资源描述
二氧化碳的应用
一 二氧化碳总述
1、二氧化碳的特性
碳是一种非金属元素,化学符号C,无味、无嗅、固体、晶体碳,就是金刚石和石墨。碳是构成一切有机物的主要成份。氧气是一种化学元素,化学符号O,无色、无味是动物进行呼吸的必要气体。二氧化碳就是两个氧原子和一个碳原子的化学结合产物,符号CO2。二氧化碳通常是一种气体,在低温高压下,可收缩成液体。无味、无色、无毒,是看不见摸不着的气体。
2、 二氧化碳的用处
CO2用处极广:(1)石油采矿业,向油井下注射一吨CO2液体,可增产原油3-5吨。(2)机器铸造业,CO2是添加剂。(3)金属治炼业,特别是优质钢、不锈钢、有色金属,CO2是质量稳定剂。(4)陶瓷塘瓷业,CO2是固定剂。(5)生物制药,离不开CO2。(6)饮料啤酒业,CO2是消食开胃的添加剂,(7)做酵母母粉,CO2是促效剂。(8)消防事业,CO2是灭火剂。(9)制造干冰更离不开CO2。(10)尿素肥料是CO2和氨气合成的。(11)所有绿色植物进行光会作用,CO2是一种主要原料。人们每天的衣、食、住、行也是来自CO2的产物等等。
3、二氧化碳的产生
(1)凡是有机物(包括动植物)在分解、发酵、腐烂、变质的过程中都可释放出CO2。(2)石油、石腊、煤炭、天然气燃烧过程中,也要释放出CO2。(3)石油、煤碳在生产化工产品过程中,也会释放出CO2。(4)所有粪便、腐植酸在发酵,熟化的过程中也能释放出CO2。(5)所有动物在呼吸过程中,都要吸氧气吐出CO2。(6)所有绿争植物都吸收CO2释放出氧气,进行光会作用。CO2气体,就是这样,在自然生态平衡中,进行无声无息的循环。
CO2通常情况下,是一种气体,每时每刻都存在于空气中,供绿色植物自由自在地进行着呼吸(光会作用)。为人类创造着才富。
二 大棚蔬菜为什么要施用二氧化碳增长剂
日光大棚是一种高投入、高产出、高效益的设施农业。种好大棚蔬菜又是一种园艺技术、必须按照各种蔬菜的生理、生化特性的需求,采取科学的严格管理。抓好大棚菜的水、肥料、二氧化碳气体、太阳光热能,四个主要因子,是提高大棚经济效益的关键,以水为先导,补充二氧化碳(增长剂)为基础,调控其它因子平衡运作。才能实现优质、高产、稳产、高效益。
1、绿色植物为什么要进行光会作用?
所有绿色植物要进行光合作用,才能发育生长、开花结果,为人类提供丰富的食物。日光大棚是人为地,为蔬菜生物创建了一个特定的生态环境小气候,以高产出、高效益为目标。满足人们生活水平,不断提高对食品的需求。
大棚蔬菜进行光会作用,是以根系吸收水,肥为原料进行的,养分的运转也是以水为介质而进行的。平衡供水,各种养分平衡供给,养分首先要被水溶解,根系才能吸收利用。
二氧化碳是绿色植物,进行光合作用,最重要的原料之一,是任何物质所不可代替的,被称之为大棚蔬菜的粮食。日光大棚光照弱,湿度大,气流交换缓慢,二氧化碳不能从大气中任意补充,特别是数九寒天,大棚蔬菜对二氧化碳气肥的需求量得不到满足,又为突出,二氧化碳的浓度大小,决定着光合作用的多少。所以使植物产生各种病害以及菌害和虫害。
光合产物是水、肥料、二氧化碳气休、太阳光热能经叶绿素细胞化学反应而生成的,新的化合物叫碳水化合物,是植物生长的营养液,包含着多种成分如水分、脂肪、糖分、淀粉、各种氨基酸(蛋白质)、维生素等。
所以说:二氧化碳的不足,是大棚蔬菜增产的重要限制因素。据测定,大气中的二氧化碳浓度为300PPM-500PPM,并不是光合作用的最佳浓度,如果人为地能把大棚空气中的二氧化碳的浓度提高到800-1000PPM,蔬菜产量可提高20%?40%以上,菜苗抗逆能力大大提高,各种病害、虫害势必减轻。不但节省了农药,而且提高了产量,明显提高了品质,特别能提高前期产量,正好赶上两个年关,蔬菜缺档的高价期。
大棚二氧化碳的浓度,以日出前为最高,但也只有100-200PPM低于大气水平,日出后一小时内大棚空气中的二氧化碳农度声速下降到70-90PPM菜苗对CO2的需求,处于非常饥饿的状态,通风换气两小时后,才能回升到200-250PPM,但有时大棚内外温差太大,又不能通风换气(通风后降低了棚温,对菜苗生长不利)。
因此说:二氧化碳才长剂的施用,是实现日光大棚蔬菜优质、高产的关键所在。
2、大棚蔬菜在什么时期和时间施用二氧化碳效果最好?
