绿色化学专业知识省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

绿色化学及应用绿色化学及应用第1页第2页温室气体大量排放造成全球变暖温室气体大量排放造成全球变暖 海平面上升，海平面上升，21002100威尼斯无法生存威尼斯无法生存臭氧层破坏臭氧层破坏 人类，农业，海洋生态系统人类，农业，海洋生态系统生物多样性降低生物多样性降低 酸雨成灾酸雨成灾 PH5.6PH5.6森林锐减森林锐减 大气污染大气污染 呼吸呼吸10-1210-12立方米，总悬浮颗粒物，氮氧化物，立方米，总悬浮颗粒物，氮氧化物，SO2SO2淡水资源污染淡水资源污染 3%3%淡水（其中淡水（其中2%2%为冰川）为冰川）海洋污染海洋污染 处理废弃物垃圾场，近海资源降低，赤潮，石油污染处理废弃物垃圾场，近海资源降低，赤潮，石油污染垃圾围城垃圾围城全世界每年全世界每年100100亿吨，我国已存亿吨，我国已存6060亿吨亿吨 第3页温度 高于正常温度地域占主导地位在北极附近大部分地域，出现了异常温暖现象，温度高于平均温度5度。这种异常温暖区域还向南延伸到东欧和西伯利亚地域。在南极洲内陆地域，也出现这种异常温暖情形。是131年来最热年份低于正常温度地域低于正常温度地域北美洲西部、南美洲南部、北美洲西部、南美洲南部、欧洲西部以及亚洲中部。欧洲西部以及亚洲中部。极其罕见低温现象也出现极其罕见低温现象也出现于南极洲部分地域，尤其于南极洲部分地域，尤其是南极半岛西部。是南极半岛西部。第4页 在纽约举行年度世界经济论坛公布了142个国家环境可连续能力排行榜。芬兰列在排行榜之首，美国第45位，我国第129位，阿拉伯联合酋长国最终一位。这是耶鲁大学、哥伦比亚大学和世界经济论坛共同开展项目环境可连续能力指数（ESI）评定结果。当年我国在这个排行中位于世界最终20个国家内，这不能不引发我们警觉和思索。我们在自鸣得意于快速经济发展同时，是否应该考虑一下我们建设和经济发展方式是否超出了环境承载能力？第5页 国际生态环境可连续发展城市国际生态环境可连续发展城市100100强强 从政治、经济、文化、医疗和健康、自然环境保护、从政治、经济、文化、医疗和健康、自然环境保护、学校和教育、公共服务和交通、休闲娱乐、消费、学校和教育、公共服务和交通、休闲娱乐、消费、住房等进行各方面考评，住房等进行各方面考评，从榜单来看，欧美国家城市占从榜单来看，欧美国家城市占70%70%，这说明欧美国，这说明欧美国家从整体城市结构、城市环境、社会文化环境以及家从整体城市结构、城市环境、社会文化环境以及经济环境和自然环境都表达出综合竞争力和显著竞经济环境和自然环境都表达出综合竞争力和显著竞争优势。前争优势。前3 3位分别是瑞士位分别是瑞士 苏黎世苏黎世 ，法国巴黎，法国巴黎 ，加拿大温哥华，加拿大温哥华 ，其中大连，其中大连1010，厦门，厦门1717，青岛，青岛2121。第6页与上年不一样是亚洲国家尤其是中国很多城市榜上有名，尤其在与上年不一样是亚洲国家尤其是中国很多城市榜上有名，尤其在大气污染治理，改造燃煤设施和搬迁污染企业等方面有了很大改大气污染治理，改造燃煤设施和搬迁污染企业等方面有了很大改观。机动车排放标准正式与欧洲发达国家接轨，尾气排放污染物观。机动车排放标准正式与欧洲发达国家接轨，尾气排放污染物削减约削减约50%。榜单前二十位世界生态环境城市分别分布在欧洲发达国家、美国、榜单前二十位世界生态环境城市分别分布在欧洲发达国家、美国、亚洲等地域。其中瑞士占亚洲等地域。其中瑞士占2 2个，美国占个，美国占2 2个、加拿大占个、加拿大占2 2个，中国个，中国占占2 2个，其余均为北欧、西欧国家。大连和厦门今年荣登了前二个，其余均为北欧、西欧国家。大连和厦门今年荣登了前二十榜。十榜。第7页1绿色化学绿色化学兴起历史兴起历史沿革沿革2绿色化学绿色化学概念介绍概念介绍3绿色化学绿色化学主要应用主要应用第8页20世纪化学工业贡献 1913合成氨1921乙烯（天然气裂解）1928青霉素1930聚氯乙烯1938尼龙1939橡胶1941杀虫剂DDT第9页化学学科发展有三大趋势：1、化学将向更广度、更深层次方向延伸，原子/分子层次认识将更为深入，多层次分子间相互作用、复杂化学体系研究更为系统，创造新分子、新材料基础上，将愈加重视功效性。