绿色化学原理与绿色产品设计第1章绪论.ppt

绿色化学 Green Chemistry 二〇〇九年二月二十四日 （3）水污染 Water is essential for us Water is polluted by Industrial waste water Daily life waste water Mine waste water Transportation waste water Farmland waste water （3） 优化反应条件 在开发一个新工艺来合成某种化学品时，往往要去优化该反应工艺条件，以提高转化率或产率，而忽略了能量的需要。绿色化学则要求综合考虑化学过程中物质和能量的产生、输送和消耗的各个环节，通过对化学体系的设计、调整和优化，改变化学过程对能量的需求，在生态环境和经济效益许可的条件下，使化学过程对能量的需求达到最小，从而达到合理利用能源的目的。因此，在可能情况下，化学家在设计反应过程和反应体系时，应考虑如何把能耗降到最小。 人们除了从化学反应本身来消除环境污染，充分利用资源，减少能源消耗外，还可以通过化工过程强化，实现化工过程的高效、安全、环境友好、密集的生产。化工过程强化是指在生产和加工过程中运用新技术和新设备，极大地减小设备体积或者极大地增大设备生产能力，显著地提高能量效率，大量地减少废物排放。过程强化方法包括将化学反应和分离操作集成在一起的催化蒸馏多功能反应器、多种分离操作集中在一个设备内完成的组合分离等。由于能充分利用能量、生产效率高，能量消耗显著降低。 1.3.7 利用可再生资源合成化学品 （1） 可再生资源与不可再生资源 自然资源是人类赖以生存和发展的物质基础，是人类生产资料和生活资料的基本来源，是维护环境和生态平衡的核心。节约与合理利用自然资源是保护环境及实施可持续发展战略的重要环节。为了研究自然资源的可持续利用问题，根据能否再生，自然资源分为可再生资源和不可再生资源。可再生资源是能够通过自然力以某一增长率保持或增加蕴藏量的自然资源。不可再生资源是假定在任何对人类有意义的时间范围内，资源质量保持不变，资源蕴藏量不再增加的资源。 （2 ）利用可再生资源合成化学品 将生物质资源作为燃料和化工原料的方法有物理法、化学法、生物化学转化法等。物理法和化学法，是通过热裂解、分馏、氧化还原降解、水解和酸解等方法将纤维素、木质素等大分子生物质降解成低分子量的碳氢化合物、可燃气体和液体，直接作为能源或经处理后作为化工原料。生物法是将生物质降解为葡萄糖，然后再转化为各种化学品。在各种转化过程中酶起到关键作用。如何找到合适的高效酶或含酶微生物，是生物质高效、清洁、经济地转化为有用化学品的关键。 随着石油资源的短缺，开发可再生生物质资源生产汽油替代燃料非常重要。目前，用酒精部分替代汽油作为机动车燃料已得到极大的应用，并且可以取得长期和明显的环境效益。但传统的以谷物为原料的发酵工艺，原料成本高，能耗大，酒精生产成本较高。而以廉价的纤维素为原料，采用纤维素酶直接水解发酵生产酒精，可以极大的降低成本。 用生物质作为可再生资源来生产化学品的研究受到人们的普遍重视，也是保护环境和实现可持续发展的要求。然而，以生物质资源作为原料和能源材料也有其局限性。一个经济上的考虑是生物质原材料能否连续供应。当需要连续不断地提供这种原材料的时候，以及由于干旱和庄稼歉收而不能在提供该材料的时候，可再生性资源能在一个时间段内快速产生的优点就变成了缺点。 Anastas和Warner首先于1998年提出了著名的绿色化学十二条原则： （1）防止污染优于污染治理：防止废物的产生优于在其生成后再进行处理或清理； （2）原子经济性：合成方法应具有“原子经济性”，即尽量使参加反应的原子都进入最终产物； （3）绿色化学合成：在合成中尽量不使用和不产生对人类健康和环境有毒有害的物质； （4）设计安全化学品：设计具有高使用功效和低环境毒性的化学品； （5）采用安全的溶剂和助剂：尽量不使用溶剂等辅助物质，必须使用时它们应是无毒无害的； 1.3 绿色化学的原理 （6）合理使用和节省能源：生产过程应该在温和的温度和压力下进行，而且能耗应最低； （7）利用可再生资源合成化学品：尽量采用可再生的原料，特别是用生物质代替化石燃料； （8）减少不必要的衍生化步骤：尽量减少副产品； （9）采用高选择性的催化剂； （10）设计可降解化学品：化学品在使用完后应能够降解成无毒无害的物质，并且能进入自然生态循环； （11）预防污染的现场实时分析：开发实时分析技术，以便监控有毒有害物质的生成； （12）防止生产事故的安全工艺：选择