大棚蔬菜在什么时期和时间施用二氧化碳增长剂效果最好:①叶菜类蔬菜在幼苗期,真叶展开3-5片时,就可施用二氧化碳增长剂,②果菜类蔬菜,苗期用一次,花期施用二氧化碳增长剂一次,果期是二氧化碳增长剂的最佳施用期。
普通肥料都是以粒状、粉状的形式施入土壤,二氧化碳增长剂的反应则是与潮湿的土、气体所反应而产生的缓慢气体,在空气中施入,见水不分解,必须连续施用二氧化碳增长剂,才有效果(这和人一样,每天吃饭不能饥一顿,饱一顿,要定时定量为好,不然还要吃出毛病)。
三 大棚蔬菜、果树为什么会出现“饥饿症”
农民朋友:你大棚温室中的作物,为什么菜不香、瓜不甜、风味淡?为什么大棚作物病害多,植株抗病力差?为什么水、肥条件那样好,产量还是不能大大提高,这些问题的出现,基本上都是来源于一个现象,大棚空气中的二氧化碳浓度低,满足不了作物光合作用的需求,而使作物产生了“饥饿症”
1、棚室作物为什么缺二氧化碳?
植物种子,从发芽生根到长大,而后开花结果。除浇水施肥,精心管理外。还有一个最重要的因素,就是绿色植物要进行光合作用,植物生存的基本条件不是肥料,而是水分、阳光和二氧化碳。如果这三个要素缺少一个,植物就会死亡。再好的肥料,再精细的管理,都无济于事。在这三个要素中,植物需水的作用、太阳光照的作用,是人们亲眼能看到的,而只有二氧化碳,是一种无味、无色、又无毒,看不见,摸不着的气体。而它每时每刻,都存在于空气之中,这就是被人们忽视的原因。据测定,空气中的二氧化碳是300-500PPM。在露天栽培时,植物自由自在地吸收着空气中的二氧化碳。而在冬季密闭的大棚温室中,为了保持有一定的棚温,又不能大量通风换气,和棚外空气难以交流,作物天天吸收二氧化碳,导致了棚室内二氧化碳浓度降低到临界线,使植物生理反应处于难以忍受的保命状态。不能正常生长。特别是在白天,太阳出来后,作物叶绿素细胞要进行光合作用,光照达到1000-3000勒克斯,就开始大量吸收二氧化碳,在这个时期,二氧化碳不能及时从大气中补充进来,植株就会因缺少了二氧化碳,停止了光合作用,而患上了“饥饿症”,光合作用不能合成,长时间的“饥饿症”结果势必影响产量和品质,实践证明,已成为棚室增产的限制因素,所以需要人工及时补充二氧化碳,十分重要。也是高产稳产的关键所在。
2、绿色植物为啥需要二氧化碳?
大家知道,万物生长靠太阳,植物就是靠太阳的光能来进行光合作用的,植物的光合作用是由叶绿素细胞完成的。当叶绿素细胞吸收了太阳光能后,同时叶片上的毛气孔,也吸收了大量的二氧化碳,根部吸收到的水分,通过维导管束输送到叶绿素细胞内,三者合在一起经过一系列复杂的生物化学反应过程,生成了一种新的营养物质??碳水化合物。所含成分:有水分、糖分、脂肪、淀粉、蛋白、各种维生素。然后在晚上前半夜,再把碳水化合物输送到植物的花、果、叶、茎等各个器官,促进细胞分裂生长。明天日出后,又进行着新的一轮光合作用。据试验统计,绿色植物每合成1克有机物,就需要吸收1.6克的二氧化碳,约为吸收其它物质的40倍,植物在扣除水分后,剩余的干物质中、90%以上是来自光合产物。而从土壤中吸收的氮、磷、钾等矿物质元素,不足5%。所以说:二氧化碳是植物生长发育过程中的主要粮食。
3、大棚温室如何补充二氧化碳?