2、社会发展不停对化学学科提出新需求。能源危机方面，怎样像光合作用那样高效利用太阳能；环境保护方面，怎样控制降解、去除污染过程；材料创新方面，要求绿色化、智能化、可再生循环利用；生命奥秘方面，怎样在分子和细胞水平上认识和硕士命过程；食品安全方面，怎样加强食品添加剂安全问题基础研究和准确检测。3、绿色化学将引发化学化工生产方式变革。第10页环境保护运动呼唤绿色化学环境保护运动呼唤绿色化学 19621962年，美国女科学家年，美国女科学家Rachel Rachel CarsonCarson所著所著Silent Silent SpringSpring出版，书中详细地叙述了出版，书中详细地叙述了DDTDDT等杀虫剂对各等杀虫剂对各种鸟蛋影响，使鸟类数量急剧降低，使原来花红叶种鸟蛋影响，使鸟类数量急剧降低，使原来花红叶绿、百鸟歌唱春天变得绿、百鸟歌唱春天变得“一片寂静一片寂静”。这本书第一次对人类长久流行于全世界口号这本书第一次对人类长久流行于全世界口号“向大自然宣战向大自然宣战”、“征服大自然征服大自然”绝对正确性提出了绝对正确性提出了质疑。她指出，化学杀虫剂生产和应用，会殃及很质疑。她指出，化学杀虫剂生产和应用，会殃及很多有益生物，连人类自己也不能幸免。多有益生物，连人类自己也不能幸免。第11页污染预防为污染预防为主，末端治主，末端治理为辅理为辅19世纪世纪20世纪世纪80年代年代90年代年代环境保护经历三个时期环境保护经历三个时期未认识到化学未认识到化学物质长久毒性，物质长久毒性，生物积累及致生物积累及致癌性，靠癌性，靠稀释废物防治稀释废物防治污染污染末端治理末端治理世界范围内公害频频发生世界范围内公害频频发生第12页 日本熊本县水俣镇一家氮肥企业排放废水中含有汞，这些废水日本熊本县水俣镇一家氮肥企业排放废水中含有汞，这些废水排入海湾后经过一些生物转化，形成甲基汞。这些汞在海水、排入海湾后经过一些生物转化，形成甲基汞。这些汞在海水、底泥和鱼类中富集，又经过食物链使人中毒。底泥和鱼类中富集，又经过食物链使人中毒。当初，最先发病是爱吃鱼猫。中毒后猫发疯痉挛，纷纷跳海自当初，最先发病是爱吃鱼猫。中毒后猫发疯痉挛，纷纷跳海自杀。没有几年，水俣地域连猫踪影都不见了。杀。没有几年，水俣地域连猫踪影都不见了。19561956年，出现了年，出现了与猫症状相同病人。患者因为脑中枢神经和末梢神经被侵害，与猫症状相同病人。患者因为脑中枢神经和末梢神经被侵害，轻者口齿不清、步履蹒跚、面部痴呆、手足麻痹、感觉障碍、轻者口齿不清、步履蹒跚、面部痴呆、手足麻痹、感觉障碍、视觉丧失、震颤、手足变形，重者神经失常，或酣睡，或兴奋视觉丧失、震颤、手足变形，重者神经失常，或酣睡，或兴奋，身体弯弓高叫，直至死亡。，身体弯弓高叫，直至死亡。19911991年，日本环境厅公布中毒病年，日本环境厅公布中毒病人仍有人仍有22482248人，其中人，其中10041004人死亡。人死亡。日本水俣病事件日本水俣病事件第13页中国绿色化学发展中国绿色化学发展 19951995年，中国科学院化学部确定了年，中国科学院化学部确定了绿色化学与技术绿色化学与技术院院士咨询课题。士咨询课题。19971997年，以年，以“可连续发展问题对科学挑战可连续发展问题对科学挑战-绿色化学绿色化学”为主题香山科学会议第为主题香山科学会议第7272次学术讨论会在北京次学术讨论会在北京召开。召开。同年，同年，国家重点基础研究发展规划国家重点基础研究发展规划将绿色化学作为重将绿色化学作为重点支持方向之一。点支持方向之一。第14页1 1 1什么是绿色化学什么是绿色化学2 2 2绿色化学特点绿色化学特点3 3 3绿色化学标准绿色化学标准第15页绿色化学绿色化学，又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学。