高中化學校本課程教材《綠色化學》

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1、綠 色 化 學 綠 色 化 學 化 工 有 關(guān) 的 教 材 、 專 著 和 文 獻 資 料 綠 色 化 學 化 工 導 論 李 德 華 編 著 科 學 出 版 社 2005 綠 色 化 學 理 論 與 應 用 Paul T. Anastas, 李 朝 軍 譯 科 學 出 版 社 2002 綠 色 化 學 化 工 實 用 技 術(shù) 貢 長 生 編 化 工 出 版 社 2002 綠 色 化 學 導 論 Albert S. Matlack, 汪 志 勇 等 譯 ，中 國 石 化 出 版 社 ， 2006 Pollution Prevention: Fundamentals and Practice P

2、aul L. Bishop, 清 華 大 學 出 版 社 ， 2002 綠 色 化 學 化 工 Green Chemistry: Theory and Practice by Paul T. Anastas, John C. Warner, New York; Oxford University Press, 1998 Green Chemistry: Frontiers in Benign Chemical Syntheses and Processes, by Paul Anastas, Tracy C. Williamson, 1998 Green Chemistry: Challeng

3、ing Perspectives (Green Chemistry Series), by Pietro Tundo, Paul Anastas, 2000 Introduction to Green Chemistry, by Albert S. Matlack, Marcel Dekker, Inc, 2001 綠 色 化 學 化 工Resources are available on the Internet USEPAs Green Chemistry Program, http:/www.epa.gov/greenchemistry; ACSs green chemistry web

4、site, http:/www.chemistry.org/education/greenchem; GCIs website (Green Chemistry Institute), http:/www.lanl.gov/greenchemistry; Royal Society of Chemistrys Green Chemistry Network, http:/www.chemsoc.org/networks/gcn/index.htm 綠 色 化 學 化 工 Comments 聽 課 課 程 論 文 考 試 綠 色 化 學 化 工 主 要 內(nèi) 容 1.緒 論 2.綠 色 化 學 原

5、 理 3.化 學 工 業(yè) 的 可 持 續(xù) 性 發(fā) 展 4.工 業(yè) 生 態(tài) 學 原 理 5.綠 色 化 學 化 工 技 術(shù) 6.綠 色 無 機 化 學 7.綠 色 有 機 化 學 8.綠 色 制 藥 及 農(nóng) 藥 9.綠 色 化 學 發(fā) 展 趨 勢 10.環(huán) 境 治 理 及 綜 合 利 用 綠 色 化 學 化 工 第 一 章 緒 論Chapter 1Introduction 綠 色 化 學 化 工 內(nèi) 容 提 要1.1 人 類 十 大 環(huán) 境 危 機1.2 人 類 將 面 臨 的 環(huán) 境 問 題 1.3 環(huán) 境 污 染 及 治 理 工 程1.4 中 國 21世 紀 的 綠 色 科 技1.5 綠 色

6、 化 學 化 工 引 論 綠 色 化 學 化 工1.1 人 類 十 大 環(huán) 境 危 機 1. 全 球 變 暖 有 資 料 表 明 ， 由 于 大 量 排 放 溫 室 氣 體 ， 在 過去 的 100年 中 ， 全 球 氣 溫 上 升 了 0.6 。 全 球 變 暖 是 一 種 大 規(guī) 模 的 環(huán) 境 災 難 ， 它 會 導 致海 洋 水 體 膨 脹 和 兩 極 冰 雪 融 化 ， 使 海 平 面 上 升 ，危 及 沿 海 地 區(qū) 的 經(jīng) 濟 發(fā) 展 和 人 民 生 活 ， 影 響 農(nóng) 業(yè)和 自 然 生 態(tài) 系 統(tǒng) ， 加 劇 洪 澇 、 干 旱 及 其 他 氣 象 災害 ， 此 外 ， 氣 候

7、 變 暖 還 會 影 響 人 類 健 康 ， 加 大 疾病 危 險 和 死 亡 率 ， 增 加 傳 染 病 。 綠 色 化 學 化 工2.臭 氧 層 破 壞 1985年 ， 英 國 科 學 家 觀 測 到 南 極 上 空 出 現(xiàn) 臭氧 層 空 洞 ， 并 證 實 其 同 氟 利 昂 分 解 產(chǎn) 生 的 氯 原 子有 直 接 關(guān) 系 。 這 一 消 息 震 驚 了 世 界 。 臭 氧 層 耗 損 意 味 著 大 量 紫 外 線 將 直 接 輻 射 到 地面 ， 導 致 人 類 皮 膚 癌 、 白 內(nèi) 障 發(fā) 病 率 增 高 ， 并 抑制 人 體 免 疫 系 統(tǒng) 功 能 ； 農(nóng) 作 物 受 害 而

8、 減 產(chǎn) ； 破 壞海 洋 生 態(tài) 系 統(tǒng) 的 食 物 鏈 ， 導 致 生 態(tài) 平 衡 的 破 壞 。 高 空 中 臭 氧 雖 在 減 少 ， 但 低 空 中 臭 氧 含 量 的 增加 還 會 引 起 光 化 學 煙 霧 ， 危 害 森 林 、 農(nóng) 作 物 、 建筑 物 等 ， 并 會 造 成 人 的 機 體 失 調(diào) 和 中 毒 。 綠 色 化 學 化 工 3.生 物 多 樣 性 減 少 在 地 球 上 大 約 1000萬 3000萬 的 物 種 中 ， 只 有 140萬 已經(jīng) 被 命 名 或 被 簡 單 地 描 述 過 。 當 前 地 球 上 生 物 多 樣 性 損 失的 速 度 比 歷 史

