第一部分 绿色化学的基本内涵和主要内容.ppt

NANJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY,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,*,循环经济,绿色化学,1,、汪朝阳主编、绿色化学通用教程，中国纺织出版社,2,、胡常伟，李贤均 主编、绿色化学原理和应用，中国石化出版社,循环经济：周宏春、刘燕华主编、循环经济学，中国发展出版社,Nanjing University of Technology,绿色化学的基本内涵和主要内容,杜 艳,南京工业大学环境学院,循环经济,人类面临着挑战,化学是一门,“,核心、实用、创造性,”,的科学，可以说，人类的衣、食、住、行、用以及保持健康等无一项可以离开化学,随着人类社会的发展，人类正面临着严峻的挑战：环境问题、资源问题、人类健康问题等,可持续发展战略思想的提出,面对这些挑战，化学怎么办？,在思考过程中，人们使用了环境无害化学、环境友好化学、清洁化学、原子经济和无害设计化学等来描述迎接人类未来挑战的化学,世界部分矿物耗竭年限预测,按1975年消费水平的耗竭年限,消费水平增长下的耗竭年限,耗竭年限(年),绿色化学的提出,“,绿色化学,”,这一理念,1991,年由美国化学会（,ACS,）提出，很快成为美国环境保护局的中心口号，现在已成为所有化学工作者的中心口号。,1991,年，美国有机化学家,Trost,在,Science,上提出,原子经济性,”,的概念,1992,年，荷兰有机化学家,Sheldon,提出,“,E,因子,”,概念,1996.6,，克林顿颁发美国首届,“,总统绿色化学挑战奖,”,1999,年，世界第一本,绿色化学,杂质在英国创办,绿色化学的目的,预防优于治理,绿色化学的根本目的是从节约资源和防止污染的观点出发，重新审视和改革传统化学，使对环境的治理从治标转向治本。,防止废物的产生优于在其生成后再进行处理或清理，,“,预防优于治理,”,绿色化学的特点,从注重产率到注重原子经济性,传统上，描述某一合成方法的有效性和效率的概念主要是,产率,产率忽略了副产物的产生,绿色化学的主要特点就是原子经济性，即在获得新物质的化学过程中充分利用每个原料原子，实现零排放,原子经济性在数值上用,E,因子、原子利用率来衡量,原子利用率,原子利用率,=,目标产物的量,按化学计量式所得所有产物的量之和,=,目标产物的量,各反应物的量之和,100%,100%,Examples,Example 1,：,环氧乙烷的制备,Example 2,：,环氧丙烷的制备,Example 3,：,甲基丙烯酸甲酯的制备,Example 1,环氧乙烷的制备,杀菌消毒剂,致癌物,传统方法,氯化乙醇法,CH,2,=CH,2,+Cl,2,+H,2,O,ClCH,2,CH,2,OH+,HCl,ClCH,2,CH,2,OH+Ca(OH),2,+,HCl,C,2,H,4,O+CaCl,2,+2H,2,O,CH,2,=CH,2,+Cl,2,+Ca(OH),2,C,2,H,4,O+CaCl,2,+H,2,O,28,71,74,44,111,18,44,111+18=129,44,111+18+44,100%,=,44,28+71+74,100%,=,25%,=,传统方法的缺点,1.,原子利用率只能达到,25%,即生产,1,公斤环氧乙烷（目标产物）就会产生,3,公斤的副产物（废物）,2.,使用有毒有害,Cl,2,作为原料，这就需要特殊的设备和保护措施，以防泄漏,.,3.,为了得到产品还需要,分离和提纯过程,假定每一步反应的产率,100,：,过程中使用银作为催化剂,新方法,催化氧化法,CH,2,=CH,2,+1/2O,2,ashsska,44,C,2,H,4,O,28,16,ashsska,44,0,ashsska,44,28+16,=,100%,100%,=,44,ashsska,44,=,100%,高的原子利用率,(100%),反应物,氧气,对人以及环境都是安全的,不需要,分离和提纯过程,新方法的优点,假定该反应的选择性为,100,：,Example 