它是利用化学原理和方法来降低或消除对人类健康、小区安全、生态环境有害反应原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物使用和产生新兴学科。是一门从源头上降低或消除污染化学。第16页从科学观点看，绿色化学是对传统化学思维方式创新和发展；从科学观点看，绿色化学是对传统化学思维方式创新和发展；从经济观点看，绿色化学为我们提供合理利用资源和能源、从经济观点看，绿色化学为我们提供合理利用资源和能源、降低生产成本、符合经济连续发展原理和方法降低生产成本、符合经济连续发展原理和方法;从环境观点看，绿色化学是从源头上消除污染，保护环境从环境观点看，绿色化学是从源头上消除污染，保护环境新科学和新技术方法。新科学和新技术方法。绿色化学是更高层次绿色化学是更高层次化学。化学。第17页1212条条主主要要标标准准 （1 1）预防污染优于污染治理；）预防污染优于污染治理；（2 2）提升原子经济性；）提升原子经济性；（3 3）尽可能降低化学合成中有毒原料、产物；）尽可能降低化学合成中有毒原料、产物；（4 4）设计安全化学品；）设计安全化学品；（5 5）使用无毒无害溶剂和助剂；）使用无毒无害溶剂和助剂；（6 6）合理使用和节约能源；）合理使用和节约能源；（7 7）利用可再生资源代替消耗性资源合成化学品；）利用可再生资源代替消耗性资源合成化学品；（8 8）降低无须要衍生化步骤；）降低无须要衍生化步骤；（9 9）采取高选择性催化剂优于使用化学计量助剂；）采取高选择性催化剂优于使用化学计量助剂；（1010）产物易降解性；）产物易降解性；（1111）发展分析方法，对污染物实施在线监测和控制；）发展分析方法，对污染物实施在线监测和控制；（1212）降低使用易燃易爆物质，降低事故隐患。）降低使用易燃易爆物质，降低事故隐患。第18页绿色合成绿色合成1绿色催化剂绿色催化剂2可再生生物质资源可再生生物质资源3原子经济反应原子经济反应 4环境友好可降解物质环境友好可降解物质5主要应用主要应用 绿色农药绿色农药6第19页 绿色化学主要任务之一就是采取无毒无害或低毒原料代替毒性大原料。在化学合成过程中，所使用原料选择是至关主要，它决定着采取何种反应类型或合成路线。原料选择得当是否，不但对合成效率有影响，而且对环境和从业人员健康有直接影响。1 1、绿色合成代替有毒物质、绿色合成代替有毒物质第20页 光气（光气（COClCOCl2 2），又称碳酰氯。主要用于生产聚氨），又称碳酰氯。主要用于生产聚氨酯，也是生产染料、医药、农药和矿酯，也是生产染料、医药、农药和矿物浮选剂原料。物浮选剂原料。光气剧毒，在空气中最高允许含量为光气剧毒，在空气中最高允许含量为1.0101.010-7-7，吸入极微量时可引发咳嗽、咽喉发，吸入极微量时可引发咳嗽、咽喉发炎、黏膜充血、呕吐等；重症时，引炎、黏膜充血、呕吐等；重症时，引发肺部淤血和肺水肿；深度中毒时，发肺部淤血和肺水肿；深度中毒时，引发血管膨胀、心脏功效丧失，造成引发血管膨胀、心脏功效丧失，造成急性窒息性死亡。死者肺部溢出血液急性窒息性死亡。死者肺部溢出血液为肺平时质量为肺平时质量3-3-4 4倍，因而被称为倍，因而被称为“在陆地上溺死在陆地上溺死”。第一次世界大战中，光气曾被用作化第一次世界大战中，光气曾被用作化学武器。学武器。惨痛博帕尔毒气事件惨痛博帕尔毒气事件绿色合成代替有毒物质绿色合成代替有毒物质第21页用二氧化碳代替光气生产亚氨酯用二氧化碳代替光气生产亚氨酯传统工艺为：RNH2+COCl2 RNCO+HCl HCl NCO+ROH RNHCOOR美国Monsanto企业开发新工艺为：RNH2+CO2 RNCO+H2O RNCO+ROH RNHCOOR 第22页2 2、无毒无害绿色催化剂、无毒无害绿色催化剂 催化反应在工业上含有主要意义。比如催化反应在工业上含有主要意义。比如：接触法制硫酸、合成法制氨、氢化法：接触法制硫酸、合成法制氨、氢化法制硬化油等，都是催化反应。在工业生制硬化油等，都是催化反应。