9、 上 任 何 時 候 都 快 ， 鳥 類 和 哺 乳 動 物 現(xiàn) 在 的 滅絕 速 度 可 能 是 它 們 在 未 受 干 擾 的 自 然 界 中 的 100倍 至 1000倍 。 大 面 積 地 砍 伐 森 林 ， 過 度 捕 獵 野 生 動 物 ， 工 業(yè) 化 和 城市 化 發(fā) 展 造 成 的 污 染 ， 植 被 破 壞 ， 無 控 制 的 旅 游 ， 土 壤 、水 、 空 氣 的 污 染 ， 全 球 變 暖 等 人 類 的 各 種 活 動 是 引 起 大 量物 種 滅 絕 或 瀕 臨 滅 絕 的 原 因 。 物 種 減 少 是 人 類 的 災 難 。 綠 色 化 學 化 工 4.酸 雨

10、蔓 延 被 稱 為 “ 空 中 惡 魔 ” 的 酸 雨 目 前 已 成 為 一 種范 圍 廣 泛 、 跨 越 國 界 的 大 氣 污 染 現(xiàn) 象 。 酸 雨 會 破壞 土 壤 ， 使 湖 泊 酸 化 ， 危 害 動 植 物 生 長 ； 會 刺 激人 的 皮 膚 ， 誘 發(fā) 皮 膚 病 ， 引 起 肺 水 腫 、 肺 硬 化 ；會 腐 蝕 金 屬 制 品 、 油 漆 、 皮 革 、 紡 織 品 和 含 碳 酸鹽 的 建 筑 。 我 國 目 前 已 發(fā) 現(xiàn) 有 30%的 地 區(qū) 有 降 酸 雨 的 現(xiàn) 象 ，主 要 集 中 在 長 江 以 南 。 20余 年 來 ， 酸 雨 受 害 面 積已 擴

11、大 到 國 土 的 30%以 上 ， 甚 至 連 土 質(zhì) 堿 性 的 北方 也 有 一 些 城 市 （ 如 青 島 、 圖 門 ） 出 現(xiàn) 酸 雨 。 綠 色 化 學 化 工 5.森 林 銳 減 聯(lián) 合 國 有 關(guān) 資 料 表 明 ， 全 球 森 林 面 積 的 減 少主 要 發(fā) 生 在 20世 紀 50年 代 以 后 ， 其 中 1980年 至 1990年 期 間 全 球 平 均 每 年 損 失 森 林 995萬 公 頃 ， 約 等 于一 個 韓 國 的 面 積 。 近 100年 來 ， 中 國 原 有 的 森 林 面 積 已 經(jīng) 減 少 了50%， 木 材 蓄 積 量 減 少 了 33%；

12、 森 林 覆 蓋 率 為13.92%， 不 到 全 世 界 森 林 覆 蓋 率 30%的 一 半 ， 居世 界 第 100位 左 右 。 綠 色 化 學 化 工 6. 土 地 荒 漠 化據(jù) 有 關(guān) 資 料 記 載 ， 全 球 每 年 有 600萬 公 頃 的 土 地 變?yōu)?荒 漠 。 亞 太 地 區(qū) 如 中 國 、 阿 富 汗 、 蒙 古 、 巴 基 斯 坦 、 印度 是 土 地 荒 漠 化 問 題 突 出 的 國 家 。 綠 色 化 學 化 工 7.大 氣 污 染 8 水 體 污 染 全 世 界 多 數(shù) 河 流 都 受 到 不 同 程 度 的 污 染 ， 其 中 約有 40%的 河 流 穩(wěn)

13、定 流 量 受 到 較 為 嚴 重 的 污 染 。 全球 每 年 水 污 染 導 致 10億 人 患 病 ， 300萬 兒 童 因 腹 瀉死 亡 。 綠 色 化 學 化 工 無 錫 太 湖太 湖 藍 藻 暴 發(fā) 致 自 來 水 污 染 -搜 狐 新 聞 .htm 綠 色 化 學 化 工 昆 明 滇 池 2007年 6月 24日 ， 昆 明 滇 池 海 埂 一 線 的岸 邊 ， 藍 藻 大 量 繁 殖 ， 讓 湖 水 綠 浪 翻滾 ， 遠 處 是 著 名 的 睡 美 人 西 山 。 2007年 6月 24日 ， 因 天氣 悶 熱 ， 滇 池 藍 藻 大量 繁 殖 ， 在 昆 明 滇 池海 埂 一

14、 線 的 岸 邊 ， 湖水 如 綠 油 漆 一 般 。 綠 色 化 學 化 工 淮 河 被 污 水 圍 困 的 家 園 (CCTV 共 同 關(guān) 注 ) 五 十 年 代 淘 米 洗 菜 ， 六 十 年 代 洗 衣 灌 溉七 十 年 代 水 質(zhì) 敗 壞 ， 八 十 年 代 魚 蝦 絕 代九 十 年 代 拉 稀 生 癌 一 首 廣 泛 流 傳 于 淮 河 邊 的 民 謠 綠 色 化 學 化 工 9 .海 洋 污 染 目 前 ， 全 球 每 年 都 有 數(shù) 十 億 噸 的 淤 泥 、 污 水 、工 業(yè) 垃 圾 和 化 工 廢 物 等 直 接 流 入 海 洋 ， 河 流 每 年也 將 近 百 億 噸 的

