化学与人类生活(柳一鸣)第二章-化学与环境-教学课件-第五节-绿色化学与技术.ppt
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1、化学与人类系列讲座化学与人类系列讲座化学与环境化学与环境第五节第五节 绿色化学与技术绿色化学与技术一、绿色化学与技术的产生一、绿色化学与技术的产生二、绿色化学与技术的内容二、绿色化学与技术的内容三、绿色化学与技术的发展三、绿色化学与技术的发展化学与人类系列讲座化学与人类系列讲座化学与环境化学与环境 目前人类正面临着有史以目前人类正面临着有史以来最严重的环境危机。由于人来最严重的环境危机。由于人口急剧增加,资源消耗日益扩口急剧增加,资源消耗日益扩大,人均耕地、淡水和矿产等大,人均耕地、淡水和矿产等资源占有量逐渐减少,人口与资源占有量逐渐减少,人口与资源的矛盾越来越尖锐;此外,资源的矛盾越来越尖锐
2、;此外,人类的物质生活随着工业化而人类的物质生活随着工业化而不断改善的同时,大量排放的不断改善的同时,大量排放的生活污染物和工业污染物使人生活污染物和工业污染物使人类的生存环境迅速恶化。类的生存环境迅速恶化。 一、绿色化学与技术的产生一、绿色化学与技术的产生化学与人类系列讲座化学与人类系列讲座化学与环境化学与环境 缓解环境危机这一任务,必须依赖于绿色缓解环境危机这一任务,必须依赖于绿色化学的发展。因为绿色化学是一门从源头上阻化学的发展。因为绿色化学是一门从源头上阻止污染的新兴化学学科分支,是彻底实现防止止污染的新兴化学学科分支,是彻底实现防止污染的基础和重要工具。正因为如此,近年来,污染的基础
3、和重要工具。正因为如此,近年来,国际上绿色化学与技术的学术活动十分活跃。国际上绿色化学与技术的学术活动十分活跃。早在早在19941994年年8 8月的第月的第208208届美国化学会年会上,届美国化学会年会上,就举办了专题为就举办了专题为“Design for the Design for the EnvironmentEnvironment:A New Paradigm for the 21st A New Paradigm for the 21st Century”Century”的讨论会,讨论了环境无害化学、的讨论会,讨论了环境无害化学、环境友好工艺和绿色技术。环境友好工艺和绿色技术。化
4、学与人类系列讲座化学与人类系列讲座化学与环境化学与环境 同年同年4 4月,在圣第亚哥举行的美国化学会上,月,在圣第亚哥举行的美国化学会上,工业和工程化学部也有这方面的专题报告。同年工业和工程化学部也有这方面的专题报告。同年2 2月举行的美俄双边催化讨论会也讨论了如何利用月举行的美俄双边催化讨论会也讨论了如何利用催化技术来开发环境无害工艺。催化技术来开发环境无害工艺。19951995年年4 4月美国副月美国副总统总统GoreGore宣布了国家环境技术战略,其目标为:宣布了国家环境技术战略,其目标为:至至20202020年地球日时,将废弃物减少年地球日时,将废弃物减少40%50%40%50%,每,
5、每套装置消耗原材料减少套装置消耗原材料减少20%25%20%25%。19951995年美国设年美国设立了总统绿色化学挑战奖,立了总统绿色化学挑战奖,19961996年年7 7月美国总统第月美国总统第一届绿色化学挑战奖在华盛顿国家科学院颁发。一届绿色化学挑战奖在华盛顿国家科学院颁发。授予授予4 4家化学公司与家化学公司与l l位化学工程教授,奖励他们位化学工程教授,奖励他们利用化学基本原理从根本上减少环境污染的成就。利用化学基本原理从根本上减少环境污染的成就。19961996年哥顿会议年哥顿会议(Gordon Conference)(Gordon Conference)第一次以第一次以环境无害有
6、机合成为主题召开,讨论了原子经济、环境无害有机合成为主题召开,讨论了原子经济、环境无害溶剂等。环境无害溶剂等。这是在世界高学术水平的学术这是在世界高学术水平的学术论坛上首次讨论绿色化学专题。论坛上首次讨论绿色化学专题。化学与人类系列讲座化学与人类系列讲座化学与环境化学与环境 美国化学会在美国化学会在213213届全国会议上,召开了届全国会议上,召开了“Green Chemistry/ Envirmentally Sustainable Manufacture and Competitive Advantage”。1997年年6月召开了月召开了“Green Chemistry and Engin