在工业生产中，催化剂就像点石成金魔术棒，能产中，催化剂就像点石成金魔术棒，能够极大地改变人类工作与生活。够极大地改变人类工作与生活。第23页无毒无害绿色催化剂无毒无害绿色催化剂第24页汽车尾气中含有一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物等汽车尾气中含有一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物等有害气体。催化转化技术是由催化转化器和催化剂组有害气体。催化转化技术是由催化转化器和催化剂组成，催化转化器是由金属壳箱体、蜂窝陶瓷和减震隔成，催化转化器是由金属壳箱体、蜂窝陶瓷和减震隔热垫组成。催化剂是由各种金属及氧化物组成，它被热垫组成。催化剂是由各种金属及氧化物组成，它被均匀涂覆在蜂窝陶瓷上。催化剂又分为贵金属催化剂、均匀涂覆在蜂窝陶瓷上。催化剂又分为贵金属催化剂、非贵金属催化剂和稀土与少贵金属催化剂。贵金属催非贵金属催化剂和稀土与少贵金属催化剂。贵金属催化剂净化效率高，但成本也高。非贵金属催化剂成本化剂净化效率高，但成本也高。非贵金属催化剂成本低但净低但净 化效率也差。而应用稀土代替部化效率也差。而应用稀土代替部 份珍贵金属制成催化剂成本低份珍贵金属制成催化剂成本低 而且能取得满意净化效果。而且能取得满意净化效果。无毒无害绿色催化剂无毒无害绿色催化剂第25页第26页美国能源企业将生物工程用美国能源企业将生物工程用于石油产品脱硫工艺，经过于石油产品脱硫工艺，经过把专门微生物放进各种油品把专门微生物放进各种油品进行进行“生物脱硫生物脱硫”，效果奇，效果奇佳。这种新工艺比传统工艺佳。这种新工艺比传统工艺节约投资节约投资50%50%，节约操作费，节约操作费用用20%20%。无毒无害绿色催化剂无毒无害绿色催化剂第27页固体酸催化剂固体酸催化剂-分子筛催化剂分子筛催化剂 分子筛是一类结晶型硅铝酸盐，因其含有均一分子筛是一类结晶型硅铝酸盐，因其含有均一微孔结构，能在分子水平上筛分物质而得名。微孔结构，能在分子水平上筛分物质而得名。如如4A4A分子筛微孔表观直径大约是分子筛微孔表观直径大约是4.54.5埃，能吸附埃，能吸附和交换直径达和交换直径达4.74.7埃分子。分子筛含有较强离子埃分子。分子筛含有较强离子交换性能，经氢离子或稀土金属离子交换可制交换性能，经氢离子或稀土金属离子交换可制得酸性较强固体酸，广泛用作催化剂或催化剂得酸性较强固体酸，广泛用作催化剂或催化剂载体。载体。第28页3 3、可再生生物质资源、可再生生物质资源可再生资源：可再生资源：指在人类生存周期时间范围内轻易再生物质。如土地、水以及指在人类生存周期时间范围内轻易再生物质。如土地、水以及生物质资源。生物质资源。再生物质：再生物质：由光合作用产生全部生物有机体总称，包含植物、农作物、林产由光合作用产生全部生物有机体总称，包含植物、农作物、林产物等。物等。再生物质特点：再生物质特点：可再生，储量丰富。仅每年再生纤维素和木质素折合成能量相当于石油可再生，储量丰富。仅每年再生纤维素和木质素折合成能量相当于石油年产量年产量15152020倍。倍。大部分已高度氧化，作为化工原料可防止氧化步骤。大部分已高度氧化，作为化工原料可防止氧化步骤。比矿物原料更清洁。生物质起源于比矿物原料更清洁。生物质起源于CO2CO2，燃烧后不增加大气中，燃烧后不增加大气中CO2CO2含量。含量。季节性强，产量、质量不稳定。季节性强，产量、质量不稳定。需要大量土地。需要大量土地。第29页可再生生物质资源可再生生物质资源以生物质为原料生产化工产品以生物质为原料生产化工产品 淀粉淀粉糊精，丙酮糊精，丙酮麦芽糖麦芽糖葡萄糖葡萄糖乙醇（丙醇，丁醇乙醇（丙醇，丁醇，戊醇），戊醇）乙醛，乙烯，乙醚乙醛，乙烯，乙醚乙酸乙酸乙酸乙酯乙酸乙酯 纤维素纤维素葡萄糖葡萄糖葡萄糖酸，山梨糖醇，甘露糖醇，丙烯酸葡萄糖酸，山梨糖醇，甘露糖醇，丙烯酸 半纤维素半纤维素木糖木糖糠醛糠醛木糖醇，呋喃木糖醇，呋喃四氢呋喃，顺丁四氢呋喃，顺丁烯二酸酐烯二酸酐 木质素木质素蒽醌，酚，甲醇蒽醌，酚，甲醇第30页生物质主要由淀粉、纤维素、半纤维素、木质素等组成。