15、 淤 泥 和 廢 物 帶 入 沿 海 水 域 。 赤 潮 現(xiàn) 象 1.rm 赤 潮 現(xiàn) 象 2.rm 綠 色 化 學 化 工 10. 垃 圾 圍 城 固 體 廢 物 侵 占 大 量 土 地 ， 對 農(nóng) 田 破 壞 嚴 重 ； 嚴重 污 染 空 氣 和 水 體 。 垃 圾 填 埋 產(chǎn) 生 的 垃 圾 滲 漏 液 呈 紅 棕 色 或 深 黑 色 、惡 臭 ， 成 分 復 雜 多 變 ， 垃 圾 滲 漏 液 的 處 理 是 一 個世 界 性 的 難 題 。 綠 色 化 學 化 工1.2 人 類 將 面 臨 的 環(huán) 境 問 題 1. 生 命 倫 理 ” 概 念 受 到 挑 戰(zhàn) 一 是 新 的 生 物

16、投 放 自 然 界 后 可 能 不 受 控 制 地 繁殖 、 傳 播 ， 從 而 影 響 現(xiàn) 有 的 生 態(tài) 系 統(tǒng) 平 衡 ； 二 是 改 變 了 的 基 因 遺 傳 特 征 可 能 不 知 不 覺 地傳 給 其 他 生 物 （ 基 因 自 然 轉(zhuǎn) 移 ） 并 在 這 些 生 物 中形 成 不 受 控 制 的 或 者 是 危 險 的 特 性 ； 三 是 如 果 基 因 工 程 用 于 制 造 武 器 ， 就 可 能 造出 比 原 子 彈 威 力 更 大 的 毀 滅 性 武 器 。 綠 色 化 學 化 工 2 . 人 類 遭 受 新 舊 傳 染 病 的 圍 攻 全 球 變 暖 ， 病 菌 傳

17、播 范 圍 擴 大 ， 病 菌 繁 殖 速 度加 快 。 環(huán) 境 污 染 ， 缺 乏 安 全 、 衛(wèi) 生 的 飲 用 水 和 清 潔 新鮮 的 空 氣 ， 現(xiàn) 代 病 和 環(huán) 境 怪 病 增 多 。 人 畜 異 體 器 官 移 植 ， 病 毒 可 能 產(chǎn) 生 變 異 ， 成 為人 體 內(nèi) 的 新 病 原 體 或 者 同 人 體 內(nèi) 原 有 病 毒 重 新 結(jié)合 ， 形 成 新 病 毒 菌 株 。 抗 菌 素 和 殺 蟲 劑 的 廣 泛 使 用 ， 導 致 抗 藥 性 新 病源 體 的 出 現(xiàn) 。 食 品 生 產(chǎn) 、 加 工 、 運 輸 和 銷 售 的 國 際 化 ， 大 大增 加 了 食 物

18、源 傳 染 病 的 發(fā) 病 危 險 。 綠 色 化 學 化 工 3. 人 類 活 動 污 染 宇 宙 人 類 在 太 空 活 動 40年 來 ， 留 在 太 空 的 垃 圾 如 廢 棄 衛(wèi) 星 、火 箭 殘 骸 、 爆 炸 碎 片 等 已 滿 布 太 空 ， 數(shù) 以 百 萬 計 。 這 些 高速 飄 游 的 太 空 垃 圾 已 成 為 危 險 的 太 空 “ 飄 流 炸 彈 ” ， 對 在軌 道 上 運 轉(zhuǎn) 的 太 空 器 造 成 了 嚴 重 威 脅 。 1983年 ， 蘇 聯(lián) 一 顆 核 動 力 間 諜 衛(wèi) 星 燒 毀 ， 反 應 堆 中 的110磅 放 射 性 鈾 有 80%被 釋 放 出

19、 來 ， 使 高 層 大 氣 中 的 放 射 性最 強 的 鈾 235含 量 增 加 了 50%。 由 于 實 驗 的 需 要 ， 越 來 越 多 的 地 球 生 物 進 入 太 空 。 這些 進 入 太 空 的 生 物 ， 在 受 到 強 烈 紫 外 線 和 宇 宙 射 線 的 照 射后 發(fā) 生 突 變 ， 可 能 成 為 具 有 強 烈 毒 性 的 生 物 。 綠 色 化 學 化 工 4 . 人 類 自 身 隱 憂 增 加 21世 紀 的 人 類 社 會 在 各 種 高 新 技 術(shù) 的 裝 備 下 ，現(xiàn) 代 化 和 自 動 化 程 度 越 來 越 高 ， 人 類 可 以 在 各 種人 造

20、環(huán) 境 中 舒 舒 服 服 地 坐 享 其 成 ， 而 人 類 的 適 應力 和 抗 逆 性 將 會 漸 漸 減 弱 。 英 國 倫 敦 大 學 基 因 教授 史 蒂 夫 瓊 斯 在 1997年 初 發(fā) 表 的 研 究 報 告 中 驚 呼 ：社 會 在 進 步 ， 人 種 在 退 化 。 因 為 在 舒 適 的 環(huán) 境 中 自 然 選 擇 淘 汰 的 機 率 越來 越 小 ， 使 得 大 量 基 因 變 異 產(chǎn) 生 的 素 質(zhì) 不 高 的 基因 也 能 夠 遺 傳 下 去 ， 最 終 導 致 人 種 的 總 體 退 化 。 綠 色 化 學 化 工1.3 環(huán) 境 污 染 及 治 理 工 程1.

