已经“寿终正寝”，但仍在空间轨道兜圈子卫星、空间站等航天器，被遗弃运载火箭推进器残骸；中等有意外爆炸形成碎片，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；小有一些零部件，如星箭分离用爆炸螺栓、卫星包带和弹簧等，还有宇航员“随地乱扔”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手套坠入大气层烧毁）；更多则是极其微小空间微粒，如航天器脱落油漆颗粒等。第33页不要小看这些太空垃圾，因为飞行速度极快（公里秒），它们都蕴藏着巨大杀伤力，一块克重太空垃圾撞上卫星，相当于两辆小汽车以公里时速迎面相撞卫星会在瞬间被打穿或击毁！试想，假如撞上是载人宇宙飞船一旦撞上，就是毁灭性。更令航天教授头疼是“雪崩效应”每一次撞击并不能让碎片相互湮灭，而是产生更多碎片，而每一个新碎片又是一个新碰撞危险源。假如有一天，等地球周围被这些太空垃圾挤满时候，人类探索宇宙道路该何去何从呢？第34页1.3.4人类本身隐忧增加二十一世纪人类社会在各种高新技术装备下，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年初发表研究报告中惊呼：社会在进步，人种在退化。因为在舒适环境中自然选择淘汰机率越来越小，使得大量基因变异产生素质不高基因也能够遗传下去，最终导致人种总体退化。另外，受教育程度高人生育子女少，受教育程度低人生育子女多，也将导致人口素质逐步退化。第35页1.3.5信息高速公路建设带来隐患信息高速公路建设带来隐患信息高速公路开启与延伸，为信息传递，经济和事业等各个领域带来巨大贡献。然而，有些国外环境界有识之士却认为，信息高速公路将是二十一世纪最大环境破坏技术。它将导致森林、空地及野生动植物大量破坏与消失。随着信息高速公路迅猛发展，人口向大城市流动趋势将被逆转。人们没有必要再去固守着拥挤、嘈杂、污染严重城市，他们可以到拥有蓝天、碧水、绿树乡村原野去建安乐窝。在那里经过信息高速公路，一样可以享受过去在城市里才能享有一切。但历史已经证明：人类在那里活动，那里大自然就可能遭殃。第36页1.4绿色化学主要研究内容1.4.1设计或重新探索对人类健康和生存环境更安全目标物质：绿色产品比如：联苯胺是个很好染料中间体但含有极强致癌作用，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功效，又消除了致癌性。比如：关于氯氟烃类（CFCs）化合物及其替换问题第37页依据蒙特利尔草案要求，至1998年CFCs产量要降低50，到前中国完全禁止生产使用CFCs第38页1.4.2采取无毒或低毒绿色原料比如：生产尼龙己二酸，一直用有致癌作用苯为起始物制备，1994年经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苯，在技术上、经济上都完全可行，是绿色化学一个范例。研究、变换基本原料和起始化合物第39页1.4.3实现废物“零排放”原子经济性反应P46原子经济性概念:即反应物分子中原子有百分之几转化为产物公式：原子经济性(%)（被利用原子质量/全部反应物分子质量）100%E因子概念第40页1.4.4介质绿色化水、超临界二氧化碳超临界流体（SupercriticalFluid,简称SF或SCF）是指超临界温度（Tc）和临界压力（Pc）状态下高密度流体。超临界流体含有气体和液体双重特征，其粘度与气体相同，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过程就叫超临界流体萃取（SupercriticalFluidExtraction,简称SFE）。其基本原理为：CO2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，是一个优良溶剂，能经过分子间相互作用和扩散作用将许多物质溶解。所以，超临界CO2能够从基体中将物质溶解出来，形成超临界CO2负载相，然后降低载气压力或升高温度，超临界CO2溶解度降低，这些物质就沉淀出来（解析）与CO2分离，从而到达提取分离目标。第41页1.4.5催化剂绿色化1替换强腐蚀性无机酸固体酸催化剂2烃类晶格氧催化剂3酶催化剂1.5环境保护思想及经典著作（课外阅读）第42页复习题1.人类面临旧环境问题和新环境问题有？2.相关教授认为，继“煤烟型”、“光化学烟雾型”污染后，当代人正进入以“”为标志第三污染时期。3.绿色化学主要研究内容？4.原子经济性概念5.E因子概念第43页THEENDThankyouforyourcooperation!离开时，请记得把垃圾带走离开时，请记得把垃圾带走谢谢您合作谢谢您合作.第44页