生物质主要由淀粉、纤维素、半纤维素、木质素等组成。利用酶将生物质降解为葡萄糖，然后转化为各种化学品。利用酶将生物质降解为葡萄糖，然后转化为各种化学品。生物质资源利用实例生物质资源利用实例（1）、）、发酵技术发酵技术第31页（2 2）、制取燃料）、制取燃料制造酒精制造酒精生产木质石油生产木质石油制取沼气制取沼气生产生物柴油生产生物柴油 （3 3）、生产有机化学品）、生产有机化学品 纤维素生产燃料酒精纤维素生产燃料酒精用玉米制塑料用玉米制塑料生产己二酸生产己二酸生产乙酰丙酸生产乙酰丙酸第32页4 4、不产生三废原子经济反应、不产生三废原子经济反应 过去，化学家们关心是化学反应高选择性、高产率和速率，而经过去，化学家们关心是化学反应高选择性、高产率和速率，而经常忽略反应物分子中原子有效利用率问题。所以化工生产中总要常忽略反应物分子中原子有效利用率问题。所以化工生产中总要产生大量三废物质，给整个生态环境造成了非常严重影响。产生大量三废物质，给整个生态环境造成了非常严重影响。19911991年，美国年，美国StanfordStanford大学大学B.M.TrostB.M.Trost教授首次提出了反应教授首次提出了反应“原子原子经济性经济性”（Atom Atom EconomyEconomy）概念。原子经济性可用原子利用率衡量：）概念。原子经济性可用原子利用率衡量：原子利用率越高，反应产生废弃物越少，对环境造成污染也越少。原子利用率越高，反应产生废弃物越少，对环境造成污染也越少。第33页例：例：计算由乙烯制备环氧乙烷反应原子利用率。计算由乙烯制备环氧乙烷反应原子利用率。（1）经典方法二步法CH2=CH2+Cl2+H2O ClCH2CH2OH+HCl ClCH2CH2OH+Ca（OH)2+HCl C2H4O+2CaCl2+2H2O (2）新方法一步法C2H4+O2 C2H4O 第34页解：（1）总包反应为C2 2H4 4+Cl2 2+Ca（OH）2 2C2 2H4 4O+CaCl2 2+H2 2O 28 71 74 44 （2）C2 2H4 4+O2 2 C2 2H4 4O 28 16 44 第35页 提倡和实施原子经济化先驱提倡和实施原子经济化先驱侯得榜侯得榜 2020世纪中叶，国内外制碱主要工艺是索尔维法。它是以食世纪中叶，国内外制碱主要工艺是索尔维法。它是以食盐、氨水和二氧化碳做原料，反应后生成碳酸氢钠，加热盐、氨水和二氧化碳做原料，反应后生成碳酸氢钠，加热后得到产品纯碱（碳酸钠），其主要操作是：（后得到产品纯碱（碳酸钠），其主要操作是：（1 1）在氨化）在氨化饱和氯化钠溶液中通入二氧化碳制得碳酸氢钠；（饱和氯化钠溶液中通入二氧化碳制得碳酸氢钠；（2 2）再把）再把碳酸氢钠焙烧制得碳酸钠，通入二氧化碳能够循环使用；碳酸氢钠焙烧制得碳酸钠，通入二氧化碳能够循环使用；（3 3）在析出碳酸氢钠母液中加入氧化钙，氨气能够循环使）在析出碳酸氢钠母液中加入氧化钙，氨气能够循环使用。原料中钠、氮、碳、氧等元素得到利用，氯则被转化用。原料中钠、氮、碳、氧等元素得到利用，氯则被转化为氯化钙，氯化钙用处不大，成为难处理废弃物，所以为氯化钙，氯化钙用处不大，成为难处理废弃物，所以食食盐盐利用率不高是索尔维制碱法一大缺点。利用率不高是索尔维制碱法一大缺点。第36页 侯德榜设计和采取了制碱新工艺，其主要产品仍是碳酸钠，但侯德榜设计和采取了制碱新工艺，其主要产品仍是碳酸钠，但他对提取碳酸钠之后剩下母液进行冷冻，母液中又析出一个化他对提取碳酸钠之后剩下母液进行冷冻，母液中又析出一个化学肥料学肥料氯化铵。该工艺使食盐利用率到达氯化铵。该工艺使食盐利用率到达9696，（1 1）NHNH3 3+H+H2 2O+COO+CO2 2=NH=NH4 4HCOHCO3 3 (2)NH (2)NH4 4HCOHCO3 3+NaCl=NH+NaCl=NH4 4Cl+NaHCOCl+NaHCO3 3 依据依据 NHNH4 4Cl Cl 在常温时溶解度比在常温时溶解度比 NaCl NaCl 大，而在低温下却比大，而在低温下却比 NaCl NaCl 溶解度小原理，在溶解度小原理，在 278K 278K 283K(5 283K(5 10 )10 )时，向母液中加入食盐细粉，而使时，向母液中加入食盐细粉，而使 NH4Cl NH4Cl 单独结晶析出供做氮肥。