绿色化学与化工导论

绿色化学与化工导论20世纪化学工业为衣、食、住、行、保健和娱乐以及国防安全提供了丰富的化学物质，也带来了不同程度的环境污染21世纪绿色化学的进展将证明化学有能力推动经济和社会的可持续发展，保障子孙后代的美满幸福生活开设本课程的目的•环境污染、能源枯竭等问题是当前人们最为关心的热门话题之一,传统化学、化工面临着人类可持续发展要求的严重体挑战，而绿色化学化工的兴起和发展,既可以从根本上保护环境,又可以进一步促进化学工业生产发展,因此化学工业的出路在于大力开发和应用基于绿色化学原理产生和发展起来的绿色化学化工技术。•通过本课程的学习，掌握绿色化学与化工的基本概念、基本原理，了解化学、化工生产中的资源与能源合理利用及生态环境可持续性发展间的关系。•达到开阔视野，拓宽知识面，便于从整体上认识化学学科，树立既保护环境又推动工业生产发展的新观念。•同时及时了解最新最热门的科学技术成果的研究进展以及国内外发展状况，为成为知识渊博、研究方向明确的高素质人才打下基础。•本课程为考查课，总学时数为34学时。•自学课程：主要以自学为主，辅导两次。目的培养自学能力。•自学内容：按大纲要求，结合教材及有关参考资料自学，做好自学笔记。•考核形式：自学笔记40%，小论文或读书报告30%，期终考查30%。课程性质及要求教材及参考书•1、李德华．绿色化学化工导论．北京：科学技术出版社，2005•2、闵恩渍.吴巍编著.绿色化学与化工.北京：化学工业出版社,20004．•3、仲崇立.绿色化学导论.北京：化学工业出版社,2000•4、贡长生、张克立.绿色化学化工实用技术.北京：化学工业出版社,2002•5、沈玉龙、魏利滨、曹文华.绿色化学.北京：中国环境科学出版社,2004•6、顾国维、何澄.绿色技术及其应用.上海：同济大学出版社,1999•7、P.T.阿纳斯塔斯，J.C.沃纳.李朝军,王东.绿色化学理论与应用.北京：科学出版社,2002教学内容及要求•第一章绪论：从环境问题的产生与发展，了解绿色化学的产生、发展、重要性；掌握绿色化学的定义和特点。•第二章绿色化学原理：掌握绿色化学的12条基本原则；掌握原子经济性反应及绿色化学手段；•第三章化学工业的可持续发展：了解可持续发展与化工清洁生产的关系；掌握化工可持续发展的有效途径是必须采用绿色技术。•第四章工业生态学原理：了解工业生态学发展史及几个基本概念；熟悉工业生态学的三大研究方法（工业代谢、生命周期评价、区域产业生态系统建设）；掌握循环经济和生态工业的重要性。•第五章绿色化学化工技术：了解能源、分类及各种能源技术；了解材料的分类并掌握各类新型材料的特点；掌握催化技术；熟悉生物技术及分离技术（微波技术、膜技术、超声技术）。•第六章绿色无机化学工艺：熟悉几种无机化学工业生产（磷铵生产、铬盐生产、氯碱生产等）的绿色化。•第七章绿色有机化学工艺：以乙苯脱氢制苯乙烯、、环氧丙烷绿色生产工艺、醋酸生产的绿色化为例熟悉几种有机化学工业生产的绿色化。•第八章制药工业绿色化：熟悉各种制药工业（化学制药、中草药制药、生物制药）的绿色化。绿色化学又称环境无害化学，由此发展的技术称环境友好技术或洁净技术：即利用化学原理在化学品的设计、生产和应用中即消除或减少那些对人类健康、社区安全、生态环境有毒有害物质的使用和产生，设计研究没有或只有尽可能少的环境负作用、在技术上和经济上可行的产品和化学过程。第一章绪论一、什么是绿色化学迄今为止。化学工业的绝大多数工艺都是20多年前开发的。近年来，由于化学工业向大气、水和土壤等排放了大量有毒、有害的物质。1992年，美国化学工业用于环保的费用为1150亿美元，清理已污染地区花去7000亿美元。1996年美国Dupont公司的化学品销售总额为180亿美元。环保费用为10亿美元。所以从环保、经济和社会的要求看化学工业不能再承担使用和产生有毒。有害物质的费用.需要大力研究与开发从源头上减少和消除污染的绿色化学。