绿色化学讲座GreenChemistry.ppt
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1、绿色化学讲座 (Green Chemistry),济源职业技术学院冶金化工系,一、绿色化学产生的背景,20世纪化学工业的贡献,化学工业的主要污染物 废气,化学工业的主要污染物废液,化学工业的主要污染物废渣,全球十大环境问题: 大气污染 臭氧层破坏、 全球变暖、 海洋污染、 淡水资源紧张和污染、 土地退化和沙漠化、 森林锐减、 生物多样性减少、 环境公害、 有害化学品和危险废物”。,化工生产与环境问题,全球十大环境问题: 其中七个问题与化学物质污染有关,另外三个问题与化学污染有间接关系。对环境的污染,化学品及其生产过程的问题是比较严重的。,20世纪化学工业带来的污染 (世界八大公害事件),世界八
2、大公害事件,世界八大公害事件,其它化学污染,问题的提出,事件提高了人类对化学品对生态环境、人身健康、社区安全影响的普遍关注。 美国政府提出的有关规定: 19001960年 制定了16项环保法规 19601995年间 制定了100项环保法律。,问题的提出,经过几十年的努力,这些污染的控制、治理和研究已取得了巨大的成绩,发明了处理废弃物的方法,治理了危险的污染点,减少了废弃物的排放。,但各国生产使用的化学产品产量巨大,如美国每年约排放3109t,化学废弃物进入环境,用于控制治理或掩埋废弃物的花费巨大。美国化学工业每年要花1500亿美元去控制、处理或掩埋这些废弃物。,问题的提出,我国政府和地方政府投
3、入了3500亿人民币用于治理环境污染,“十五”期间将投入7000亿元人民币治理环境污染,给国家、企业、消费者带来了沉重的负袒,而且这些环境治理并没有从根本上预防和解决环境问题。,经济发展中粗放型经济增长模式的实践 体现在企业生产中表现为高投入、 高消耗、低产出、低效益和高污染,有关统计资料显示:,环境保护运动呼唤绿色化学 环境保护的警世之作寂静的春天 1962年,美国女科学家Rachel Carson所著Silent Spring出版,书中详细地叙述了DDT等杀虫剂对各种鸟蛋的影响,使鸟类数量急剧减少,使原来花红叶绿、百鸟歌唱的春天变得“一片寂静”。DDT(双对氯苯基三氯乙烷),1939年被发
4、明,1941年上市。昆虫一碰到它,便因神经系统麻痹而被杀死。 将它喷酒在农作物上,或喷酒在带菌昆虫赖以繁殖的沼泽类地区 将它喷酒在农作物上,或喷酒在带菌昆虫赖以繁殖的沼泽类地区,会收到良好的灭虫效果。,在后来的30年间,千百万吨滴滴涕在全世界被使用。在非洲,它可能拯救了几百万人的性命。消灭了虫害,农民的收成剧增。 但不久以后,人们发现有些昆虫对滴滴涕产生了抗药性,药效不如从前那样明显了,动物在吃了喷过滴滴涕的植物后,滴滴涕能在其体内积累。由于滴滴涕在动物体内未被降解,这使人担心它会通过食物链传递下去。 对滴滴涕积聚的最初警告信号是来自对鸟类的研究。 Rachel Carson发现鸟类从吃下的昆
5、虫那里吸收了滴滴涕,从而使产下的蛋壳变薄。薄蛋壳很容易破碎,致使幼鸟死去。既然滴滴涕能影响鸟类,难道它不会影响人类吗?,寂静的春天这本书第一次对人类长期流行于全世界的口号“向大自然宣战”、“征服大自然”的绝对正确性提出了质疑。她指出,化学杀虫剂的生产和应用,会殃及很多有益生物,连人类自己也不能幸免。 尽管当时的工业界特别是化学工业界对她发起了猛烈的抨击,而当时的美国政府也没有及时给予卡逊应有的支持,使卡逊在寂静的春天出版两年后,因癌症和遭受空前的诋毁、攻击而与世长辞,然而卡逊惊世骇俗的预言,像是黑暗寂静中的一声呐喊,终于唤醒了人类。科学家和生态学家得出结论,使用滴滴涕弊多利少。 1971年,美
6、国环保署成立,1972年正式立法宣布禁止使用DDT 。 Rachel Carson被誉为人类环保事业的“普罗米修斯”。,环境保护经历的三个时期 (1) 20世纪中期以前稀释废物来防治污染时期 在20世纪中期以前,由于对化学物质的长期毒性、生物积累乃至致癌性缺乏足够的认识,认为只要充分降低某一化学物质在特定介质中的浓度就足以减轻其最终影响,人们是将化学品直接排放到大气、水体和土壤中作为其最终处理方法的。应当说自然生态系统对某些外来的化学物质是有一定的抵抗和净化能力(称为环境的自净能力)的,但这种能力是有一定限度的,当污染物超出环境的自净能力时,就会对环境造成严重破坏,进而通过呼吸、饮食等途径进入
