第七章-绿色化学品

LOGO绿色化学GreenChemistry编者沈玉龙魏利滨曹文华琚行松等中国环境科学出版社第七章绿色化学品LOGOYOURSITEHERE产品的绿色化绿色产品又称环境友好产品，是指产品在使用过程中和使用后不会危害生态环境和人体健康，产品具有合理的使用功能及使用寿命，产品易于回收、利用和再生，报废后易于处置，在环境条件下易于降解。LOGO一、氟里昂和哈龙替代品的开发LOGOYOURSITEHERE1.相关概念氟利昂（freon的音译):指含碳、氟、在许多情况下还含有其他卤素（特别是氯）和氢的一类脂肪族有机化合物。是无色、无味、不可燃、无腐蚀性、低毒性的气体或液体。LOGOYOURSITEHERE这类化合物中，最重要的有：二氯二氟甲烷（氟利昂12），三氯氟甲烷（氟利昂11），氯二氟甲烷（氟利昂22），二氯四氟乙烷（氟利昂114），三氯三氟乙烷（氟利昂113）。（甲烷和乙烷的卤族衍生物）LOGOYOURSITEHERE哈龙（Halon的音译）：它属于一类称为卤（氟和溴）代烷的化学品，主要用于灭火药剂。它通过破坏燃烧或爆炸的复杂的化学链式反应来达到灭火的目的。消防行业广泛使用的哈龙灭火剂是损耗臭氧的物质。LOGOYOURSITEHERE2、氟利昂在大气中的作用LOGOYOURSITEHERE3、哈龙在大气中的作用哈龙含有氟和溴，在大气中受到太阳光辐射后，分解出氟、溴的自由基，这些化学活性基团与臭氧结合夺去臭氧分子中的一个氧原子，引发一个破坏性链式反应，使臭氧遭到破坏，从而降低臭氧浓度，产生臭氧洞。哈龙在大气中的存活寿命长达数十年，它在平流层中对臭氧层的破坏作用将持续几十年甚至更长时间。因此哈龙对臭氧层的破坏作用是巨大的。科学研究证明，哈龙是破坏臭氧层的主要元凶之一。LOGOYOURSITEHERE4、臭氧层空洞造成的影响损害人类免疫系统，导致免疫机制减退白内障眼疾和皮肤癌发病率上升破坏生态系统，减慢农作物的生长速度，减低农作物的质量和产量，甚至造成绝收减少海洋生物数量，大量鱼类死亡，同时可能导致生物物种变异造成全球气候变暖与温室效应。塑料等高分子材料更加容易老化和分解，带来光化学大气污染LOGOYOURSITEHERE5、中国的CFCs淘汰计划2008年前中国没有CFCsLOGOYOURSITEHERE6、《蒙特利尔议定书》1987年在加拿大的蒙特利尔制定了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》（简称《蒙特利尔议定书》）。议定书中规定签约国要限制生产和消费5种氟利昂（即CFC－11、CFC－12、CFC－113、CFC－114、CFC－115）和3种哈龙（即哈龙1211、哈龙1301和哈龙2402），议定书自1989年1月1日起生效实施。LOGOYOURSITEHERE我国于1991年6月正式加入议定书。议定书签约国在1990年的伦敦会议和1992年的哥本哈根会议上，对议定书进行了修正。在修正案中，扩大了控制物质的范围，提前了控制时间。除原来两类控制物质外，增加控制其它全氯氟烷、含氢氟烷、四氯化碳和甲基氯仿等，使控制物质总共有8类89种。同时要求开发新产品来取代这些物质，LOGOYOURSITEHERE空调和制冷CFCs淘汰需950亿美元；消除甲基氯仿需480亿美元；消除HCFCs需330亿美元；消除电子、机械、轻工、航天等行业的CFC溶剂需190亿美元；尽管从CFC气雾剂推进剂改进用烃类材料需要初期费用，但较低的烃类材料费用将导致到2060年节省53亿美元；其它淘汰臭氧层消耗物质需450亿美元。以上合计净成本为2340亿美元。LOGOYOURSITEHERE7、氟利昂替代物的开发替代物的选择要求①符合环境保护的要求②符合使用性能的要求③满足实际可行性的要求LOGOYOURSITEHERECFCs的替代物目前，有希望代替CFC-12在家庭制冷设备和空调设备中作为制冷剂的有HFC-134a（CF3CFH2)；在工业制冷装置中以HCFC-22(CHF2Cl)用来代替CFC-12；在发泡工艺中则以HCFC-141b（CFCl2CH3）用来代替CFC-11。