大棚补充二氧化碳,有二种方法:
① 在每天日出后,棚外温度较高的情况下,可打开上下通风口,通风换气,由大气自然补充二氧化碳。
②外边气温低,为了保棚温、促生长不允许通风换气,就必须人工补充二氧化碳,人工补充也有多种方法,有的用稀硫酸液和氮铵液混合反应,用二氧化碳发生器。释放二氧化碳。有的用硫酸铜和石腊,混合燃烧,来释放二氧化碳。有的用盐酸和石炭、石粉混合反应释放二氧化碳。以上多种方法都能释放二氧化碳与一些稀有气体。但是有的不够安全比如硫酸跟盐酸等,有的成本太高,有的释放不平衡,气体不钝等等,特别是有的有污染,把我们好好的土壤弄成了不好的土地,所以现在只有撒施二氧化碳增长剂是最好的选择,因它成本低,易操作。只要撒到植物的根部下面就可以,但要注意撒前用细砂或细土拌均匀,苗期不要撒到根部或叶子上。
四 大棚蔬菜、果树定时定量施用二氧化碳增长剂的效果
大棚种植各种菜、果、花卉等经济作物,目的是:高产、优质、高效益、满足人们的生活需求。不管它市经济变化万千,主要因素有三:①早上市,人无我有,以新取胜;②产量高,人有我多,以量取胜;③品质优、人多我优,以质取胜。要想达到此目的,施用二氧化碳增长剂,是你最好的选择。
施用二氧化碳增长剂可以促花促果,可以明显提高光合效率,糖分积累,促花芽分化,增加雌花率,减少畸形瓜果,还能防止少化瓜,叶片浓绿,光能叶面积增加,瓜果鲜嫩,风味佳,缩短了生长周期,上市早,并能延长结果期,前期产量可占到总产量的60?70%。
施用二氧化碳增长剂不但产量高,而且品质好,由于光合产物的增加--碳水化合物还含有大量的糖分和B、 V、 C等多种维生素,所以菜、果风味浓,口感好,色泽鲜艳可口。
施用二氧化碳增长剂增加了菜苗抗病,抗寒,抗逆能力,据大面积试验证实,大棚二氧化碳浓度在1000PPM以上,黄瓜霜霉病,发病率可减少20%以上。黑星病发病率,可减少26%以上,疫病可减少12%。番茄蕨叶病发病率可减少20%以上,辣椒花叶病,发病率可减少61%且能提高棚温1?2度。
二氧化碳增长剂产口说明及使用方法
本口有高浓度二氧化碳消毒剂,灭菌剂,其中含有植物所需要的多种营养素,用科学配方加工制成,使用后迅速产生二氧化碳气体,和植物所需的多种营养成份。供植物叶片气孔和跟部吸收,灭菌活性高,对蔬菜等绿色植物有早熟、高产、品质好的独特效果。温室大棚内施用能使棚内二氧化碳浓度达到1000PPM以上,植物无菌害、病害。大棚温室放风不影响效果(因本品为缓慢施放,且二氧化碳密度大。单一的放风。二氧化碳流动性很小)。且本品具有驱避虫害的独特效果。
★仰制:真菌、细菌和病毒。
★驱避:各种害虫,提高棚内温度2℃以上
本品在翻地前和底肥一块施用能起到土壤调理、灭菌、防治地下虫害的作用
经专业技术人员在长江以北大面积示范,种植户施用后,一致认同本品2-4天见效,增长幅度16.8%-36.4%,防治虫害效果95%以上,对植物无副作用。不污染环境,无公害。、
二氧化碳的用途
二氧化碳的物理性质:无色、无臭、无味的气体。化学式CO2,地球大气层重要组分之一。密度1.977克/厘米3,二氧化碳能溶于水。二氧化碳气体容易液化,液态二氧化碳可以贮存在高压钢瓶内。当液态二氧化碳蒸发时,会吸收大量的热,使温度迅速降低,这样又会使一部分二氧化碳气体冷凝成雪花状固体,这种固体可从周围吸收热量,直接变成气体(升华),因此把它叫做干冰。大气中二氧化碳的含量为0.03%;海洋中为0.014%。它们来源于:①有机体腐烂过程。②人和动物呼出二氧化碳。③煤、石油、天然气等的燃烧。
二氧化碳的化学性质不活泼,只在高温下能与镁等金属反应(生成氧化镁和碳),也与红热的炭发生反应(生成一氧化碳);二氧化碳气体溶于水生成碳酸(使紫色石蕊变成红色),是一种二元弱酸(不稳定,遇热或强酸容易分解成二氧化碳和水)。最常用的检验二氧化碳气体的方法是让它通入澄清的石灰水,即有白色沉淀(碳酸钙)产生: Ca(OH)2+CO2 =CaCO3↓+H2O 继续通入二氧化碳,碳酸钙沉淀转变为可溶性的碳酸氢钙,溶液又变为澄清:
CaCO3+CO2+H2O =Ca(HCO3)2?
二氧化碳本身无毒,但在空气中含量达到3%时,人体会感到呼吸急促,达到10%时,就会丧失知觉、呼吸停止而死亡。
随着工业高度发展,大气中的二氧化碳含量日益增高,它能够吸收地面放出的红外辐射,在地球周围形成绝热层,阻止热量向外层空间扩散,使平均气温上升,此即二氧化碳的温室效应。
工业上用的二氧化碳大多是石灰窑 、水泥厂、酿酒厂(发酸过程)的副产物,天然气井和煤气厂也有大量二氧化碳。主要用于制造碳酸钠,及生产充碳酸气的饮料。用干冰冷冻水果或肉类,不但温度低,而且无污染。二氧化碳又是有效的灭火剂,用于不能用水来扑灭的火灾,如油、电、金属钠引起的火灾。液态二氧化碳已成为高效无污染的萃取剂,所用的工艺称为超临界萃取,多用于食品等工业。
“干冰”的故事:
在美国南部的得克萨斯州,一个钻探队曾遇到了一件怪事:当他们用钻探机往地下打孔勘探油矿时,突然有一股强大的气流从管口喷出,立刻在管口形成一大堆雪花似的”冰”。好奇的勘探队员,像孩子般高兴地用这些“冰”滚起雪球来了。这下可不得了啦!许多队员的手被冻伤,过不了多久,许多人皮肤开始发黑、溃烂,这究竟是怎么一回事呢?