21、環(huán) 境 污 染 對 人 體 的 危 害 急 性 危 害 ： 污 染 物 在 短 期 內(nèi) 濃 度 很 高 ， 或 者 幾 種 污 染 物聯(lián) 合 進 入 人 體 可 以 對 人 體 造 成 急 性 危 害 。 慢 性 危 害 ： 慢 性 危 害 主 要 指 小 劑 量 的 污 染 物 持 續(xù) 地 作 用于 人 體 產(chǎn) 生 的 危 害 。 如 大 氣 污 染 對 呼 吸 道 慢 性 炎 癥 發(fā) 病 率的 影 響 等 。 遠 期 危 害 ： 環(huán) 境 污 染 對 人 體 的 危 害 ， 一 般 是 經(jīng) 過 一 段 較長 的 潛 伏 期 后 才 表 現(xiàn) 出 來 ， 如 環(huán) 境 因 素 的 致 癌 作 用

22、等 。 綠 色 化 學 化 工 2. “八 大 公 害 事 件 ” 馬 斯 河 谷 煙 霧 事 件 （ 1930年 ， 比 利 時 ） 富 山 骨 痛 病 事 件 （ 1931年 ， 日 本 ） 洛 杉 磯 化 學 煙 霧 事 件 （ 1943年 ， 美 國 ） 多 諾 拉 煙 霧 事 件 （ 1948年 ， 美 國 ） 倫 敦 煙 霧 事 件 (1952年 ， 英 國 ） 熊 本 水 俁 病 事 件 （ 1953年 ， 日 本 ） 四 日 市 哮 喘 病 事 件 （ 1955年 ， 日 本 ） 愛 知 米 糠 油 事 件 （ 1968年 ， 日 本 ） 綠 色 化 學 化 工 3. 寂 靜

23、的 春 天 1962年 ， 美 國 科 學 家 卡 遜 女 士 發(fā) 表 寂 靜 的春 天 ， 以 通 俗 的 筆 法 ， 提 醒 世 人 警 惕 過 度 使 用農(nóng) 藥 的 惡 果 。 寂 靜 的 春 天 像 是 黑 暗 寂 靜 中 的 一 聲 吶 喊 ，喚 醒 了 廣 大 民 眾 。 綠 色 化 學 化 工其 他 環(huán) 保 思 想 及 經(jīng) 典 著 作 人 口 原 理 T R 馬 爾 薩 斯 1798年 ， T R 馬 爾 薩 斯 在 人 口 原 理 一 書 中根 據(jù) 資 源 有 限 ， 而 人 口 按 幾 何 級 數(shù) 增 長 的 情 況 ，首 次 提 出 人 類 應 控 制 人 口 增 長 的

24、思 想 。 北 大 校 長 馬 寅 初 教 授 在 中 國 首 次 提 出 實 施 計 劃 生育 國 策 。 綠 色 化 學 化 工 1851年 ， 印 第 安 索 瓜 米 西 族 酋 長 西 雅 圖 西 雅 圖 宣言 ； 1962年 ， 美 蕾 切 爾 卡 遜 寂 靜 的 春 天 ； 1972年 ， 羅 馬 俱 樂 部 美 丹 尼 斯 米 都 斯 等 增 長的 極 限 ； 1972年 ， 美 芭 芭 拉 沃 德 ， 勒 內(nèi) 杜 博 斯 只 有 一個 地 球 ； 1972年 ， 美 巴 里 康 芒 納 封 閉 的 循 環(huán) ； 1975年 ， 英 彼 得 辛 格 動 物 解 放 ； 1987年

25、， “ 世 界 環(huán) 境 與 發(fā) 展 委 員 會 ” 我 們 共 同 的未 來 ； 1991年 ， 美 阿 爾 戈 爾 瀕 臨 失 衡 的 地 球 ； 1992年 ， 美 艾 倫 杜 寧 多 少 算 夠 ； 1998年 ， 瑞 士 蘇 倫 埃 爾 克 曼 工 業(yè) 生 態(tài) 學 。 綠 色 化 學 化 工 4.全 球 環(huán) 境 保 護 對 策 大 事 記 1970年 4月 22日 美 國 發(fā) 起 第 一 個 “ 地 球 日 ” 活 動 。 1972年 6月 16日 聯(lián) 合 國 人 類 環(huán) 境 會 議 通 過 聯(lián) 合 國 人 類 環(huán) 境宣 言 。 1972年 11月 通 過 保 護 世 界 文 化 和

26、自 然 遺 產(chǎn) 公 約 。 1973年 1月 聯(lián) 合 國 成 立 環(huán) 境 規(guī) 劃 署 。 1973年 11月 通 過 瀕 危 野 生 動 植 物 國 際 貿(mào) 易 公 約 。 1977年 8月 聯(lián) 合 國 通 過 “ 防 止 荒 漠 化 行 動 計 劃 ” 。 1979年 6月 通 過 保 護 移 動 性 野 生 動 物 物 種 公 約 。 1982年 5月 18日 聯(lián) 合 國 人 類 環(huán) 境 會 議 通 過 內(nèi) 羅 畢 宣 言 。 1984年 4月 非 洲 召 開 環(huán) 境 保 護 會 議 ， 決 定 每 年 4月 10日 為“ 非 洲 環(huán) 境 保 護 日 ” 。 1985年 3月 5日 通 過