2,环氧丙烷的制备,ka,42,71,58,74,111,18,ashsska,asha,asha,asha,58,asha,111+18=129,58,111+18+58,100%,=,58,42+71+74,100%,=,31%,C,3,H,6,O+CaCl,2,+H,2,O,CH,3,CH=CH,2,+Cl,2,+Ca(OH),2,=,传统方法,氯醇法,传统方法的缺点,1.,原子利用率只能达到,31%,即生产,1kg,的目标产物会产生,2,公斤的废物,.,2.,反应物,Cl,2,对人是有害的，还可以损坏设备，所以需要特殊的设备和保护措施,.,3.,为了得到产品还需要,分离和提纯过程,假定每一步反应的产率,100,：,使用催化剂：钛硅分子筛,新方法,催化氧化法,ka,42,34,58,18,ashsska,asha,asha,C,3,H,6,O+H,2,O,CH,3,CH=CH,2,+H,2,O,2,Ashs,ska,Titania,-,sillica,molecular sieve,ashsska,58,18,asha,58,58+18,100%,=,58,42+34,100%,=,76%,=,a,The amount of target product formed,高的原子利用率,(76%),唯一的副产物,-,water,.,与氯气相比，,双氧水,对人和环境相对安全,新方法的优点,假定该反应的选择性为,100,：,Problem?,CH,3,CH=CH,2,+1/2 O,2,C,3,H,6,O,1,最佳原子经济性和较低投资费用,2-,产率低、选择性低,选择合适的催化剂，提高选择性,3-,大连海事大学：低温等离子体反应器中，直接引发自由基反应,Example 3,甲基丙烯酸甲酯的制备,传统方法是利用制取苯酚的副产物丙酮,(,H3CCOCH3),和丙烯腈工业的副产物,HCN,经两步反应制取，是一个废物充分利用的典型例子,传统方法,held,CH,3,C(CN)(OH)CH,3,CH,3,COCH,3,+HCN,Ahs,ska,CH,3,OOC(CH,3,)C=CH,2,+NH,4,HSO,4,CH,3,OH,H,2,SO,4,CH,3,COCH,3,+HCN+CH,3,OH+H,2,SO,4,CH,3,OOC(CH,3,)C=CH,2,+NH,4,HSO,4,AA,100+115,100%,=,=,a,58,a,27,32,98,100,115,100,115,100%,100,58+27+32+98,100,AA,AA,AA,=,46%,AA,传统方法的缺点,1.,原子利用率为,46%,即生产,1kg,的目标产物可产生,1.15,kg,废物,.,2.,反应物,HCN,为剧毒物质,3.,需要额外的分离和提纯过程,假定每一步反应的产率、选择性均为,100,：,该方法利用石脑油裂解的副产物丙炔为原料,新方法,Pb(OAc),2,一步催化法,高的原子利用率,(100%),与,HCN,相比，,CO,和甲醇,相对安全,.,没有废物,产生,新方法的优点,假定该反应的选择性为,100,：,小 结,原子利用率达到,100%,的反应有两个最大的特点：,最大限度地利用了反应原料，最大限度地节约了资源,最大限度地减少了废物排放（理论上可以达到零废物排放），因为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,化学反应的原子经济性,定义：,原子经济性是指反应物中有多少进入了产物，一个理想的原子经济性的反应，就是反应物中的所有原子进入目标产物的反应，也就是原子利用率为,100%,的反应，这就要求目标产物就是反应物原子的结合,原子经济反应：,1991,，,Barry M.,Trost,获得,1998,年美国“总统绿色化学挑战奖”的学术奖,不饱和键的简单加成反应,无机化学中的元素与元素作用生成化合物的反应,?,如何设计原子经济反应,A +B,C,D,废物,传统反应：,目标产物,E +F,C,目标产物,原子经济反应：,没有副产物生成,没有废物需要处理,没有污染,尽量提高反应的转化率和选择性,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。