原来,那雪花似的“冰”不是由水而是由二氧化碳凝结而成的。这种固体二氧化碳在常温下融化时,能直接气化为二氧化碳气体,所以很快就销声匿迹,而周围仍旧干干的,不像冰融化后会留下水迹,因而又名“干冰”。论外貌,干冰和普通的冰确实很相像,只是干冰的温度要比普通冰更低(一78.5°C)。在这样低的温度下,难怪钻探队员的手会冻坏。
干冰的用途可多呢!可以用作强致冷剂;用干冰冷藏鱼、肉之类食品时,运输途中不会弄得到处湿漉漉的;食物在地窖中用干冰冷藏,可以存放更长时间。
更奇妙的是,在许多影片和电视剧中那些云雾燎绕的景象也是干冰的功劳呢!因为干冰在空气中气化形成大量二氧化碳气体,呈现在观众面前的就是一片”白茫茫”的景象。
?? 此外,干冰还是人工造雨的能手呢!人工降雨是用人为的方法,增加云中的冰晶或使云中的冰晶和水滴增大而形成降水。目前人工降雨是一种用飞机把冷却剂(干冰或其他化学药剂)撒播到云中,使云内温度显著下降,使细小的水滴冰晶迅速增多加大,迫使它下降形成降水;
?? 二氧化碳是植物的重要营养物质。每一片叶子中的叶绿素在日光照射下都能完成一个很奇妙的变化,把叶子吸收的二氧化和根部输送来的水分转变为糖、淀粉以及氧气,光合作用:6CO2+6H2O =C6H12O6+6O2其中C6H12O6就是葡萄糖,再经转化就生成淀粉等。在这个过程中,日光中的能量被吸收了,变成储存在淀粉中的能量,成为地球上生命活动的能源。
二氧化碳与油漆,通常我们的油漆,都是具有挥发性的有机溶剂。涂上油漆后,溶剂就挥发出来,挥发的时间较长,而且还给环境造成污染,污染物中有许多有毒气体和致癌物。美国一家公司研制出一种用二氧化碳做溶剂的油漆,克服了常用尤其给人带来的危害。二氧化碳是气体,不能做溶剂。他们采用的办法是:在一定温度下增大压力,使二氧化碳处于气态与液态相互转变的一种状态。这样,就可做溶剂使油漆溶解。所用二氧化碳是合成氨厂、炼油厂的副产品,并不需要制取。使用二氧化碳喷漆,干得快,光泽好,不会产生有毒污染。
一般条件下,二氧化碳不支持燃烧且比空气重,将二氧化碳覆盖在燃着的物体表面,可使物体跟空气隔绝而停止燃烧,因此二氧化碳可用灭火,是常用的灭火剂。
在化学工业上,二氧化碳是一种重要的原料,大量用于生产纯碱(Na2CO3)、小苏打(NaHCO3)、尿素[CO(NH2)2]、碳酸氢铵(NH4HCO3)、颜料铅白[Pb(OH)2·2PbCO3]等。在轻工业上,生产碳酸饮料、啤酒、汽水等都需要二氧化碳。
在现代化仓库里常充入二氧化碳,防止粮食虫蛀和蔬菜腐烂,延长保存期。固态的二氧化碳即“干冰”,主要用作致冷剂,用飞机在高空喷撒“干冰”,可以使空气中水蒸气冷凝,形成人工降雨;在实验室里,“干冰”与乙醚等易挥发液体混合,可以提供-77℃C左右的低温浴。“干冰”还可以做食品速冻保鲜剂。在农业上,温室里直接施用二氧化碳作肥料,利用植物根部吸收二氧化碳,可以增进植物的光合作用。促进农作物生长,增加产量。在自然界,二氧化碳保证了绿色植物进行光合作用和海洋中浮游植物呼吸的需要。
除课本里提及的二氧化碳的各种用途外,尚有下列一些用途。
1.人体呼吸的有效刺激因素,它通过对人体外化学感受器的刺激,兴奋呼吸中抠。如果一个人长时间吸入纯氧,体内二氧化碳浓度过低,可导致呼吸停止。因此,临床上把5%二氧化碳与95%氧气的混合气体、应用于一氧化碳中毒、溺水、休克、碱中毒的治疗和麻醉上的应用。液态二氧化碳低温手术的用途也较广泛。
2.贮藏粮食、水果、蔬菜。用二氧化碳贮藏的食品由于缺氧和二氧化碳本身的抑制作用,可有效地防止食品中细菌、霉菌、虫子生长,避免变质和有害健康的过氧化物产生,并能保鲜和维持食品原有的风味和营养成分。二氧化碳不会造成谷物中药物残留和大气污染。用二氧化碳通入大米仓库24h,能使99%的虫子死亡。
3.作为萃取剂。国外普遍利用二氧化碳进行食品、饮料。油料、香料、药物等加工萃取。
4.用二氧化碳与氢气做原料,可生产甲醇、甲烷、甲醚、聚碳酸酯等化工原料和新燃料。
5、作为油田注入剂。可有效地驱油和提高石油的采油率。
6.注入地下难于开采的煤层,使煤层气化,获得化工所需的合成气体和居间物。
7.保护电弧焊接,既可避免金属表而氧化,又可使焊接速度提高大约9倍。
有的科学家认为,大气中二氧化碳加倍,将使粮食平均增产超过30%,棉花增长80%以上,小麦和水稻一类作物增产36%。