单独结晶析出供做氮肥。此法优点：保留了氨碱法优点，消除了它缺点，使食盐利用率此法优点：保留了氨碱法优点，消除了它缺点，使食盐利用率提升到提升到 96 96；NHNH4 4Cl Cl 可做氮肥；可与合成氨厂联合，使合成氨原料气可做氮肥；可与合成氨厂联合，使合成氨原料气 CO CO 转化成转化成 COCO2 2 ，革除了，革除了 CaCOCaCO3 3 制制 COCO2 2 这一工序这一工序。第37页化合反应化合反应3H3H2 2 +N N2 2 =2NH =2NH3 3加成反应加成反应 CHCH2 2=CH=CH2 2+HBr-CH+HBr-CH3 3CHCH2 2Br Br 重排反应重排反应 重排反应是组成份子原子经过改变相互位置、连接、键形式等产生重排反应是组成份子原子经过改变相互位置、连接、键形式等产生一个新分子反应。一个新分子反应。分子间结构互变或异构化重排反应，是合成染料、合成药品中主要分子间结构互变或异构化重排反应，是合成染料、合成药品中主要有机合成反应，也是理想原子经济反应。有机合成反应，也是理想原子经济反应。几个常见反应原子经济性几个常见反应原子经济性 第38页取代反应包含烷基化、芳基化、酰化、磺化等反应。其通式为：AB+CD AC+BD 比如丙酸乙脂与甲胺取代反应消除反应包含脱氢、脱水、脱氨、脱卤化氢、脱醇、脱羧基、脱酰基以及降解等反应。其通式为：第39页5 5、环境友好可降解物质、环境友好可降解物质绿色化学认为，化学品设计必须考虑当其功效用尽时能被绿色化学认为，化学品设计必须考虑当其功效用尽时能被降解为无害物质，而不在环境中长久滞留，同时也要考虑降解为无害物质，而不在环境中长久滞留，同时也要考虑母体化合物降解后存在形式，母体化合物降解后存在形式，只有当降解后化合物毒性和只有当降解后化合物毒性和危害小于母体化合物时，危害小于母体化合物时，才含有绿色化学意义。才含有绿色化学意义。降解塑料降解塑料 第40页 降解塑料是指在保留期内各项性能可满足使用降解塑料是指在保留期内各项性能可满足使用要求，而使用后在自然环境条件下能降解成对要求，而使用后在自然环境条件下能降解成对环境无害物质塑料。环境无害物质塑料。降解塑料降解主要包含降解塑料降解主要包含生物降解、光降解和化生物降解、光降解和化学降解学降解（又分为氧化降解和水解降解）三种类（又分为氧化降解和水解降解）三种类型。这三种降解过程相互间含有协同、增效和型。这三种降解过程相互间含有协同、增效和连贯作用。比如光降解与氧化降解经常同时进连贯作用。比如光降解与氧化降解经常同时进行并相互促进，而生物降解更轻易在光降解之行并相互促进，而生物降解更轻易在光降解之后发生。后发生。第41页 生物降解塑料是指在自然环境下可被微生物作用而发生降解塑生物降解塑料是指在自然环境下可被微生物作用而发生降解塑料。它是一类最主要降解塑料。料。它是一类最主要降解塑料。它生物降解原理它生物降解原理 生物包含植物、动物和微生物。生物降解专指微生物降解。生物包含植物、动物和微生物。生物降解专指微生物降解。当生物降解塑料制品被丢弃到自然环境中后，环境中微生物（当生物降解塑料制品被丢弃到自然环境中后，环境中微生物（主要是细菌和真菌）在代谢过程中分泌出酶并附着于塑料表面主要是细菌和真菌）在代谢过程中分泌出酶并附着于塑料表面，在酶催化作用下，组成塑料大分子中一些化学键发生断裂，在酶催化作用下，组成塑料大分子中一些化学键发生断裂，分子链变短，高聚物变为低分子化合物，塑料物理结构被破坏。分子链变短，高聚物变为低分子化合物，塑料物理结构被破坏。因为低分子化合物是微生物良好碳源，使微生物快速增加，同因为低分子化合物是微生物良好碳源，使微生物快速增加，同时被吞噬低分子化合物因为微生物生化作用，最终被分解成时被吞噬低分子化合物因为微生物生化作用，最终被分解成COCO2 2和和H H2 2O O。