27、 保 護 臭 氧 層 的 維 也 納 公 約 。 綠 色 化 學 化 工 1987年 4月 27日 世 界 環(huán) 境 與 發(fā) 展 委 員 會 公 布 我 們 共 同 的 未 來 長 篇 報告 。 1987年 9月 16日 聯(lián) 合 國 環(huán) 境 署 保 護 臭 氧 層 會 議 通 過 蒙 特 利 爾 協(xié) 定 。 1989年 3月 23日 聯(lián) 合 國 環(huán) 境 署 控 制 危 險 廢 物 越 境 轉(zhuǎn) 移 會 議 通 過 巴 塞 爾公 約 1992年 6月 3日 至 14日 聯(lián) 合 國 環(huán) 境 與 發(fā) 展 大 會 ， 102個 國 家 元 首 出 席 會 議 。大 會 通 過 了 里 約 熱 內(nèi) 盧 環(huán)

28、境 與 發(fā) 展 宣 言 以 及 二 十 一 世 紀 議 程 。 1992年 11月 16日 1575名 著 名 科 學 家 起 草 的 世 界 科 學 家 對 人 類 的 警 告 發(fā) 表 。 1993年 9月 17日 至 19日 聯(lián) 合 國 環(huán) 境 規(guī) 劃 署 與 澳 大 利 亞 民 間 環(huán) 境 團 體 聯(lián) 合倡 議 的 “ 讓 世 界 清 潔 起 來 ” 的 運 動 在 61個 國 家 得 到 熱 烈 響 應 。 1994年 9月 5日 至 13日 聯(lián) 合 國 第 三 次 世 界 人 口 與 發(fā) 展 大 會 通 過 了 遏 制 世 界人 口 增 長 、 促 進 社 會 發(fā) 展 的 行 動 綱

29、 領(lǐng) ， 與 會 代 表 15000人 。 綠 色 化 學 化 工一 . 中 國 21世 紀 的 綠 色 科 技1. 綠 色 科 技 的 含 義 及 其 發(fā) 展 可 持 續(xù) 發(fā) 展 的 基 本 國 策 促 進 了 綠 色 科 技 的 誕 生 ，綠 色 科 技 是 國 家 為 實 現(xiàn) 經(jīng) 濟 可 持 續(xù) 發(fā) 展 實 施 的 一項 技 術(shù) 戰(zhàn) 略 。 綠 色 科 技 是 以 保 護 人 體 健 康 和 人 類 賴 以 生 存 的 環(huán)境 ， 促 進 經(jīng) 濟 可 持 續(xù) 發(fā) 展 為 核 心 內(nèi) 容 的 所 有 科 技活 動 的 總 稱 。 無 論 從 內(nèi) 涵 和 外 延 都 超 越 了 環(huán) 境 科技

30、， 然 而 ， 它 將 保 護 自 然 資 源 和 生 態(tài) 環(huán) 境 作 為 主要 價 值 目 標 之 一 ， 對 我 國 環(huán) 保 事 業(yè) 發(fā) 展 將 提 供 全方 位 和 系 統(tǒng) 的 技 術(shù) 支 持 ， 對 全 國 科 技 發(fā) 展 具 有 重要 指 導 意 義 。 綠 色 化 學 化 工 國 外 綠 色 科 技 發(fā) 展 現(xiàn) 狀 近 十 年 來 ， 發(fā) 達 國 家 在 扭 轉(zhuǎn) 環(huán) 境 保 護 困 境 、 調(diào) 整技 術(shù) 方 向 的 過 程 中 ， 逐 漸 出 現(xiàn) 和 形 成 了 綠 色 科 技 。 自 20世 紀 90年 代 初 ， 工 業(yè) 發(fā) 達 國 家 相 繼 采 取 措 施 ，使 環(huán) 保 工

31、 作 由 污 染 治 理 向 污 染 預 防 轉(zhuǎn) 變 。 綠 色 化 學 化 工 1994年 7月 ， 美 國 政 府 發(fā) 布 了 “ 面 向 可 持 續(xù) 發(fā) 展 的 未 來 技 術(shù) ”報 告 ， 強 調(diào) 指 出 環(huán) 境 技 術(shù) 發(fā) 展 的 重 心 是 預 防 而 不 是 治 理 已經(jīng) 發(fā) 生 的 污 染 。 德 國 也 努 力 致 力 于 以 綠 色 科 技 推 動 社 會 經(jīng) 濟 朝 向 良 性 循 環(huán)方 向 發(fā) 展 ， 并 使 其 成 為 現(xiàn) 代 化 發(fā) 展 的 重 要 組 成 部 分 。 一 個成 功 的 例 子 就 是 制 成 “ 綠 色 電 視 ” ， 它 具 有 耗 電 省 、