8.在烹饪中用发酵粉或苏打的日的是为付了产生微小的二氧化碳气泡。这些气泡使面包、糕点或发面膨胀,吃起来松软适口。在制造面包时使用酵母,其作用与此相同,只是时间长些而已。发酵粉(或碳酸氢钠)与一种酸(如从酸牛奶产生的乳酸)作用而产生二氧化碳。市售“发酵粉”中常含有固态酸,在潮湿时,它与碳酸氢钠发生作用,也产生二氧化碳。
二氧化碳的危害
主要是温室效应。
大气温室效应是指大气物质对近地气层的增温作用,其增温原理与上述原理4相似,即随着大气中CO2等增温物质的增多,使得能够更多地阻挡地面和近地气层向宇宙空间的长波辐射能量支出,从而使地球气候变暖。其可能的积极作用是使部分干旱区雨量增多,高纬度农业区热量状况改差,但更主要的是负面影晌,就是便热带和温带的旱、涝灾害发生频繁,以及冰山熔化,海平面上升,沿海三角洲被淹没。因此,减少大气增?物质的排放量是人类刻不容缓的义务。
温室有两个特点:温度较室外高,不散热。 生活中我们可以见到的玻璃育花房和蔬菜大棚就是典型的温室。使用玻璃或透明塑料薄膜来做温室,是让太阳光能够直接照射进温室,加热室内空气,而玻璃或透明塑料薄膜又可以不让室内的热空气向外散发,使室内的温度保持高于外界的状态,以提供有利于植物快速生长的条件。
由环境污染引起的温室效应是指地球表面变热的现象。
它会带来以下列几种严重恶果:
1) 地球上的病虫害增加;
2) 海平面上升;
3) 气候反常,海洋风暴增多;
4) 土地干旱,沙漠化面积增大。
科学家预测:如果地球表面温度的升高按现在的速度继续发展,到2050年全球温度将上升2-4摄氏度,南北极地冰山将大幅度融化,导致海平面大大上升,一些岛屿国家和沿海城市将淹于水中,其中包括几个著名的国际大城市:纽约,上海,东京和悉尼。
温室效应是怎么来的?我们能做什么?
温室效应主要是由于现代化工业社会过多燃烧煤炭、石油和天然气,这些燃料燃烧后放出大量的二氧化碳气体进入大气造成的。
二氧化碳气体具有吸热和隔热的功能。它在大气中增多的结果是形成一种无形的玻璃罩,使太阳辐射到地球上的热量无法向外层空间发散,其结果是地球表面变热起来。因此,二氧化碳也被称为温室气体。
人类活动和大自然还排放其他温室气体,它们是:氯氟烃(CFC〕、甲烷、低空臭氧、和氮氧化物气体、地球上可以吸收大量二氧化碳的是海洋中的浮游生物和陆地上的森林,尤其是热带雨林。
为减少大气中过多的二氧化碳,一方面需要人们尽量节约用电(因为发电烧煤〕,少开汽车。另一方面保护好森林和海洋,比如不乱砍滥伐森林,不让海洋受到污染以保护浮游生物的生存。我们还可以通过植树造林,减少使用一次性方便木筷,节约纸张(造纸用木材〕,不践踏草坪等等行动来保护绿色植物,使它们多吸收二氧化碳来帮助减缓温室效应。
温室效应的预防对策
虽然迄今为止,我们无法提出有效的解决对策,但是退而求其次,至少应该想尽办法努力抑制排放量的增长,不可听天由命任凭发展。
首先,暂订二○五○年作为目标。如果按照目前这种情势发展下去,综合各种温室效应气体的影响,预计地球的平均气温届时将要提升两度以上。一旦气温发生如此大幅提升,地球的气候将会引起重大变化。
因此为今之计,莫过於竭尽所能采取对策,尽量抑制上升的趋势。目前国际舆论也在朝此方向不断进行呼吁,而各国的研究机构亦已提出各种具体的对策方案。
可惜仔细检视各种方案之后,迄今尚未发现任何一项对策足以独挑大梁解决问题。因此,吾人遂有必要寻求一切可能性,全面考量这些对策方案究竟具有何等效果。
一、全面禁用氟氯碳化物
实际上全球正在朝此方向推动努力,是以此案最具实现可能性。倘若此案能够实现,对於二○五○年为止的地球温暖化,根据估计可以发挥三%左右的抑制效果。
二、保护森林的对策方案
今日以热带雨林为生的全球森林,正在遭到人为持续不断的急剧破坏。有效的因应对策,便是赶快停止这种毫无节制的森林破坏,另一方面实施大规模的造林工作,努力促进森林再生。目前由於森林破坏而被释放到大气中的二氧化碳,根据估计每年约在1~2gt.碳量左右。倘若各国认真推动节制砍伐与森林再生计划,到了二○五○年,可能会使整个生物圈每年吸收相当於0.7gt.碳量的二氧化碳。具结果得以降低七%左右的温室效应。
三、汽车使用燃料状况的改善
日本汽车在此方面已获技术提升,大幅改善昔日那种耗油状况。但在美国等地,或许是因油藏丰富,对於省油设计方面,至今未见有何明显改善迹象,仍旧维持过度耗油的状况。因此,该地区生产的汽车在改善燃油设计方面,具有充分发挥的余地。由於此项努力所导致的化石燃料消费削减,估计到了二○五○年,可使温室效应降低五%左右。
四、改善其他各种场合的能源使用效率