第42页 影响原因影响原因微生物种类。微生物种类。塑料中化学键类型。塑料中化学键类型。添加剂性质和用量。添加剂性质和用量。温度、湿度和温度、湿度和pHpH值等值等几个生物降解塑料几个生物降解塑料生物塑料生物塑料聚乳酸塑料聚乳酸塑料淀粉塑料淀粉塑料 我国当前生产淀粉塑料绝大多数为填充型淀粉塑料，我国当前生产淀粉塑料绝大多数为填充型淀粉塑料，即在非生物降解高分子材料中添加一定百分比淀粉即在非生物降解高分子材料中添加一定百分比淀粉,经过经过淀粉生物降解而致使整个材料物理性能瓦解淀粉生物降解而致使整个材料物理性能瓦解,促使大量端促使大量端基暴露以致氧化降解基暴露以致氧化降解,但这种但这种“瓦解瓦解”后剩下部分中后剩下部分中PEPE、PVCPVC等均不可能降解而一直残留于土壤中，日积月累当然等均不可能降解而一直残留于土壤中，日积月累当然会造成污染，所以国外将这类产品归属为淘汰型。会造成污染，所以国外将这类产品归属为淘汰型。第43页光降解塑料光降解塑料光降解塑料是指在光作用下能发生降解塑料。光降解塑料是指在光作用下能发生降解塑料。光降解原理光降解原理 大部分聚合物自氧化反应活化能为大部分聚合物自氧化反应活化能为41.8-167.2 41.8-167.2 kJ/molkJ/mol，化学键解离能为，化学键解离能为167-600 167-600 kJ/molkJ/mol，太阳光中波长为，太阳光中波长为290-290-400nm400nm紫外光光量子能量为紫外光光量子能量为412.5-299.2 412.5-299.2 kJ/molkJ/mol。所以，抵达地面紫外光可使塑料中弱键断裂，发。所以，抵达地面紫外光可使塑料中弱键断裂，发生降解反应，先变成粉末状，而后再被微生物分解，最终生降解反应，先变成粉末状，而后再被微生物分解，最终变为为变为为CO2CO2和和H2O H2O，进入自然界生态循环。，进入自然界生态循环。第44页影响塑料光降解性原因影响塑料光降解性原因 聚合物种类。不一样聚合物，吸收光波长是不聚合物种类。不一样聚合物，吸收光波长是不一样。如聚氯乙烯为一样。如聚氯乙烯为310nm310nm，聚酯为，聚酯为325nm325nm。添加剂种类和含量。如抗氧剂能够抑制光降解添加剂种类和含量。如抗氧剂能够抑制光降解而延长使用寿命；光敏剂能够加速光降解过程。而延长使用寿命；光敏剂能够加速光降解过程。氧、热、水（如雨、雪）、力（如风、沙）等氧、热、水（如雨、雪）、力（如风、沙）等自然环境原因也会对光降解过程产生影响。自然环境原因也会对光降解过程产生影响。第45页 光-生物双降解塑料是淀粉等生物降解剂首先被生物降解，消弱聚合物基质，使聚合物母体变为疏松，增大表面/体积比。同时日光、热、氧等引发光敏剂，促氧化剂和生物降解增敏剂光氧化和自氧化作用等，造成聚合物氧化、断裂。使聚合物分子量下降到能被微生物所消化，最终变成二氧化碳和水，被农作物吸收。复合降解塑料是集光降解、生物降解和化学助剂诱导性降解为一体新型可环境降解塑料。它不用淀粉而是采取价廉无机基料碳酸钙，配以聚烯烃和各种助剂，采取先进生产工艺和设备交联制造而成。复合降解塑料降解首先是经过诱导性光降解，使聚合物大分子降低到能被微生物侵蚀、吞噬分子量以下，最终经过生物侵蚀性降解，到达完全降解目标。使源自自然物质重新回到大自然当中。第46页6、绿色农药 农药是指含有杀虫、杀菌、杀病毒、除草等功效化学药品。当代农药还包含植物生长调整剂。农药危害 引发急性中毒对环境和土壤污染对生态破坏对粮食和果蔬污染第47页 绿色农药是指对防治病菌、害虫高效，而对人畜、害虫天敌、农作物安全，在环境中易分解、在农作物中低残留或无残留农药。第48页 美国研制出美国研制出“绿色杀手绿色杀手”安全低毒灭蝗虫安全低毒灭蝗虫 设在美国华盛顿世界银行农业研究机构，经过多年研究设在美国华盛顿世界银行农业研究机构，经过多年研究，开发出一个安全低毒新型灭蝗农药，并已在非洲尼日，开发出一个安全低毒新型灭蝗农药，并已在非洲尼日利亚成功地进行了大面积喷洒试验。