7、eering Conference”,主题为,主题为Implementing Vision 2020。1997年年8月在英国召开了月在英国召开了1997年哥顿会议。年哥顿会议。 这些会议都讨论了环境无害溶剂、环境这些会议都讨论了环境无害溶剂、环境无害催化、在清洁环境中的合成和加工、生物加无害催化、在清洁环境中的合成和加工、生物加工与可再生资源、过程分析化学等问题。这些政工与可再生资源、过程分析化学等问题。这些政府或学术机构行为都极大地促进了绿色化学的蓬府或学术机构行为都极大地促进了绿色化学的蓬勃发展。勃发展。化学与人类系列讲座化学与人类系列讲座化学与环境化学与环境 我国在我国在19931993
8、年世界环境与发展大会之后,编年世界环境与发展大会之后,编制了制了中国中国2121世纪议程世纪议程的政府白皮书,郑重声的政府白皮书,郑重声明走经济与社会协调发展的道路,明走经济与社会协调发展的道路,19951995年中国科年中国科学院化学部确定了学院化学部确定了绿色化学与技术绿色化学与技术院士咨询院士咨询课题,课题,19961996年年6 6月在北京召开了月在北京召开了“工业生产中的绿工业生产中的绿色化学与技术色化学与技术”研讨会,研讨会,19971997年国家自然科学基年国家自然科学基金委员会与中国石油化工总公司经过协商并决定金委员会与中国石油化工总公司经过协商并决定联合资助联合资助“九五九五
9、”重大研究项目重大研究项目“环境友好石油环境友好石油化工催化化学与化学反应工程化工催化化学与化学反应工程”,中国科学技术,中国科学技术大学绿色科技研究与开发中心于大学绿色科技研究与开发中心于19971997年年3 3月在该校月在该校举行了专题讨论会,并出版了举行了专题讨论会,并出版了“当前绿色科技中当前绿色科技中的的些重大问题些重大问题”论文集。论文集。化学与人类系列讲座化学与人类系列讲座化学与环境化学与环境 1997 1997年年5 5月月13161316日举行了日举行了“可持续发展问可持续发展问题对科学的挑战题对科学的挑战绿色化学绿色化学”为主题的香山科为主题的香山科学会议第学会议第727
10、2次学术讨论会。会议的中心议题为:次学术讨论会。会议的中心议题为:可持续发展对物质科学的挑战;化学工业中的绿可持续发展对物质科学的挑战;化学工业中的绿色革命;绿色科技中的一些重大科学问题和中国色革命;绿色科技中的一些重大科学问题和中国绿色化学发展战略。绿色化学发展战略。化学与人类系列讲座化学与人类系列讲座化学与环境化学与环境 19981998年,在合肥举办了第一届国际绿色化学高年,在合肥举办了第一届国际绿色化学高级研讨会;四川联合大学也成立了绿色化学与技级研讨会;四川联合大学也成立了绿色化学与技术研究中心,上述活动有效推动了我国绿色化学术研究中心,上述活动有效推动了我国绿色化学的发展。的发展。
11、 总之,绿色化学的研究和发展已经引起了联总之,绿色化学的研究和发展已经引起了联合国和世界各国政府的高度重视和注意,也已成合国和世界各国政府的高度重视和注意,也已成为国内外企业和学术界的重要研究与开发方向。为国内外企业和学术界的重要研究与开发方向。 绿色化学是根治环境污染的必由之路,既是绿色化学是根治环境污染的必由之路,既是社会发展的需要,也是化学学科发展的必然。对社会发展的需要,也是化学学科发展的必然。对于我国,既是严峻的挑战,也是难得的发展机遇。于我国,既是严峻的挑战,也是难得的发展机遇。化学与人类系列讲座化学与人类系列讲座化学与环境化学与环境二、绿色化学与技术的内容二、绿色化学与技术的内容
12、 绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学、绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学。清洁化学。在其基础上发展起来的技术称为环境在其基础上发展起来的技术称为环境友好技术、绿色技术或洁净技术。绿色化学与技友好技术、绿色技术或洁净技术。绿色化学与技术即是用化学的技术和方法去减少或消灭那些对术即是用化学的技术和方法去减少或消灭那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物等的使用和产化剂、溶剂和试剂、产物、副产物等的使用和产生。主要特点是生。主要特点是“原子经济性原子经济性”,即在获取新物,即在获取新物质的转化过程中充分
13、利用每个原料原子,实现质的转化过程中充分利用每个原料原子,实现“零排放零排放”,因此可以充分利用资源,又不产生,因此可以充分利用资源,又不产生污染。污染。 化学与人类系列讲座化学与人类系列讲座化学与环境化学与环境 1 1原子经济性原子经济性 2 2环境友好的化学反应环境友好的化学反应 3 3采用超临界流体作溶剂采用超临界流体作溶剂( (采用无毒无害采用无毒无害的溶剂的溶剂) ) 4 4研制对环境无害的新材料和新燃料研制对环境无害的新材料和新燃料 5 5计算机辅助的绿色化学设计计算机辅助的绿色化学设计化学与人类系列讲座化学与人类系列讲座化学与环境化学与环境绿色化学的研究绿色化学的研究 1 1原子