二、绿色化学的重要性从科学观点看——化学科学基础的创新从环境观点看——从源头上消除污染从经济观点看——合理利用资源和能源，降低生产成本——符合经济和社会可持续发展的要求三、各国政府推动绿色化学的措施★美国1990年美国颁布了《污染防治条例》，将污染的防治定为国策1995年美国副总统Gore宣布了国家环境技术战略。其目标为:至2020年地球日时。将废弃物减少40-50%,每套装置消耗原材料减少20一25%；宣布设立“总统绿色化学挑战奖”；2000年，美国化学会出版了第一本绿色化学教科书。在美国2003年公布的21世纪化学化工发展战略中，再次强调了绿色化学化工的重要性。★日本制订“21世纪重建绿色地球”的新阳光计划，设立“为地球创新技术的研究院”绿色化学化工作为应对21世纪挑战的关键技术与基础,已成为21世纪世界科技研究前沿热点：★欧盟各国•英国皇家化学会主办的国际性杂志《绿色化学》1999年1月创刊；2000年设立“JerwoodSalters环境奖”•德国1991年制订“为环境而研究的计划”•荷兰制订“清洁生产手册”•澳大利亚也创建了绿色化学期刊；★中国制订了“科教兴国”和可持续发展策略，并于1993年世界环境和发展大会之后，编制了《中国21世纪议程》郑重声明走可持续发展道路的决心。◆1995年中国科学院化学部组织了《绿色化学与技术——推进化工生产可持续发展的途径》院士咨询活动◆1997年国家自然科学基金委“九五”重大项目：环境友好石油化工催化化学与反应工程◆1997年5月，香山科学会议第72次学术研讨会：可持续发展问题对科学的挑战——绿色化学◆1998年合肥第一届国际绿色化学高级研讨会◆1999年北京第16次九华山科学论坛“绿色化学的基本科学问题”◆2000年科技部《国家重点基础研究发展规划项目》立项——石油炼制和基本有机化学品合成的绿色化学(1)对我国的环境至关更要的一些工业，如煤炭，石油，化工，造纸，制革，酿造和制药中的绿色化学开展基础研究；(2)在原子经济性和可持续发展的基础上研究合成化学和催化化学的基础问题，即绿色合成和绿色催化等；(3)综合利用现代生物技术和化学化工技术的绿色生化工程，如生物煤炭脱硫，微生物造纸，新生物煤炭脱硫和新生物质能源等；(4)研究如何用类似于生物分子的自复制和自组装过程生产一般分子(特别是无机小分于)和特殊功能的纳米粒子。我国把绿色化学列入重点支持的更大基础领域，确定如下具体目标：绿色化学的目标能实现吗?回答是肯定的。因为这是人类社会的共同愿望。但最终杜绝化学污染源，无疑在技术上、经济上都极为困难，它需要我们更新观念、改革化工设备和工艺。过去，化学科学只强调化合物的功能、化学反应的效率．较少研究不利的有毒作用。新任美国化学会会长在2000年1月发表的就职报告中指出，更安全的化学是化学家在21世纪化学学习的首要领域，科学技术是靠人才来推动的．当新代化学家的绿色化学意识提高时，绿色化工的理论和成果将充分地发展。近几年，绿色化学这一预防化学污染的新观点逐步被人们认识、接受。美国科学基金会和许多化工企业已提供专门基金资助绿色化学的研究。美国白宫继提出信息高速公路计划后，1995年，美国专设了总统绿色化学挑战奖，奖励有更大突破的绿色化学成果。四、绿色化学的可行性一、绿色化学的主要特点•1、化学反应的原子经济性。•2、化学反应的清洁性•3、化学工艺的循环性和闭路性。•4、化学反应技术的可持续性•5、化工生产的可持续性第二章绿色化学原理二、绿色化学的主要内容无毒无害原料可再生资源环境友好产品回归自然废物回收利用无毒无害催化剂无毒无害溶剂原子经济反应•1.预防（prevention)：防止废物产生优于废物产生后再处理或清理•2.原子经济性（atomeconomy）：应设计合成方法使其能把反应过程中利用的所有材料尽可能多地转化到最终产物中•3.低毒化学合成（iesshazardouschemicalsynthesis）：只要可行，应设计合成方法使其利用和产生的物质对人类健康和环境无毒性或很低毒性。