32、電 磁輻 射 低 、 使 用 材 料 種 類 少 且 便 于 回 收 利 用 、 避 免 過 早 淘 汰等 特 點 。 加 拿 大 聯(lián) 邦 政 府 早 在 1993年 就 已 制 定 綠 色 計 劃 。 日 本 政 府 非 常 重 視 節(jié) 約 資 源 和 能 源 ， 倡 導 和 推 廣 綠 色 技 術(shù) ，已 把 環(huán) 境 技 術(shù) 、 電 子 技 術(shù) 和 汽 車 技 術(shù) 并 列 為 三 大 領(lǐng) 先 綠 色技 術(shù) 。 綠 色 化 學 化 工 世 界 范 圍 綠 色 技 術(shù) 革 命 浪 潮 的 中 心 在 于 ： 但 是 由 于 發(fā) 達 國 家 制 訂 苛 刻 的 環(huán) 境 標 準 ， 世 界 貿(mào)易 中

33、 出 現(xiàn) 了 所 謂 “ 綠 色 壁 壘 ” 。 許 多 國 家 開 始 實行 環(huán) 境 標 志 制 度 ， 對 促 進 綠 色 產(chǎn) 品 開 發(fā) 、 引 導 綠色 消 費 起 到 了 重 要 作 用 。 環(huán) 境 標 志 是 對 產(chǎn) 品 符 合綠 色 要 求 的 一 種 認 定 。 德 國 是 率 先 實 行 環(huán) 境 標 志 計 劃 的 國 家 ， 美 國 的 污染 預 防 法 ， 日 本 的 環(huán) 境 協(xié) 調(diào) 型 產(chǎn) 品 計 劃 ， 加 拿 大的 “ 環(huán) 境 優(yōu) 選 ” 等 都 對 綠 色 科 技 的 發(fā) 展 起 了 重 要的 促 進 作 用 。 綠 色 化 學 化 工2. 環(huán) 保 事 業(yè) 對 綠

34、 色 科 技 的 需 求 21世 紀 初 ， 我 國 國 民 經(jīng) 濟 的 穩(wěn) 步 增 長 和 環(huán) 境 保 護 事業(yè) 的 飛 速 發(fā) 展 ， 要 求 環(huán) 境 科 技 不 僅 要 為 污 染 治 理 提供 技 術(shù) 支 持 ， 為 管 理 提 供 決 策 依 據(jù) ， 還 要 為 預 防 可能 出 現(xiàn) 的 新 污 染 問 題 提 供 可 行 的 方 案 和 措 施 。 綠 色 化 學 化 工 例 如 ， 21世 紀 環(huán) 保 所 需 的 清 潔 生 產(chǎn) 技 術(shù) 主 要 包 括 綠 色 能 源技 術(shù) 、 環(huán) 境 協(xié) 調(diào) 材 料 新 技 術(shù) 、 廢 物 減 量 化 技 術(shù) 等 。 環(huán) 境 協(xié) 調(diào) 材 料 是

35、 資 源 和 能 源 消 耗 最 少 ， 對 環(huán) 境 影 響 最 小 ，再 生 循 環(huán) 利 用 率 最 高 的 各 種 新 型 材 料 。 它 的 開 發(fā) 和 研 制 是21世 紀 初 綠 色 環(huán) 保 科 技 攻 關(guān) 的 重 要 方 向 之 一 。 在 污 染 治 理 技 術(shù) 方 面 重 點 是 要 發(fā) 展 高 新 分 離 和 生 物 技 術(shù) 設(shè)備 以 解 決 難 降 解 、 高 濃 度 有 機 廢 水 的 處 理 問 題 。 在 自 然 生 態(tài) 保 護 與 恢 復 方 面 ， 要 著 重 探 索 資 源 開 發(fā) 后 的 生態(tài) 恢 復 技 術(shù) ， 生 態(tài) 建 設(shè) 中 的 單 元 技 術(shù) ， 如

36、 生 物 農(nóng) 藥 、 生 物肥 料 、 可 降 解 地 膜 、 肥 料 等 。 還 要 重 點 推 進 生 態(tài) 保 護 與 恢復 技 術(shù) 的 產(chǎn) 業(yè) 化 進 程 。 綠 色 化 學 化 工1.5 綠 色 化 學 化 工 引 論 1. 綠 色 化 學 的 定 義 和 發(fā) 展 簡 史 綠 色 化 學 ， 也 可 叫 作 可 持 續(xù) 的 化 學 （ Sustainable Chemistry） ， 它 是 一 個 概 括 性 的 概 念 ： “ 化 學 是 一 種 給 予能 力 的 或 可 操 作 的 科 學 ， 利 用 它 可 使 經(jīng) 濟 和 環(huán) 境 的 發(fā) 展 協(xié)調(diào) 地 進 行 。 ” （ Ch

37、emistry is an enabling science that will allow economic progress and environmental progress to proceed in harmony） 。 。 綠 色 化 學 化 工有 一 些 重 要 事 件 促 使 了 綠 色 化 學 的 誕 生 和 迅 速 發(fā) 展 :D 1987年 聯(lián) 合 國 提 出 關(guān) 于 “ Our Common Future”的 報 告 ， 率 先提 出 了 可 持 續(xù) 發(fā) 展 的 概 念 。 隨 之 ， 1992年 在 巴 西 里 約 舉 行 的聯(lián) 合 國 環(huán) 境 與 發(fā) 展 大 會 上