,一些化学反应，从计量式来看，是原子经济的，但若反应平衡的转化率很低，而反应物与产物分离又有困难，反应物难于循环使用造成污染及资源的浪费,一些反应，反应本身是原子经济的，但两反应物还能同时发生其他平行反应，生成不需要的副产物我们选择的反应还必须是高选择性的,原子经济的反应、高的反应物转化率、高的反应选择性是实现资源合理利用、避免污染缺一不可的,CH,3,CH=CH,2,+1/2 O,2,C,3,H,6,O,CH,3,CH=CH,2,+1/2 O,2,丙醛,CH,3,CH=CH,2,+1/2 O,2,丙烯醛,E,因子（环境因子）,相对于每种化工产品而言，期望产品以外的任何东西都是废物。,1992,年，荷兰有机化学家,Roger,A.Sheldon,提出环境因子的概念，表示一个产品生产过程中对环境造成的影响。,E,因子定义为每生产,1kg,期望产品同时产生的废物的量,E,因子,E,因子,=,废物质量,产品质量,The larger E,废物越多，污染越严重,如果原子利用率,=100%,，则,E,=0,不同化工部门的,E,因子,工业部门,产量,/t,E,炼油,10,6,10,8,0.1,基本化工,10,4,10,6,1 5,精细化工,10,2,1 0,4,5 50,制药,10 10,3,25 100,产品的生产规模越小，,E,因子越大,环境商值（,EQ,）,E,因子仅仅体现了废物与目标产物的相对比例,废物排放到环境后，其对环境的影响和污染程度还与相应废物的性质以及废物在环境中的毒性行为有关。,精确评价一种合成方法、一个过程对环境的好坏，必须同时考虑废物排放量和废物的环境行为本质的综合表现。,Q,值：根据废物在环境中的行为给出的,对环境不友好度环境商值（,EQ,）,环境商值（,EQ,）是以化工产品生产过程中产生的废物量的多少、物理、化学性质及其在环境中的毒性行为等综合评价指标来衡量合成反应对环境造成的影响,E-,E,因子,Q-,对环境不友好度,若将无害的氯化钠和硫酸胺的,Q,值定为,1,，则重金属,【,如铜、汞等,】,离子的盐类基于其毒性大小，,Q=1001000.,其综合表现为,EQ,E,Q,绿色化学的理想,零排放,如果根本没有废物排放，则,E,因子为,0,，,EQ,值必然为,0,，这就是零排放，它是绿色化学最根本的特征，也是绿色化学的最终理想,因此，绿色化学在理论上是一个新的观念；在实践上，更多地是一个过程，即绿色化过程,设计安全有效的目标分子,寻找安全有效的反应原料,寻找安全有效的合成路线,寻找新的转化方法,寻找安全有效的反应条件,Greener,Safer,绿色化学的任务,设计安全有效的目标分子,从源头上消除污染，必须保证我们需要的物质分子,目标分子是安全有效的。,1983,年，美国华盛顿召开专题学术讨论提出设计安全化学品的概念,设计安全化学品就是,“,利用分子结构与性能的关系和分子控制方法，获得,最佳所需功能,的分子，且分子的,毒性最低,”,我们有超过,1800,万,个化合物，且每年还要增加约,60,万,个。,设计安全有效分子的传统方法,实际需要,合成,试验性质,合成,试验性质,设计安全有效分子的新方法,计算机模拟,反复试验,实际需要,通过分子结构性能关系,合成,理论指导,试验性质,三位一体新的化学实验室：实验台,+,计算机,+,通风橱,设计安全有效的目标分子,Example 1,聚氨酯制备过程中,用,CO,2,取代光气,Example 2,氢氰酸的取代,Example 3,己二酸生产工艺的改进,寻找安全有效的反应原料,用无毒无害原料取代有毒有害原料,聚氨酯制备过程中用,CO,2,取代光气,Example 1,异氰酸酯,是由,光气和胺,反应合成的，然后再由异氰酸酯合成聚胺酯,传统方法,聚胺酯的合成,按照化学,RNH,2,+COCl,2,RNCO+2HCl,RNHCO,2,R,1,R,1,OH,光气毒气弹）剧毒，是一种强刺激、窒息性气体。