代替清洗剂CFC-113的有HCFC-225ca(CF3CF2CHCl2)和HCFC-225cb（CF2ClCF2ClF)混合物等LOGOYOURSITEHERECFCs的替代物HFCS与HCFCs均为易挥发、不溶于水的烃类衍生物。与CFCs相比，HFCs和HCFCs含有一个或更多C-H键，因而在低大气层中，它们容易受到OH的进攻。HFCs不含氯，所以不具有与已证实存在的氯催化有关联的臭氧消失的可能性。HCFCs含氯，但研究表明其散发到平流层中的氯相对较少，它在对流层中就已降解。LOGO二、可降解塑料LOGOYOURSITEHERE合成有机高分子材料改变了我们的生活一座年产8万吨的合成橡胶厂相当于145万亩橡胶园的年产量。一座年产万吨的合成纤维厂相当于30万亩棉田或250万头绵羊的棉毛产量。耐高温、耐腐蚀的塑料王－－特氟隆塑料合成纤维合成橡胶LOGOYOURSITEHERE①塑料1）成分：塑料的主要成分是合成树脂，其中还添加了某些特定用途的添加剂（如提高塑性的增塑剂、防止老化的防老化剂）；2）特点：有些热塑性塑料（聚乙烯塑料），可以反复加工，多次使用；有些热固性塑料（电木），一旦加工成型就不会受热熔3）常见的塑料：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）、酚醛塑料（电木）、聚四氟乙烯（塑料王）等。1、三大合成材料LOGOYOURSITEHERE聚氯乙烯聚乙烯聚丙烯：聚苯乙烯LOGOYOURSITEHERE酚醛塑料聚四氟乙烯聚甲基丙烯酸甲酯\有机玻璃LOGOYOURSITEHERE②合成纤维纤维天然纤维化学纤维棉花羊毛木材草类合成纤维：用石油、天然气等为原料制成的单体，再经聚合制成的纤维（如：“六大纶”、碳纤维、光导纤维等）人造纤维：用木材、草类的纤维经化学加工制成。如黏胶纤维等LOGOYOURSITEHERE③合成橡胶橡胶天然橡胶合成橡胶通用橡胶特种橡胶丁苯橡胶顺丁橡胶氯丁橡胶聚硫橡胶硅橡胶LOGOYOURSITEHERE橡胶LOGOYOURSITEHERE2、白色污染1．由于合成材料的广泛应用和发展，一些塑料制品带来的环境污染就是“白色污染”2．白色污染的危害3．白色污染的治理A．废弃塑料的再利用（如直接作为材料、制作单体和燃料油、制作气体等）；B．制造易降解材料。LOGOYOURSITEHERE①直接用作材料．如回收聚乙烯塑料并制成再生薄膜，用作包装袋；②热解成单体．如有机玻璃热解得到单体，再重新聚合为成品；又如，聚苯乙烯包装材料和一次性饭盒j经处理，使其在高温下分解成单体，然后再制成树脂；③制成燃油和燃气．不能或难以分解的塑料可在催化剂存在下，热解成柴油、煤油和汽油，甚至裂解为气态烃和氢气作燃料．白色污染的治理LOGOYOURSITEHERE一、塑料的降解降解塑料的降解主要包括生物降解、光降解和化学降解。这三种主要降解过程相互间具有增效、协同和连贯作用。降解塑料主要用于两个领域：一是原来使用普通塑料的领域，使用或消费后塑料制品难于回收，并对环境造成危害；二是以塑料代替其它材料的领域，使用降解塑料可带来方便，如热带雨林造林用苗木固定材料LOGOYOURSITEHERELOGOYOURSITEHERE◎聚合型生物降解塑料塑料的生物降解过程LOGOYOURSITEHERE◎聚合型光降解塑料（紫外光）乙烯/一氧化碳共聚物（E-C0）mn22200MPaC23022-(CO))CH(CHmCOCHnCH，乙烯/乙烯基酮共聚物（Ecolyte-E）添加型光降解塑料（光敏添加剂，乙酰丙酮金属化合物等）LOGOYOURSITEHERE◎光－生物双降解塑料◎复合降解塑料（先进行光降解后生物降解）采用通用高分子材料中添加光敏剂、促氧化剂和作为微生物培养基的生物降解增敏剂等的添加型技术途径。