38、 受 到 百 余 國 家 元 首 一 致 肯 定 。 這 意味 著 工 業(yè) 增 長 、 經(jīng) 濟 發(fā) 展 必 須 既 符 合 當 代 社 會 需 要 并 能 為 人類 后 代 保 護 資 源 和 環(huán) 境 。D 美 國 1990年 通 過 了 污 染 預 防 法 （ Pollution Prevention Act of 1990） 。 這 是 關(guān) 于 著 眼 源 頭 污 染 預 防 的 第 一 個 環(huán) 境 法 規(guī) 。 它促 使 USEPA于 1991年 建 立 了 綠 色 化 學 規(guī) 劃 ， 當 時 在 Office of Pollution Prevention Series of methy

39、lpropenoic acid(甲 基 丙 烯 酸 系列 ); Series of intermediate chemicals such as chelator / chelating agent(螯 合 劑 ), methionine (蛋 氨 酸 ) etc.Hydrocyanic acid HCN is widely used for the production of: 綠 色 化 學 化 工The synthesis of sodium iminodi-acetate(亞 氨 基 二 乙 酸 二 鈉 )involves two steps: NH3 + 2CH2O + 2HCN N

40、CCH2NHCH2CN + 2NaOH NaO2CCH2NHCH2 CO2Na + NH3 綠 色 化 學 化 工 A new starting material HOCH2CH2NHCH2CH2OH (diethanolamine, 二 乙 醇 胺 ) is used 綠 色 化 學 化 工 Replacing HCN The synthesis of adipic acid ( /hexanedioic acid己 二 酸 ) and hexamethylene diamine (己 二 胺 )CH2=CHCH=CH2 + HCN NCCH2CH2CH2CH2CNHOOC(CH2)4COO

41、H H2N(CH2)6NH2 綠 色 化 學 化 工 Replacing HCNC6H12 OxidationCH2=CHCH=CH2 + 2CO + 2H2 OHC(CH2)4CHOHN=CH(CH2)4CH=NHH2N(CH2)6NH2 O2catalyst2NH3 - 2H2O2H2 綠 色 化 學 化 工 Replacing HCNThe synthesis of phenyl acetic acidC6H5CH2Cl +HCN C6H5CH2CN + HCl H2OC6H5CH2Cl + CO OH / H2O Example 3 綠 色 化 學 化 工 Could anyone t

42、ell me the disadvantages of this method 綠 色 化 學 化 工 Photochemical smog Depletion of ozone, Acid rainDisadvantages of the traditional methodThe starting material (Benzene) is hazardous (carcinogentic)The release of nitrogen oxides which are multifunctional pollutantsUse of heavy metals (cobalt) 綠 色 化

43、 學 化 工Elimination of the use of , the use of , the corrosive capacity of is not as severe as nitric acid, produced.Kamzuhiko Sato, 1998, , 281:1646-1647 綠 色 化 學 化 工The synthesis method is .Drath and Frost, 1990, 1991Not only , but also develop a new method to use (glucose). 綠 色 化 學 化 工 Practical nee

44、d: great amount of possible routes for a giving target molecule. Computer aided designing of synthetic routeCorey and Bersohn , 30 years agoused computer to help designing of synthetic route 綠 色 化 學 化 工30 30 30 30 30 30 305 24 million routesComputer aided designing of synthetic routee. g.If the synt

45、hesis of a compound needs 5 steps, and 30 methods are possible for each step, thus we will have The progress in computer science and technology 綠 色 化 學 化 工 Construction of a data base of chemical reactions as complete as possible. Put forward our requirement Let the computer give us the possible sta

46、rting materials which could form the target moleculeComputer aided designing of synthetic route Further search for the starting material using the former starting material as the target molecules until the provided starting material is needed Compare all possible routes, and choose the most favorabl

47、e one from the viewpoint of economical and environmental effect. 綠 色 化 學 化 工 2 著 眼 于 基 本 原 料 的 改 變 如 生 產(chǎn) 尼 龍 的 己 二 酸 ， 一 直 用 有 致 癌 作 用 的苯 為 起 始 物 制 備 ， 1994年 通 過 遺 傳 工 程 利 用 微 生物 為 催 化 劑 ， 以 葡 萄 糖 為 起 始 物 成 功 地 合 成 了 己二 酸 。 這 個 新 技 術(shù) 去 除 了 大 量 有 毒 的 苯 ， 在 技 術(shù)上 、 經(jīng) 濟 上 都 完 全 可 行 ， 是 綠 色 化 學 的 一 個 范 例

48、 。 綠 色 化 學 化 工Using of renewable starting material(基 本 原 料 的 改 變 ） 150 years ago, industrial organic chemicals were all derived from biomass originated from plants The use of as starting material for energy and chemicals production , because of its renewability. One kind of solar energy 綠 色 化 學 化 工S

49、ecurity and Energy ResourcesOil: 30-50 yearsNatural Gas: 50-100 yearsCoal: 200-400 years 綠 色 化 學 化 工Biomass：Starch (淀粉, amylum) + Lignin (木質(zhì)素, lignine)Lignin：164 billion ts /year amount used 1.5%Using of renewable starting materialExamples 綠 色 化 學 化 工 5 hundreds million tons of wheat straw (麥 秸 稈 ）