吸入光气引起肺水肿、肺炎等，具有致死危险。,2008,年的端午，齐齐哈尔光气泄漏事件，造成,18,人死亡,在该反应中，光气提供了什么官能团,?,什么样的化合物能够取代光气,?,providing,-CO,group,在合成异氰酸酯的过程中，用,CO,2,取代光气来提供羰基,光气的功能,:,providing -CO group,按照化学,RNH,2,+CO,2,RNCO+H,2,O,RNHCO,2,R,1,新的绿色工艺,生产过程中原料,HCN,的取代,Example 2,己二腈（,Hexane,dinitrile,）,;,甲基丙烯酸系列,(Series of,methylpropenoic,acid);,化学中间体系列（,Series of,intermediate chemicals,such as,chelator,/chelating agent(,螯,合剂,),methionine,(,蛋氨酸,)etc,）,.,HCN,被广泛地用于下列化合物的生产过程中：,亚氨基二乙酸二钠的合成,传统方法,分两步合成,:,按照化学,NH,3,+2CH,2,O+2HCN,NCCH,2,NHCH,2,CN,+2NaOH NaO,2,CCH,2,NHCH,2,CO,2,Na+NH,3,传统方法的缺点,1.,HCN,剧毒，生产过程中必须采用严格的保护措施，以确保生产操作者及环境的安全,2.,生产的产品中含有微量的甲醛和,HCN,，需要进一步分离提纯处理,以无毒无害的二乙醇胺（,HOCH,2,CH,2,NHCH,2,CH,2,OH,）为原料，在铜催化剂作用下得到目标产物,新的绿色工艺,Example 3,己二酸的合成,传统方法,这种方法有哪些缺点,光化学烟雾,臭氧消耗,酸雨,全球气候变暖,传统方法的缺点,原料苯,(Benzene),是已知的致癌物质,使用硝酸（腐蚀性强）作为氧化剂，会有,N,2,O,副产物释放出来，,N,2,O,是一种“多功能”污染物,使用了重金属铜和镍,这一过程,不使用溶剂,、不再使用,有毒害的原料苯,，过氧化氢的,腐蚀性,也远比硝酸,小,，同时也不产生,其他有害的污染物,，是一条,安全清洁,的己二醇生产途径,Kamzuhiko,Sato,1998,Science,281:1646-1647,按照化学,新的绿色化工艺,1,拓展了己二酸的原料路线,Drath,and Frost,1990,1991,按照化学,新的绿色化工艺,2,这一方法除不再使用,有毒害的苯,作原料之外，采用了可再生的生物资源,葡萄糖作为原料,几百年以前，大多数工业化学品都是来自植物提供的,生物质,，少数来自动物,寻找安全有效的反应原料,以可再生资源为原料,煤、石油、天然气等均是不可再生资源，,因此用生物质作为化学化工原料重新受到了人们的普遍重视。,煤石油（,95,）,天然气,原料：,生物质,工业革命,生物质能的原始能量来源于太阳,所以从广义上讲,生物质能是太阳能的一种表现形式,生物质：淀粉,玉米、小麦、土豆等,木质纤维素,农业废料（如玉米杆、麦苗杆等）、森林废物和草等，是地球上最丰富的生物质，而且每年以,1640,亿吨的速度不断再生，但至今人类仅利用了其,1.5,。