是要改善其他各种场合的能源使用效率。今日人类生活,到处都在大量使用能源,其中尤以住宅和办公室的冷暖气设备为最。因此,对於提升能源使用效率方面,仍然具有大幅改善余地,这对二○五○年为止的地球温暖化,预计可以达到八%左右的抑制效果。
五、对石化燃料的生产与消费,依比例课税
如此一来,或许可以促使生产厂商及消费者在使用能源时有所警惕,避免作出无谓的浪费。而其税金收入,则可用於森林保护和替代能源的开发方面。
任何化石燃料一经燃烧,就会排放出二氧化碳来。惟其排放量会因化石燃料种类而有不同。由於天然瓦斯的主要成分为甲烷,故其二氧化碳排放量要比煤碳、石油为低。同样是要产生一千卡的热量,煤碳必须排放相当於0.098公克碳量的二氧化碳;这在石油则为0.085公克;若是换成天然瓦斯只需排放0.056公克即可。
因此,有人提案依照天然瓦斯、石油、煤碳的顺序予以加重课税。譬如生产方面,要对二氧化碳排放量较高的煤碳,以能量换算,每十亿焦耳课税0.5美元,而对天然瓦斯则只课税0.23美元。亦即二氧化碳排放量愈高的化石燃料课税愈重。至於消费方面的情形亦复加此,其课税比例在煤碳订为23%,在天然瓦斯订为13%。
当然,现今阶段只不过是有这麼一个构想而已。但若果真付诸实行,可望对於二○五○年为止的地球温暖化,提供大约五%的抑制效果。
六、鼓励使用天然瓦斯作为当前的主要能源
因为天然瓦斯较少排放二氧化碳。最近日本都市也都普遍改用天然瓦斯取代液化瓦斯,此案则是希望更进一步推广这种运动。惟其抑制温暖化的效果并不太大,顶多只有一%的程度左右。
七、汽机车的排气限制
由於汽机车的排气中,含有大量的氮氧化物与一氧化碳,因此希望减少其排放量。这种作法虽然无法达到直接削减二氧化碳的目的,但却能够产生抑制臭氧和甲烷等其他温室效应气体的效果。预计将对二○五○年为止的温暖化,分担二%左右的抑制效果。
八、鼓励使用太阳能
譬如推动所谓「阳光计划」之类。这方面的努力能使化石燃料用量相对减少,因此对於降低温室效应具备直接效果。不过,就算积极推动此项方案,对於二○五○年为止的温暖化,只具四%左右的抑制效果。其效果似乎未如人们的期待。
九、开发替代能源
利用生物能源(Biomass Energy)作为新的乾净能源。亦即利用植物经由光合作用制造出来的有机物充当燃料,藉以取代石油等既有的高污染性能源。
燃烧生物能源也会产生二氧化碳,这点固然是和化石燃料相同,不过生物能源系从大自然中不断吸取二氧化碳作为原料,故可成为重覆循环的再生能源,达到抑制二氧化碳浓度增长的效果。
现代生活离不开化学
化学是研究物质的性质、组成、结构、变化和应用的科学。自有人类以来就开始了对化学的探索,因为有了人类就有了对化学的需求。它与我们的生活息息相关,在我们的日常生活中无处不在。我国著名滑雪前辈杨石先生说:“农、轻、重、吃、穿、用,样样都离不开化学。”没有化学创造的物质文明,就没有人类的现代生活。
人是社会的人,社会是人的社会,因此可以从人与化学的关系去探讨化学对社会发展的重要性。
化学作为一门庞大的知识体系,能用来解决人类面临的问题,满足社的需要,对人类社会做出贡献。它的成就已成为社会文明的标志,深刻的影响着人类社会的发展。社会的发展离不开人类的发展,人类的发展离不开人的生存,而人的生存离不开化学。社会的一切发展,生命是基础。一切生命的起源离不开化学变化,一切生命的延续同样离不开化学变化。恩格斯说:“生命的起源必然是通过化学的途径实现的。”没有化学的变化,就没有地球上的生命,也就更不会有人类。是化学创造了人类,创造了美丽的地球。
就化学对人类的日常生活的影响来说,化学在我们的日常生活中无处不在。首先,我们的衣、食、住、行无一不用到化学制品。
“民以食为天”,我们吃的粮食离不开化肥、农药这些化学制品。1909年哈伯发明的合成氨技术使世界粮食翻倍,如果没有他发明的这个化学技术,那么世界上就有一半的人得不到温饱,那么世界上就多了一半的人的生命面临危机了。加工制造色香味俱佳的食品就更离不开各种食品添加剂,如甜味剂、防腐剂、香料、味精、色素等等,多是用化学合成方法或化学分离方法制成的。
如果没有合成纤维的化学技术,那世界上大多数人就要挨冻了,因为有限的天然纤维根本就不够用。我国1995年的化学纤维产量为330万吨,其中90%是合成纤维。 何况纯棉纯毛等天然纤维也是棉花、羊毛经化学处理制成的。再有就是合成橡胶,少了合成橡胶,世界上60亿人口又有多少亿人要穿草鞋过冬啊?合成染料更使世界多了一道多彩缤纷的亮丽风景线。所谓“丰衣足食”,是生命得以延续的保证。没有了化学,就没了保证。