7、人体,威胁人类健康。因此,采用稀释废物来防治污染的办法导致了20世纪30年代以来世界范围内的八大公害事件。,(2)20世纪中期至八十年代末末端治理时期 由于对化学品的环境危害有了较多的了解,各国政府相继立法限制废物的排放浓度和排放量,于是许多企业不得不将废水、废气和废渣进行处理后才能排放,然而这并没有从根本上解决环境污染问题。一方面有毒有害物质仍源源不断地被排放到环境中,1993年美国仅以365种有毒物质估算,其排放量就达到了30亿吨。另一方面,处理污染物所需费用十分巨大。1992年,美国化学工业用于环保的费用为1150亿美圆,而美国政府清理已污染地区的费用更高达7000亿美圆。高昂的费用使环
8、境治理陷入困境。,(3)20世纪九十年代以后污染预防为主,末端治理为辅时期 1990年,美国颁布了污染防止法案,将污染防止确定为美国的国策。绿色化学在这一背景下应运而生。绿色化学的目标是改变现有化学化工生产的技术路线,实现从“先污染,后治理”向“从源头上根除污染”的转变。 目前,世界各国对绿色化学与化工技术的研究十分重视,进展非常迅速,已出现一批生产大宗有机化学品的绿色化学技术。可以预见,绿色化学将成为实现经济和社会可持续发展的有效手段。,绿色化学(green chemistry),又称清洁化学(clean chemistry)、环境无害化学(enviromentally benign che
9、mistry)、环境友好化学(enviromentally friendly chemistry)。绿色化学有三层含义:第一,是清洁化学,绿色化学致力于从源头制止污染,而不是污染后的再治理,绿色化学技术应不产生或基本不产生对环境有害的废弃物,绿色化学所产出来的化学品不会对环境产生有害的影响,第二,是经济化学,绿色化学交其合成过程中不产生或少产生副产物,绿色化学技术应是低能耗和低原材料消耗的技术;第三,是安全化学,在绿色化学过程中尽可能不使用有毒或危险的化学品,其反应条件尽可能是温和的或安全的,其发生意外事故的可能件是极低的。总之,绿色化学是用化学的技术和方法去减少或消灭对人类健康、社区安全、生
10、态环境有害的原料、溶剂和试剂、催化剂、产物、副产物、产品等的产生和使用。,二、绿色化学的概念及内涵,绿色化学的特点,绿色化学所研究的中心问题是使化学反应具有以下的特点: (1)采用无毒、无害的原料; (2)在无毒无害的反应条件下进行; (3)具有“原子经济性”,即反应具有高选择性,极少副产品,甚至实现零排放; (4)产品应是环境友好的。 (5)满足“物美价廉”的传统标准,三、绿色化学的主要研究内容,绿色化学的主要内容,绿色化学的12条原则,1、防止废物的产生而不是产生后再来处理; 2、合成方法应设计成能将所有的起始物质嵌入到最终产物中; 3、只要可能,反应中使用和生成的物质应对人类健康和环境无
11、毒或毒性很小; 4、设计的化学产品应在保护原有功效的同时尽量使其无毒或毒性很小; 5、尽量不使用辅助性物质(如溶剂、分离试剂等),如果一定要用,也应使用无毒物质; 6、能量消耗越小越好,应能为环境和经济方面的考虑所接受;,绿色化学的12条原则,7、只要技术上和经济上可行,使用的原材料应是能再生的; 8、应尽量避免不必要的衍生过程(如基团的保护,物理与化学过程的临时性修改等); 9、尽量使用选择性高的催化剂,而不是提高反应物的配料比; 10、设计化学产品时,应考虑当该物质完成自己的功能后,不再滞留于环境中,而可降解为无毒的产品; 11、分析方法也需要进一步研究开发,使之能做到实时、现场监控,以防
12、有害物质的形成; 12、化学过程中使用的物质或物质的形态,应考虑尽量减少实验事故的潜在危险,如气体释放、爆炸和着火等。,原子经济性(Atom Economy)的概念,绿色化学以“原子经济反应”为中心。“原子经济反应”是原料中的每一个原子进入产品,从而实现废物的零排放”,同时还包括可再生资源利用。使用无毒无害原料,无毒无害催化剂和溶剂;还要求生产环境友好产品,达到使用后回归自然或者重复利用的目的;,原子经济性的概念是1991年美国著名有机化学家Trost提 出的 ,他以原子利用率衡量反应的原子性。 原子利用率= 预期产物的分子量*100% 反应物质的原子量总和 原子利用率越高,反应产生的废弃物越
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