,淀粉和木质纤维素都含有糖类聚合物，把他们破碎成单体后就可用于发酵，例如，从生物质中提取出的蔗糖和葡萄糖就可以作为化学化工原料，在酶催化或细菌作用下生产我们需要的化学物质,以可再生资源为原料,5,亿吨麦秆,;,1000,万吨米糠；,1000,万吨玉米棒,;,2000,万吨 稻壳,;,700,万吨沼气,;,大约每年,2.8,3.5,亿吨,的生物质可作为能源,/,年,中国,以可再生资源为原料,稻草的燃烧：原料的浪费同时伴随着污染,寻找安全有效的合成路线,理想的合成路线,Paul A,Wender,1996,操作过程应该是简单的、安全的、环境可接受的、资源可有效利用的,可快速和高产率地得到目标分子，不管这一目标分子是天然物分子还是我们根据需要设计的分子,反应原料应该是价格便宜的、易得的,;,在寻找安全有效的合成路线时，在路线的每一步均利用原子经济的化学反应，则这一合成路线必然也是原子经济的。,但由于化学反应本身受到化学原理的制约，大多数情况下要在一条合成路线中达到每一步都是原子经济的有一定困难，此时，就要对合成路线进行全面的分析，通过合成路线中各步的整合，达到最终整条合成路线的原子经济性,寻找安全有效的合成路线,Example,由硝基苯合成对苯二胺,Let us analyze four possible routes,in a green chemistry viewpoint,Route 1,反应物中原子的质量之和,:,1062,目标产物,:,108,废物,:,954,原子利用率,:,总反应方程,:,10%,按照化学,Route 2,总反应方程：,反应物中原子的质量之和,:,300,目标产物,:108,废物,:192,原子利用率,:,36%,路线,1,路线,2,按照化学,Route 3,总反应方程：,反应物中原子的质量之和,:543,目标产物,:108,废物,:435,原子利用率,:,:,20%,Route 4,Route 3,总反应方程,反应物中原子的质量之和,:162,目标产物,:108,废物,:54,原子利用率,:,:,67%,综合分析,从原子经济性来看，路线,4,是最优的,路线,1,：原子利用率,10%,路线,2,：原子利用率,36%,路线,3,：原子利用率,20%,路线,4,：原子利用率,67%,共,5,步,共,3,步,计算机辅助设计,建立一个尽可能全的化学反应的资料库，哪些物质在一起在什么样的条件下会发生什么样的化学反应,提出我们的要求，即确定,目标产物,和可能采用的,原料,让计算机找出能生产目标产物的反应及所需原料,以上一步的原料为目标产物再做搜寻，找出该目标产物的合成反应及原料,。,直到得到我们预定的原料,比较各可能反应路线的经济技术及环境效应，从中选出最佳途径,在化学过程中要减少有毒有害物质的使用，可以采用多种方法，近年来的研究发现，采用一些特别的非传统化学方法，可获得多种环境效果。,寻找新的转化方法,催化等离子体法,more,电化学法,more,光和其他辐射相结合,more,由二氧化碳和甲烷合成燃料油,CO,2,+CH,4,2CO+2H,2,燃料油,Nickel catalyst,FT process,刘昌俊,天津大学,传统方法,CO,2,+CH,4,燃料油,催化剂,&,等离子体,等离子体,:,破坏反应物分子,催化剂：,形成产物分子,催化等离子体法,合成气的制备是一个高能耗过程，且催化剂的使用容易积炭失活,降低能耗,电化学过程利用电子这一清洁的试剂实现氧化还原过程，避免了常规化学过程可能产生的二次污染问题，采用电化学过程可以消除有毒有害原料的使用，而且还可以使反应在常温常压下进行。,电化学法,光催化法,它一种是低温深度反应技术，光催化剂在一定波长的光线照射下受激生成电子,空穴对，空穴分解催化剂表面吸附的水产生氢氧自由基，电子使其周围的氧还原成活性离子氧，从而具备极强的氧化,还原作用，将光催化剂表面的各种污染物摧毁。,在合成化学品的过程中，采用的反应条件对整个过程对环境的影响的大小起着决定性作用。