50、; 10 million tons of rice bran （ 米 糠 ） ; 10 million tons of corncob（ 玉 米 穗 軸 ） ; 20 million tons of rice hull （ 谷 殼 ） ; 7 million tons of biogases（ 沼 氣 ） ;about 2.8 3.5 hundreds million of tons can be used as resource of energy. 綠 色 化 學 化 工The burning of straw: waste of resource while polluting 綠 色

51、化 學 化 工 The structure of lignin and its effect on its degradation Orientated degradation to produce directly useful chemicalsFundamental scientific challenge:Technical challenges:v Continuous operationv Separation of the products 綠 色 化 學 化 工 Actual progressesCrossAgricultural waste (polysaccharides多

52、聚糖) Naturally degradable polymerSichuan University, University of Science and Technology, Shandong University, Chemical Institute Academy of China, Guangzhou 綠 色 化 學 化 工Biomass Animal feedsFuelChemicalsHaltzapple from Texas A the operation and manipulation should be , and ;the reaction rate should b

53、e and the of the target products, either natural or designed by ourselves, should be 綠 色 化 學 化 工 4 全 面 改 變 反 應 條 件 綠 色 化 學 化 工Loading of active components on suitable support (酰 基化 ) hydrofluoric acid(氫 氟 酸 ), sulfuric acid(硫 酸 ), aluminium chloride(三 氯 化 鋁 ), boron fluoride(三氟 化 硼 , boron trifluori

54、de) are used as the catalysts. 綠 色 化 學 化 工 The operation must be done anhydrously (water free), 3 moles of hydrogen chloride will be released when accounting water. The system is corrosive, strict operation conditions must be controlled. Low selectivity because of the formation of poly-alkyl-substit

55、uted products and other isomers. Loading of active components on suitable support 綠 色 化 學 化 工 In acylation reactions(酰 基 化 )such as ordinary acylation, the formylation of benzene(苯 甲 酰 化 ), sulfo-acylation(磺 酰化 ),large amount of aluminium chloride is needed becaues of the complexity of the products.

56、 Finally,water must be added to release the product molecule and thus releasing large amount of hydrogen chloride as well as chlorinated hydrocarbons as impurity. 綠 色 化 學 化 工 The supported catalyst K10-AlCl3， prepared by supporting AlCl3 on montmorilonite(蒙 脫 土 , imvite) shows activity as high as th

57、e conventional ones and higher selectivity for the formation of mono-alkylated product than the old ones. The supporting of ZnCl2 on montmorilonite (蒙 脫 土 , imvite) could also obtain a new kind of catalyst for the Fridel-Crafts reactions, and this already provides a new perspective for industrial ap

58、plication. Loading of active components on suitable support 綠 色 化 學 化 工Example 1: The traditional Fridel-Crafts （ 付 -克 ）acylation reaction: Target product/Aluminium chlorode, 1/3COClCl ClO+ Envirocat EPZG1400C, 24hThe use of new catalyst Envirocata. EPZG to replace AlCl3, the amount of catalyst coul

59、d be reduced to 1/10 of the traditional one, the amount of waste (HCl) is reduced to , while the yield of the target product increased to 70%, and the selectivity of the is increased, the amount of ortho-substituted product is reduced to trace. 綠 色 化 學 化 工Using supercritical fluid (scf.) as reaction

60、 medium The characteristics of scf: Cheap, safe and property adjustable. Scfs show different property under different conditions,we can adjust the supercritical conditions to adjust its property until it satisfy our needs for the reaction to occur. 綠 色 化 學 化 工Supercritical carbon dioxide: Tanko used

61、 SCF CO2 as the reaction medium for the brome substitution reaction of alky-substituted-aromatics , equivalent or higher yield and selectivity were obtained. Chemical Institute of guangzhou: SCF CO2 was used as both the reaction medium and reactant in the carbonylation（ 羰 基 化 ） of olefin(烯 烴 ) SCF w

62、ater SCF water + carbon dioxideUsing supercritical fluid (scf.) as reaction medium 綠 色 化 學 化 工Bi-phase catalysis using water as reaction medium Water-soluble complex compounds could be used as catalyst,and then the reaction takes place at the interface formed between the water phase and the organic

63、phase of the reactants. Micelle could be provided by varying the central atom and the ligand as well as the use of surfacants, thus the interface could be enlarged and the regional concentration of the reactants could be increased. By varying the structure of the micelle, the stero-structure of the

64、product could also be controlled. 綠 色 化 學 化 工 Thus, mild reaction conditions, high activity and selectivity could be afforded for and the separation of organic phase and water phase becomes easy. Meanwhile, environmental pollution could be avoided.Bi-phase catalysis using water as reaction medium 綠

65、色 化 學 化 工Example 2： The alkylation of benzene with ethylene Forming ethyl benzene Traditional way: AlCl3, BF3, HF were used as the catalysts Serious corrosion of the equipment Strict operation conditions Low yield Difficulties to eliminate HCl、 RCl Difficulties of the separation of the catalyst and

66、the products Waste water Hazardous HF used The use of phosphorus ZSM 5 molecular sieve overcomes the above shortcomings 綠 色 化 學 化 工 Seeking for unconventional conversion ways 綠 色 化 學 化 工The synthesis of gasoline(汽 油 ） from carbon dioxide and natural gas(methane, 甲 烷 ) Nickel catalyst FT processPlasma: breaking of the reactant molecules Catalyst: forming of the product molecules 綠 色 化 學 化 工Using electrochemical ways to eliminate the use of hazardous starting materials and make the reaction to occ