再看我们住的房子,石灰、水泥、钢筋,窗户上的铝合金、玻璃、塑料等材料,哪件不是化学制品?离得了铝合金的木制的窗户,也离不开化学制品油漆;就算不用玻璃吧,像一些贫穷人家用的尼龙布甚或用的报纸,不是化学制品又是什么?还有我们的日常生活用品,如牙刷、牙膏、香皂、化妆品、清洁用品等等无一不跟化学沾边,都是化学制剂。
出了门,我们踏在水泥铺成的街道上,看到的是钢筋水泥做的高楼大厦,用以代步的是各种塑料、橡胶、玻璃以及各种合金做的交通工具。这些交通工具还离不开汽油、柴油,各种汽油添加剂、防冻剂和各种润滑油。如此种种,都是化学制品。现代人类根本无法离开人造化学品,我们每天24小时都被人造化学品所包围着。
其次,我们的健康长寿也与化学息息相关。体内某些化学元素平衡失调时,就会导致某些危害人类健康的疾病。1953年,美国化学家Miller S L 实验模拟原始地球上大气的成分,用H,CH4,NH3和水蒸气等,通过加热和火花放电,合成了氨基酸。1965年和1981年,我国在世界上首次合成了牛胰岛素和酵母丙氨酸转移核糖核酸。蛋白质和核糖的形成是无生命到有生命的转折点。自此我们人类对自身的了解有了新的突破,为我们人类对生命和健康的研究打下了基础。正是有了合成各种抗生素和大量新药物的技术,人类才能控制传染病,才能缓解心脑血管病,使人类的寿命延长25年。人类的健康成长离不开各种营养品和药品。如果没有这些化学药品,世上不知有多少人要受病魔的折磨,不知有多少人会被病魔夺去生命。?
生命体中支撑着生命的是无数的有机化合物,重要的有糖类、蛋白质、氨基酸、肽键、酶、核酸等。
糖是自然界存在的一大类具有生物功能的有机化合物。它主要是由绿色植物通过光合作用形成的。它由C、H、O所组成,化学式为Cn(H2O)n,又叫碳水化合物。糖类包括单糖、多糖、淀粉、糖原、纤维素。生物界对能量的需要和利用均离不开糖类。糖类物质的主要生物功能就是通过生物氧化而提供能量,以满足生命活动的能量需要。生物界对太阳能的利用归根到底始于植物的光合作用和CO2的固定,与这两种现象密切相关的都是糖类的合成。光合作用是自然界将光能转化变为化学能的主要途径。糖类不仅是生物体的能量来源,而且在生物体内发挥其它作用,它对各类生物体的结构也起着支持和保护的作用,有时还起到解毒的作用等。总之,糖类是生命体维持生命所不可或缺的。?
蛋白质亦然。1839年德国化学家Mnlder G T给它起名叫做蛋白质(Protein),意思是“头等重要”,可见其重要性。所有蛋白质都含C,N,O,H元素,大多含S或P,有的还含其它元素。蛋白质是氨基酸聚合物,水解时产生的单体叫氨基酸。蛋白质种类繁多,功能各异。它的广泛而多变的功能决定了它们在生理上的重要性。有的蛋白质起运输作用,有的起调节或防御作用。酶也是蛋白质,起催化作用,对生命体的新陈代谢起至关重要的作用。
核酸是由核苷酸组成,而核苷酸是由碱基、戊糖与磷酸组成。核酸分为核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)两大类。DNA是生物遗传物质,它们都是控制遗传的关键,其中DNA的重组技术是遗传工程研究的主导技术。遗传工程的研究的发展将为人类解决面临的食品与营养、健康与环境、资源与能源等一系列重大问题开辟新途径,也具有极大的经济发展潜力。如果采用DN重组及细胞融合等技术改造苏氨酸、色氨酸、赖氨酸等氨基酸的生产菌,氨基酸的含量就能提高几十倍,生产成本就大大降低。这些氨基酸产品广泛用于营养食品、助鲜及饲料添加剂等生,从而部分代替了粮食产品。如果生物固氮的遗传工程能培养出自行供氮的作物,使一切植物如小麦、水稻、玉米等都像豆科植物一样能自行固定分子态氮并转化成能被植物吸收的状态,能直接利用空气中的氮,不仅可以提高作物产量,增加作物的蛋白质含量,还能大大节省化肥,降低生产成本,减轻环境污染。
总之,现代生活与化学是紧密相连不可分割的。不管是生命本身作为一个过程,还是生命得以维持所必须依赖的外在物质条件,都离不开化学。没有生命还有化学,没有了化学就绝对不会再有生命存在。化学是生命存在的支柱,也是社会存在和发展的支柱和动力。
原子经济反应是当今国际化学科学研究的前沿领域,是21世纪化学工业可持续发展的科学基础,其目的是将现有化工生产的技术路线从“先污染,后治理”改变为“从源头上根除污染”,越来越受到各国政府、企业和学术界的关注。当前,化工行业面临的最大考验之一即节能减排。人们通过不断反思和总结化学与环境、资源的关系,提出了“原子经济反应”的新对策。