,经济上比较容易估价考虑较多的是能耗,反应所用的催化剂和溶剂是两个重要的因素,寻找安全有效的反应条件,寻找安全有效的催化剂,用负载型催化剂代替均相催化剂,more,用固体酸代替传统的液体酸催化剂,more,寻找安全有效的反应介质,用超临界流体作为反应介质,more,用水作为反应介质,more,用负载型催化剂代替均相催化剂,由于催化剂在化学反应中起到多种作用，因此几乎所有的化学化工过程均要使用催化剂,石油炼制中传统的烃类裂解、重整、异构化、烯烃的水合、芳烃烷基化、醇酸酯化等反应：,氢氟酸,硫酸,三氯化铝,磷酸,三氟化硼等作为催化剂,.,缺点：均相条件下进行，催化剂不易与原料和产物分离、催化剂对设备有较大的腐蚀作用，对环境造成污染等,用固体酸代替传统的液体酸催化剂,（,1)Bronsted,的定义：凡是能够给出质子的固体谓之固体酸（,B,酸）；能够接受质子的固体谓之固体碱（,B,碱）：,B,酸又称质子酸，如,SiO2-Al2O3,表面上有许多羟基，在反应过程中能给出质子,H+,，成为,B,酸中心。,（,2,）,Lewis,定义：凡是能够接受电子的固体谓之固体酸（,L,酸）；凡是能够给出电子的固体谓之固体碱（,L,碱）：,L,酸又称非质子酸。如,SiO2-Al2O3,表面上裸露的,Al3+,外层有空轨道，可以接受外来的电子对，是,L,酸中心。,优点：,（,1,）,：在一定程度上缓解或彻底解决均相反应带来的不可避免的问题,（,2,）,：固体酸催化剂可在高达,700-800K,的温度范围内使用，大大扩展了热力学上可能进行的酸催化反应的应用范围,Example,：苯与乙烯烷基化反应生成乙苯,传统方法,:,催化剂,AlCl,3,BF,3,HF,设备腐蚀严重,操作条件苛刻,收率低,脱,HCl,、,RCl,困难,催化剂与反应产物难于分离,有废水需要处理,HF,的使用,使用渗磷,ZSM,5,分子筛作催化剂可克服上述缺点,寻找安全有效的反应介质,在化学反应中，许多情况下都要用到有机溶剂，这些有机溶剂（苯乙烯、三氯乙烯、二氯甲烷、正己烷、乙腈等）不仅危害人体健康，对水、大气也有污染。,当前绿色化学研究中，在溶剂方面最活跃的是超临界流体（,CO,2,）和水作为溶剂的有机反应,以水为溶剂：水对环境无害。但有些反应物不溶于水，且废弃的水会对人类生活产生影响。况且，人类面临淡水供给危机，这种做法无异于雪上加霜。,超临界二氧化碳溶剂的优点,二氧化碳在常温下是气体，无色、无味、不燃烧、化学性质稳定,不会形成光化学烟雾，也不会破坏臭氧层,来源丰富，价格低廉,超临界二氧化碳可很好地溶解一般有机化合物,如果把二氧化碳置于封闭体系中升温和加压后，当温度和压力超过二氧化碳的临界温度（,31.1,）和临界压力,(7.39MPa),即超过临界点后,则二氧化碳就转变为超临界流体状态。此时的二氧化碳便具有许多独特的性质。,绿色化学十二原则,Paul,Anastas,and John C Warner,1.,不让废物产生优于当废物生成后处理废物或清除废物,正常成本：,原料和试剂费用,危险化学品的处理和处置费用,美国的许多大化学工业公司,.:,用于研究和发展的经费与其用于环境保护和安全的费用相当,化学科学和工业的成长和新发明由于环境保护费用的日益增长而受到抑制。,最常见的废物之一就是未转化的原料和试剂，原料作为废物排放是很不经济的，同时也会造成环境污染,首先我们要花费金钱购买原料，然后又花钱处理掉,而处理这些“废物”的费用又往往数倍于其作为原料时的费用,这样，这部分原料未给我们带来任何效益，事实上我们付出的不止是双倍的代价,1.,不让废物产生优于当废物生成后处理废物或清除废物,1.,不让废物产生优于当废物生成后处理废物或清除废物,目前处理危险物品的费用在一直呈上升趋势，所以这一费用就必须计入成本之中，除非可以预防,而要想不付出这一代价，唯一的方法就是利用绿色化学技术，通过设计化学避免使用和产生有害物质，即源头上消除,2:,尽可能有效地设计合成方法，最大可能地使过程中所用物质进入产物中,原子经济反应，原子利用率最高,3:,只要可能就应设计合成方法，应不使用和不产生对人的健康和环境有毒有害的物质,绿色化学的基础就是应尽可能减少危险品的使用,有两种方法可避开被危险品伤害的危险,:,减少与危险品的接触,可采用多种方法来减少接触比如穿救护衣、工程控制、戴防毒面罩等,.,我们不可能在不增加费用的情况下控制与危险品的接触，所有的预防方法，均需要费用，这样就增加了成本,.,一旦控制失败，人就有极大危险,.,消除危险品的使用,4:,应尽可能有效地设计化学品，使其功效卓越而毒性等危险性大减,设计更加安全的化学品,通过分子结构的知识，我们能够在很大程度上确定化合物的特性,设计更加安全的化学品是可能的，为什么？