利亚成功地进行了大面积喷洒试验。这种名为这种名为“绿色杀手绿色杀手”能杀灭蝗虫新型生物杀虫剂有安能杀灭蝗虫新型生物杀虫剂有安全、高效特点。其外观是油基液体，既可用手动喷雾器全、高效特点。其外观是油基液体，既可用手动喷雾器在小范围内喷洒，又可用飞机进行大面积喷洒。在小范围内喷洒，又可用飞机进行大面积喷洒。科学家早已发觉一个名为科学家早已发觉一个名为“MetarhiziumMetarhizium“真菌，既能杀真菌，既能杀灭蝗虫，又不伤害其它生物。为此，世界银行农业研究灭蝗虫，又不伤害其它生物。为此，世界银行农业研究机构在将这种真菌大规模生产后，制成了新型灭蝗农药。机构在将这种真菌大规模生产后，制成了新型灭蝗农药。这种新型生物灭蝗农药，高效、安全，每季只需喷洒一这种新型生物灭蝗农药，高效、安全，每季只需喷洒一次，便能到达预期灭蝗效果。次，便能到达预期灭蝗效果。第49页 从绿色化学目标来看有两方面必须重视：一是开发以“原子经济性”为基本标准新化学反应过程；另一个是改进现有化学工业，降低和消除污染。(1)新化学反应过程研究(2)传统化学过程绿色化学改造 这是一个很大开发领域。如在烯烃烷基化反应生产乙苯和异丙苯生产过程中需要用酸催化反应，过去用液体酸HF催化剂，而现在能够用固体酸分子筛催化合成，并配合固定床烷基化工艺，处理了环境污染问题，成为环境友好化学工艺。第50页(3)能源中绿色化学问题和洁净煤化学技术 我国现今能源结构中，煤是主要能源。因为煤含硫量高和燃烧不完全，造成S02和大量烟尘排出，使大气污染。我国每年由燃煤排放S02达1600万t，烟尘达1300万t。由S02而产生酸雨对生态环境破坏十分严重。所以研究和开发洁净煤化学技术是当务之急，这方面要重视研究催化燃烧技术，等离子除硫除尘，生物化学除硫等新技术。严格控制排放标准和监察大气质量，这是大气净化中首要任务。第51页（4)4)资源再生和循环使用技术研究资源再生和循环使用技术研究 自然界资源有限，所以人类生产各种化学品能否回收、再生和自然界资源有限，所以人类生产各种化学品能否回收、再生和循环使用也是绿色化学研究一个主要领域。循环使用也是绿色化学研究一个主要领域。世界塑料年产量已达世界塑料年产量已达1 1亿亿t t，大部分是由石油裂解成成乙烯、丙，大部分是由石油裂解成成乙烯、丙烯，经催化聚合而成。而这烯，经催化聚合而成。而这1 1亿亿t t中约有中约有5 5经使用后当年就作经使用后当年就作为废弃物排放，如包装袋、地膜、饭盒、汽车垃圾等。为废弃物排放，如包装袋、地膜、饭盒、汽车垃圾等。我国推广地膜覆盖面积达我国推广地膜覆盖面积达70007000万亩，塑料用量高达万亩，塑料用量高达3030万万t t，“白色污染白色污染”和石油资源浪费十分严重。西欧各国提出三和石油资源浪费十分严重。西欧各国提出三R R标准标准：首先是降低：首先是降低(reduce)(reduce)塑料制品用量，第二是提倡推行塑料制塑料制品用量，第二是提倡推行塑料制品尤其是塑料包装袋再利用品尤其是塑料包装袋再利用(reuse)(reuse)，第三是重视塑料再资源，第三是重视塑料再资源化化(recycle)(recycle)。回收废弃塑料，再生或再生产其它化学品、燃。回收废弃塑料，再生或再生产其它化学品、燃料油或焚烧发电供气等。料油或焚烧发电供气等。第52页 同时在矿物资源方面亦有三同时在矿物资源方面亦有三R R标准问题。开矿标准问题。开矿提炼和制造金属材料亦是大量消耗能源和劳提炼和制造金属材料亦是大量消耗能源和劳动力工业，如铝材现已广泛用于建材、飞机动力工业，如铝材现已广泛用于建材、飞机和日用具等方面，而纯铝要电解法制备，是和日用具等方面，而纯铝要电解法制备，是一个大量耗电工业，应该做好铝废弃物回收一个大量耗电工业，应该做好铝废弃物回收和再生技术研究。和再生技术研究。(5)(5)综合利用绿色生化工程综合利用绿色生化工程 如用当代生物技术进行煤脱硫、微生物造纸如用当代生物技术进行煤脱硫、微生物造纸以及生物质能源等研究。以及生物质能源等研究。第53页