绿色化学的“原子经济性”是指,在化学品合成过程中,合成方法和工艺应被设计成能把反应过程中所用的所有原材料尽可能多的转化到最终产物中。
化学反应的“原子经济性”(Atom economy)概念是绿色化学的核心内容之一,最早由美国斯坦福大学的B.M.Trost教授提出,他针对传统上一般仅用经济性来衡量化学工艺是否可行的做法,明确指出应该用一种新的标准来评估化学工艺过程,即选择性和原子经济性,原子经济性考虑的是在化学反应中究竟有多少原料的原子进入到了产品之中,这一标准既要求尽可能地节约不可再生资源,又要求最大限度地减少废弃物排放。理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百地转变成产物,不产生副产物或废物,实现废物的“零排放”(Zero emission)。“原子经济性”的概念目前也被普遍承认。B.M.Trost获得1998年美国“总统绿色化学挑战奖”的学术奖。
原子经济反应是原子经济性的现实体现。理想的原子经济性的反应应该是原料分子中的原子百分之百地转变成产物,不需要附加,或仅仅需要无损耗的促进剂,即催化剂,达到零排放(zero emission)。
如:A + B=C
原子经济反应是最大限度利用资源、最大限度减少污染的必要条件,但不是充分条件。这是因为某些化学反应中:
1,反应平衡转化率很低,反应物与产物分离困难,反应物难于循环使用;
2,生产目标产物的反应是原子经济的,但反应物还能同时发生其他平行反应,生产不需要的副产物。
反应的原子经济性、高转化率、高选择性是实现资源合理利用、避免污染缺一不可的。
化学反应的“原子经济性”则是指在化学反应中究竟有多少原料的原子进入到产品之中。我们常用原子利用率来衡量化学过程的原子经济性。在合成反应中,要减少废物排放的关键是提高目标产物的选择性和原子利用率,即化学反应中,到底有多少反应物的原子转变到了目标产物中。
原子利用率的定义是目标产物的占反应物总量的百分比。即原子利用率=(预期产物的分子量/全部生成物的分子量总和)×100%
用原子利用率可以衡量在一个化学反应中,生产一定量目标产物到底会生成多少废物。在化学反应中,一旦要利用的化学反应计量式被确定下来,则其最大原子利用率也就确定了。
一般状况下,重排反应和加成反应的原子经济性最高,为100%。其他类型反应院子经济性则较低。
原子利用率达到100%的反应有两个最大的特点:
1,最大限度地利用了反应原料,最大限度地节约了资源;
2,最大限度地减少了废物排放(“零废物排放”),因而最大限度地减少了环境污染,或者说从源头上消除了由化学反应副产物引起的污染。
开发“原子经济性”反应
近年来,开发原子经济性反应已成为绿色化学研究的热点之一。例如,环氧丙烷是生产聚氨酯塑料的重要原料,传统上主要采用二步反应的氯醇法,不仅使用可能带来危险的氯气,而且还产生大量污染环境的含氯化钙废水,国内外均在开发催化氧化丙烯制环氧丙烷的原子经济反应新方法。再如,EniChem公司采用钛硅分子筛催化剂,将环己酮、氨、过氧化氢反应,可直接合成环己酮肟。对于已在工业上应用的原子经济反应,也还需要从环境保护和技术经济等方面继续研究和改进。实现反应的高原子经济性,就要通过开发新的反应途径、用催化反应代替化学计量反应等手段,1997年的新合成路线奖的获得者BCH公司的工作即是一个很好的例证。该公司开发了一种合成布洛芬的新工艺(布洛芬是一种广泛使用的非类固醇类的镇静、止痛药物),传统生产工艺包括6步化学计量反应,原子的有效利用率低于40%,新工艺采用3步催化反应,原子的有效利用率达80%,如果再考虑副产物乙酸的回收利用,则原子利用率达到99%。
原子经济
原子经济反应强调:合成方法应具备“原子经济性”原则,即尽量使参加反应过程的原子都进入最终产物;在合成方法中尽量不使用和不产生对人类健康和环境有毒有害的物质;设计具有高使用效益、低环境毒性的化学产品;尽量不用溶剂等辅助物质,不得已使用时它们必须是无害的;生产过程应该在温和的温度和压力下进行,而且能耗最低;尽量采用可再生的原料,特别是用生物质代替石油和煤等矿物原料;尽量减少副产品;使用高选择性的催化剂;化学产品在使用完后能降解成无害的物质并且能进入自然生态循环;发展实时分析技术以便监控有害物质的形成;选
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