,化学毒性的认识,多种方法,设计更加安全的化学品的方法,如果知道了某物质的毒性机理，知道是由,“什么反应,”,引发的毒性，我们就可以改变和修饰该物质的结构，使得,“,致毒反应,”,不至于发生，当然，修饰后，分子的功能不能发生改变,如果不知道确切的毒性机理，可以关联分子的 化学结构和毒性，设法除去分子中的,“,毒效,”,基团,减少分子的“生物药效性”,如果一种物质是有毒的，但不能被生物器官（胃、肺、肝等）吸收或不能到达这些器官，则它就不能表现出其毒性，通过某些手段改变其物理化学性能（如极性、水溶性等），使分子既“有效”又“无毒”。,5:,尽可能不使用辅助物质（例如：溶剂、分离试剂等），既使用，也要采用无危险性的物质作为辅助物质,辅助物质的普遍使用,溶剂问题,氯仿、四氯化碳等普遍使用的溶剂都是致癌物,溶剂对环境的影响,如何消除辅助物质的使用,Supercritical fluids,（,超临界流体,）,Solventless,（,非溶剂化,）,Aqueous(,水作溶剂,),Immoblized,(,固定化,),6:,在考虑环境和经济效益时，应考虑能耗因素，尽可能使能耗最低,化学工业的能耗,能量的产生和消耗均伴有环境效应。,在获得能量，把物质转化为能量，把已存的能量转化为社会可用的其他形式方面，化学均起着十分重要的作用。,6:,在考虑环境和经济效益时，应考虑能耗因素，尽可能使能耗最低,能量的利用,?,反应混合物的预热,用热能加速化学反应,用冷却方法控制反应,分离需要的能量,新形式的能量,微波,超声,光化学反应和辐射辅助的反应,优化反应条件，使能耗最小,7:,在经济技术条件许可的情况下，尽可能使用可再生的物质作反应原料，而不用一次性原料,“,可重复使用,”,与,“,一次性,”,是由时间尺度来确定的,.,通常,“,一次性原料,”,指的是化石燃料,可重复使用的原料常指生物和植物原料，在人的寿命尺度内可再生,CO2,可从普遍存在的资源产生，故可认为是可再生资源，许多天然物质也可在人的寿命尺度内转化成甲烷，因此甲烷也是可再生资源,8:,尽量减少派生物,应尽可能避免或减少多余的衍生反应，如阻挡基团的使用、保护基团的使用,保护基团：要使分子的某一部位发生反应，分子中的敏感部分（活泼部分）也可能随之发生发应，就需要引入保护基团把活泼部分保护起来,9:,催化作用,催化剂（尽可能是具有选择性的）比符合化学计量数的反应物更占优势,催化剂可提高选择性,催化剂可降低能耗,10:,研发可降解的化学替代品,应设计这样的化学品，即在其功能完成后，它不会长期残留于环境中，而是降解为无害物质,化学品与环境的关系：“持续性”和“持续生物聚集性”,塑料的持久性,可生物降解塑料的研发,杀虫剂,DDT,像设计分子的其他功能一样，把降解作为一个功能加以设计，化学品除具有某种使用功能外，还应具有可降解这一功能,白色污染及治理,“,白色污染,”,指的是大量的废旧包装用塑料膜、塑料袋,（,聚苯乙烯、聚丙烯聚氯乙烯等高分子化合物制成的各类生活塑料制品）,和一次性塑料餐具,(,统称塑料包装物,),以及使用后的地膜统称为,“,白色污染,”,。,“,白色污染,”,的危害,“,视觉污染,”,：指散落在环境中的废塑料制品对市容、景观的破坏,“,潜在危害,”,：指废塑料制品进入自然环境后难以降解而带来的长期的深层次环境问题,许多农贸市场在用塑料袋装熟食品，其实，很多塑料袋存在毒性，尤其是五颜六色的彩色塑料袋，其本身更是含有大量毒素。因为彩色塑料袋属于再生塑料袋，使用的着色剂通常含有苯并吡，是一种很强的致癌物质，与食品接触后，可能会转移到食品中，使人慢性中毒。