光－生物降解塑料可分为淀粉型和非淀粉型淀粉型光－生物双降解塑料是淀粉等添加剂首先被生物降解，削弱聚合物的基质，同时光、热、氧等引发光敏剂、促氧化剂和生物降解增敏剂进行光氧化和自氧化作用等，导致聚合物的氧化、断裂。最终被微生物消化变成二氧化碳和水。（成本较高）集光降解、生物降解和化学助剂诱导性降解为一体的一种对环境友好的新型可环境降解塑料（添加碳酸钙、滑石粉、光敏剂、化学助剂等，成本低廉，降解彻底快速）LOGOYOURSITEHERE三、无磷洗衣粉LOGOYOURSITEHERE实际生产中通常使用三聚磷酸钠作为最常用的络合助剂用来与钙、镁离子形成稳定的络合物来软化水，提高表面活性剂利用率。三聚磷酸钠不仅有优异的软化水质、分散污垢、缓冲碱剂及抗结块性能等特点，而且廉价易得，性价比高。含磷洗涤污水排放后会造成水体富营养化，藻类迅速繁殖并耗尽水中的氧气，使水生动植物死亡，大量藻类也因缺氧死亡腐烂，使水体部分甚至彻底丧失使用功能。三聚磷酸钠的使用LOGOYOURSITEHERE三聚磷酸钠的替代品4A沸石通过离子交换降低洗涤过程中硬质钙、镁离子，达到软化水的目的，并阻碍污垢重新黏附。优点：利于环境保护，使用安全，降低成本缺点：交换镁离子能力弱，不适合高浓缩洗涤剂LOGOYOURSITEHERE偏硅酸钠偏硅酸钠中的Na2SiO3与水中的CaO结合生成CaSiO3，因此它对水中钙离子有结合效果，但对镁离子结合效果微弱。优缺点：生产工艺简单，生产成本较低，性能达不到对助剂的要求，因此不能完全替代三聚磷酸钠。LOGOYOURSITEHERE层状硅酸钠（层硅）层硅的分子结构为层状，其间距恰好是钙、镁离子的直径，所以它能有效地结合钙、镁离子，而且捕捉钙、镁离子的速度比三聚磷酸钠还要快，是优良的软水剂。层硅更适合由于浓缩洗衣粉的生产，无污染、无毒，用层硅生产的洗涤剂排放后，它的排放物也完全符合生态学、毒理学的要求，不会造成水质富营养化、污染环境等问题。层硅是一直非常理想的洗涤助剂产品，可完全替代三聚磷酸钠。LOGO四、生物农药LOGOYOURSITEHERE环境保护的警世之作——《寂静的春天》1962年，美国女科学家RachelCarson所著《SilentSpring》出版，书中详细地叙述了DDT等杀虫剂对各种鸟类的影响，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”。它昭示人们必须以高效、低毒、安全、对环境友好的绿色农药替代传统的高毒化学农药，以实现人类可持续发展的目标。LOGOYOURSITEHERE所谓绿色农药是指高效、低毒、安全、无残留、无公害的天然新型农药，对人、畜禽、作物和环境均无害。绿色农药应具备以下特点：1.有很高的生物活性，即控制农业有害生物药效高，单位面积使用量少；2.选择性高，包括对害虫的自然天敌和非靶标生物无害或毒性极小；3.对农作物无害；4.使用后在农作物体内外、农产品以及在土壤、大气、水体中无残留，即使有微量残留也可以在短期内降解，生成无毒物质而完全融入大自然。LOGOYOURSITEHERE生物农药直接利用生物产生的生物活性物质或生物活体作为农药，以及人工合成的与天然化合物结构相同的农药。它较化学农药具有选择性强、无污染、靶标生物不易产生抗药性、对人体和家畜都没有副作用、生产原料广泛等优点。主要包括微生物农药、植物源农药、生物化学农药、天敌生物农药、转基因生物农药等LOGOYOURSITEHERE微生物农药微生物杀虫剂（细菌、真菌、病毒杀虫剂）苏云金杆菌微生物杀菌剂（农用抗生素）井冈霉素微生物除草剂LOGOYOURSITEHERE植物源生物农药从植物体内提取某种化合物或混合物来制成除虫菊素、烟碱、鱼藤酮、苦参碱、茴蒿素等杀虫剂，赤霉酸、芸苔素、脱落酸、乙烯衍生物、激动素等植物生长调节剂。LOGOYOURSITEHERE动物源生物农药昆虫内源激素昆虫信息素原生动物昆虫忌避剂节肢动物毒素LOGOYOURSITEHERE天敌生物农药在自然界，生物与生物之