•4.设计安全化学品(designingsaferchemicals):应设计化工产品使其保留功效，但降低毒性三、化工生产应遵循“绿色化学12条原则”•5.安全的溶剂和助剂（atersolventsandauxiliaries）：应尽可能避免使用辅助物质（如溶剂、分离剂），如用时应是无毒的•6.能量效率设计(designforenergyefficiency):应考虑到能源消耗对环境和经济的影响，并应尽量少地使用能源。如有可能合成应在常温和常压下进行•7.使用可再生原料(userenewablefeedstocks):只要技术和经济上可行，原料应是可再生的，而不是将耗竭的•8.减少衍生物(reducederivatives):应尽可能避免不必要的衍生化（阻断基团，保护／脱保护，物理和化学过程的暂时修饰）因为这些步骤需要添加试剂并可能产生废物•9.催化(catalysis):催化试剂（有尽可能好的选择性）优于化学计量试剂•10.降解设计(designfordegradation):应设计化工产品使其在完成使命后不在环境中久留，并降解为无毒的物质•11.防止污染的快速分析(real-timeanalysisforpollutionprevention):分析方法须进一步发展，以能够进行即时的和在线的跟踪及控制有害物质的生成•12.本身安全、能防止意外事故的化学(inherentlysaferchemistryforaccidentprevention):在化学转换过程中，所用的物质和物质的形态应尽可能地降低发生化学事故的可能性，包括：泄漏、爆炸、和火灾第三章、化学工业的可持续发展-1987年《我们共同的未来》一书发表，提出了“可持续发展”最经典的定义：“满足当前的需要但不损及后代满足他们自己的需要”。(“代间不平等”问题)-美国环保总署的国家风险管理研究室NRMRL将“可持续性”表述为：“当我们为了人类健康和环境去持久地保持或改进物质和社会条件，在不超出支持它们的生态承载能力的条件下所追求的目标。”一、什么叫“可持续发展”？联合国关于可持续发展的三次会议：1、联合国人类环境会议（1972，瑞典，113国家参加，发表“关于人类环境的斯德哥尔摩宣言”及“人类环境计划”）2、联合国环境及发展会议（1992，巴西，178国参加，发表“关于环境与发展的里约热内炉宣言”等5项公约等）3、可持续发展的世界首脑会议（2002，南非，191国家参加，发表“关于可持续发展的约翰内斯堡宣言”及“可持续发展世界首脑会议实施兴计划”）二、可持续发展的定义与历史沿革（1）面临世界资源的挑战－地球资源７５年耗尽•世界自然基金会和联合国环境规划署联合发表的《２０００年地球生态报告》显示，若按目前的速度继续消耗地球的资源，那么我们地球的资源会在２０７５年耗尽。（2）地球正在失去自我清洁的能力•２２年来，一种能够清洁空气的关键自由基分子在世界范围内逐渐减少，它的浓度平均下降１０％，至今尚不清楚它下降的原因和周期，它将对地球的健康构成巨大的威胁。它是地球的防污染剂，它的减少将使烟尘越来越浓，导致破坏保护地球的臭氧层。三、可持续发展的战略需求（世界形势）•能源供应无疑是可持续发展的头等大事。据EIA2001公布:预计今后50年安定人口增长50%，而随着人均收入提高，相应人均能源会不断增加。所以估计今后20年总能耗会增加50%。•如何经济地满足这种能耗需求增长，又不显著增加环境成本就是一个挑战。多数专家认为：20——50年内，主要还是靠化石燃料（石油，天燃气及煤炭）。能源种类石油天然气煤炭核能可再生能源*世界占百分比（%）39232297中国占百分比（%）293650.62.4※可再生能：太阳能、风能、水利发电、生物能2000年世界能耗构成能源问题……..如温室气体排放，臭氧层破坏等,过去10年里全球水文气象灾害数量增加了一倍。若化石燃料不加限制地消耗下去，2030年CO2浓度可达到550ppm,到2050年气温会