14、经济性原子经济性原料绿色化原料绿色化无毒无害原无毒无害原料可再生资料可再生资源材料源材料化学反应的绿色化学反应的绿色化化“原子经济反原子经济反应应”“”“提高反应提高反应选择性选择性”产品的绿色产品的绿色化实现零排化实现零排放和零污染放和零污染催化剂的绿色催化剂的绿色无毒无害催化无毒无害催化剂剂溶济的绿色化溶济的绿色化无毒无害溶济无毒无害溶济化学与人类系列讲座化学与人类系列讲座化学与环境化学与环境 上述循环就是理想的绿色化学反应上述循环就是理想的绿色化学反应 ,原料绿色,原料绿色化无毒无害原料可再生资源材料化学反应的绿色化无毒无害原料可再生资源材料化学反应的绿色化。化。 “原子经济反应原子经济
15、反应” “” “提高反应选择性提高反应选择性”产产品的绿色化实现零排放和零污染催化剂的绿色化,品的绿色化实现零排放和零污染催化剂的绿色化,无毒无害催化剂溶济的绿色无毒无害溶济理想的无毒无害催化剂溶济的绿色无毒无害溶济理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百地转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,实现废物的变成产物,不产生副产物或废物,实现废物的“零排放零排放”。最理想的原子经济反应是加成反应。最理想的原子经济反应是加成反应。在许多场合,要用单一反应来实现原子经济性十在许多场合,要用单一反应来实现原子经济性十分困难,甚至不可能。我们可以充分利用相关化分困难
16、,甚至不可能。我们可以充分利用相关化学反应的集成,即把一个反应排出的废物作为另学反应的集成,即把一个反应排出的废物作为另一个反应的原料,从而通过一个反应的原料,从而通过“封闭循环封闭循环”实现零实现零排放。排放。化学与人类系列讲座化学与人类系列讲座化学与环境化学与环境2 2环境友好的化学反应环境友好的化学反应 在传统化学反应中常常使用一些有毒有害的在传统化学反应中常常使用一些有毒有害的原料,如氰化氢、丙烯氰、甲醛、环氧乙烷和光原料,如氰化氢、丙烯氰、甲醛、环氧乙烷和光气等。它们严重地污染环境,危害人类的健康和气等。它们严重地污染环境,危害人类的健康和安全。安全。绿色化学的任务之一就是用无毒无害
17、的原绿色化学的任务之一就是用无毒无害的原料代替它们来生产各种化工产品。料代替它们来生产各种化工产品。如用二氧化碳如用二氧化碳代替剧毒的光气作原料生产有机化工原料,在这代替剧毒的光气作原料生产有机化工原料,在这一技术中,使用邻磺基甲酸酐作为脱水剂,生产一技术中,使用邻磺基甲酸酐作为脱水剂,生产中不使用光气也不生产盐类废料。由环氧化物和中不使用光气也不生产盐类废料。由环氧化物和二氧化碳生产聚脂酸已由二氧化碳生产聚脂酸已由PACPAC聚合物公司工业化。聚合物公司工业化。由二氧化碳代替光气生产氨基甲酸脂和取代脲的由二氧化碳代替光气生产氨基甲酸脂和取代脲的技术也已开发成功,正待工业化。技术也已开发成功,
18、正待工业化。 化学与人类系列讲座化学与人类系列讲座化学与环境化学与环境 另外,科学家们也在研究如何以酶为催化剂,另外,科学家们也在研究如何以酶为催化剂,以生物质为原料生产有机化合物。酶反应大都以生物质为原料生产有机化合物。酶反应大都条条件温和,设备简单,选择性好,副反应少,产品件温和,设备简单,选择性好,副反应少,产品性质优良,又不形成新的污染性质优良,又不形成新的污染。因此,。因此,用酶催化用酶催化是绿色化学在目前研究的一个重点。是绿色化学在目前研究的一个重点。 化学与人类系列讲座化学与人类系列讲座化学与环境化学与环境 3 .3 .采用超临界流体作溶剂采用超临界流体作溶剂 挥发性有机化物挥发
19、性有机化物(VOC)(VOC)广泛用作化学合成广泛用作化学合成的溶剂,并在涂料和泡沫塑料的发泡剂中使用,的溶剂,并在涂料和泡沫塑料的发泡剂中使用,它们是环境的严重污染源。它们是环境的严重污染源。绿色化学研究的一个绿色化学研究的一个重点就是用无毒无害的液体代替这些挥发性有机重点就是用无毒无害的液体代替这些挥发性有机化合物作溶剂,目前正在研究把超临界流体溶剂化合物作溶剂,目前正在研究把超临界流体溶剂用于化学合成中用于化学合成中。 化学与人类系列讲座化学与人类系列讲座化学与环境化学与环境l当二氧化碳被压缩成液体,或超过其临界点成为当二氧化碳被压缩成液体,或超过其临界点成为超临界流体时,具有许多优良性
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