此外，塑料产品中的增塑剂也是一种致癌物质，而再生塑料因为工艺简陋等原因，其增塑剂在与食品，尤其是油性食品接触时更容易渗出。“人们习惯使用毒袋，既是致癌物质的受害者，又不知不觉地充当了致癌物质的传播者。”同济大学医学院环境医学教授厉曙光提醒说，不少早点铺用薄薄的、有刺鼻异味的再生塑料袋装油条之类的熟食，致癌物质渗出更快危害更大。,可降解塑料,定义：,塑料的降解是指因化学和（或）物理因素和（或）微生物作用引起的构成塑料的大分子（或高分子、聚合物）链断裂的过程。,降解使塑料相对分子质量下降，物性降低，直至丧失可使用性。这种现象也被称为塑料的老化（有时也称为劣化）降解。,降解塑料的类型,11:,利用实时分析法以防治污染,应发展现场、现时仪器，以监测和控制有害物质的生成，使有毒有害物质在生成前就被控而生不成,我们不能控制我们不能控测到的物质,需要精确可信的敏感元器件，监测器件和分析技术,要满足绿色化学的需要，发展现场的，与时间有关的分析技术,这样当有极少量有毒物质生成的就可反馈而调节过程参数，以减少和消除这些物质的生成,12:,推广安全化学以减少事故的发生,在化学过程中反应物（包括其特定形态）的选择应着眼于使包括释放、爆炸、着火等化学事故的可能性降至最低,在预防污染减少废物的过程中，可能不经意地增大发生危险的可能性（回收溶剂）,一个过程应在预防污染与预防事故之间找到平衡点,设计更安全的化学过程所用的方法,使用固体或低蒸汽压的物质，而不用可挥发性物质及气体,“,现时技术”让有毒有害物质立时生成同时就以很快的速度消耗掉。,1,预防,防止产生废弃物要比产生后再去处理和净化好得多。,2,讲原子经济,应该设计这样的合成程序，使反应过程中所用的物料能最大限度地进到终极产物中。,3,低毒化学合成,只要可能就应设计合成方法，应不使用和不产生对人的健康和环境有毒有害的物质,4,安全化学品,应尽可能有效地设计化学品，使其功效卓越而毒性等危险性大减。,5,溶剂和辅料是较安全的,尽量不用辅料（如溶剂或析出剂），当不得已使用时，尽可能应是无害的。,6,能量效率设计,在考虑环境和经济效益时，应考虑能耗因素，尽可能使能耗最低,小 结,7,使用可再生原料,在经济技术条件许可的情况下，尽可能使用可再生的物质作反应原料，而不用一次性原料,8,尽量减少派生物,应尽可能避免或减少多余的衍生反应，如阻挡基团的使用、保护基团的使用,9,催化作用,催化剂（尽可能是具有选择性的）比符合化学计量数的反应物更占优势,10,研发可降解的化学替代品,应设计这样的化学品，即在其功能完成后，它不会长期残留于环境中，而是降解为无害物质,11,利用实时分析法以防治污染,应发展现场、现时仪器，以监测和控制有害物质的生成，使有毒有害物质在生成前就被控而生不成,12,推广安全化学以减少事故的发生,在化学过程中反应物（包括其特定形态）的选择应着眼于使包括释放、爆炸、着火等化学事故的可能性降至最低。,绿色化学的,5R,理论,绿色化学的现代内涵,为了更明确的表述绿色化学在资源使用上的要求，人们又提出了,5R,理论：,减量,Reduction,减量是从省资源少污染角度提出的。减少用量、在保护产量的情况下如何减少用量，有效途径之一是提高转化率、减少损失率。减少,“,三废,”,排放量。主要是减少废气、废水及废弃物（副产物）排放量，必须排放标准以下。,II,重复使用,Reuse,重复使用这是降低成本和减废的需要。诸如化学工业过程中的催化剂、载体等，从一开始就应考虑有重复使用的设计。,绿色化学的,5R,理论,绿色化学的现代内涵,回收,Recycling,回收主要包括：回收未反应的原料、副产物、助溶剂、催化剂、稳定剂等非反应试剂。,再生,Regeneration,再生是变废为宝，节省资源、能源，减少污染的有效途径。它要求化工产品生产在工艺设计中应考虑到有关原材料的再生利用。,拒用,Rejection,拒绝使用是杜绝污染的最根本办法，它是指对一些无法替代，又无法回收、再生和重复使用的毒副作用、污染作用明显的原料，拒绝在化学过程中使用。,