绿色化学与化工2012-1

绿色化学与化工GREENCHEMISTRYANDCHEMICALNGINEERING浙江大学化工系2012.102什么是绿色化学绿色化学原理绿色化工技术3课程结构和内容4教材沈玉龙，曹文华《绿色化学》课程参考教材PT阿纳斯塔斯，JC沃纳《绿色化学》课程考核方式作业、课堂练习、考试(月日)E-mail:[e-mail]第1讲绪论1，化学发展和环境的现状2，环境保护和绿色化学3，绿色化学发展现状4，化学工作者的责任5，绿色化学资源61，化学发展和环境的现状1.1化学发展与人类社会的进步1.1.2化学促进石油化工工业发展1.1.3化学促进了农业生产爆炸性增长1.1.1化学导致20世纪的医疗革命在上帝创造的自然界的旁边，化学家又创造了另一个世界。RBWoodward1.1.1化学导致20世纪的医疗革命化学制药工业起始于19世纪中叶，从医疗事业的边缘进入了医疗事业的核心，并成为全球的工业行业。世界制药业发展的历史可分成以下几个主要阶段：1870年-1930年的初始阶段：实验室—小药房—制药公司20世纪初合成化学得到快速的发展。如对乙酰氨基酚（扑热息痛）、阿司匹林等，至今仍然得到广泛的应用。世纪后期，疫苗也得到应用，包括卡介苗疫苗和白喉疫苗。820世纪30年代-60年代是制药行业的黄金时代：在这段时间发明了大量的药物，包括合成维生素，磺胺类药物，抗生素，激素（甲状腺素，催产素可的松类药物等），抗精神病药物，抗组胺药物，新的疫苗等。这个时期的特点是制药企业从研究天然物质发现新药，转向天然物质修饰，到合成全新化合物，从筛选化合物中得到新药。1960-1980：制药行业的重新评估、法规修正和制药行业增长这个时期理论设计有所发展，和疾病相关的酶、激素、神经传递物质的受体和底物的知识成为研究人体生物化学过程和生理过程的基础知识；同时期的科学发现还涉及阻滞目标分子的功能。分子结构改变成为这个时期的特点。分子结构修饰的典型是卡托普利(ACE抑制剂)，代谢产物的典型是抗组胺药特非那定。1980-现在：生物技术等高新技术时期这个时期结合生物学、遗传学、基因组合等学科的生物技术得到很大发展，如研发的干扰素、白间素、促红细胞生长素、单克隆抗体药物等，可模拟或支持人体免疫系统。另一发现是利用DNA重组的方法制备目标微生物，可以产生所需要的化合物分子。今后的发展方向可能包括用工程细胞进行基因修复。根据最近的统计资料，近年上市的新药中超过30%是生物技术产品，在开发中的新药项目有50%是生物技术产品。20世纪临床有效的药物超过2万种，常用药1000余种。人类平均寿命从1900年47岁，上升到20世纪90年代75岁。欧洲人的平均寿命：公元前50年20岁中世纪33岁1587-1691年33.5岁1789年35.5岁1838-1854年40.5岁1900-1905年49.2岁1945年66.7岁1974年72岁2010年世界人均寿命统计显示：日本人平均寿命83岁世界第一；女性86岁，男性82岁；中国人均寿命73岁居世界中游；阿富汗人均寿命44岁排名垫底。121.1.2化学促进石油化工工业发展1921年裂解制造乙烯，奠定了石油化工工业发展基础。20世纪30年代来，塑料，纤维，橡胶三大合成高分子材料问世：21世纪将会是开发新技术需要的特种功能和智能材料。1931年为氯丁橡胶和聚氯乙烯1933年为高压法聚乙烯1935年为丁腈橡胶和聚苯乙烯1937年为丁苯橡胶1939年为尼龙661950年开发了腈纶1953年开发了涤纶1957年开发了聚丙烯……13目前合成纤维、合成塑料、合成橡胶以及洗涤剂、涂料、粘合剂等已渗透到人类生活的各个方。遍及交通、通信、穿戴和起居,极大地改善了人们的生活质量141.1.3化学促进了农业生产爆炸性增长1913年化学肥料-合成氨美国科学家经过长期试验得出的结论是，化肥在农业增产中所占比例达40％以上，如果停止使用化肥，全世界粮食将减少15％～65％。1941年主要杀虫剂进入市场。农药使全世界每年挽回农作物总产量30％～40％的损失，挽回经济损失3000亿USD/a。中国每年可挽回粮食损失3150万t/a左右，棉花损失115万t/a，油料损失150万t/a，挽回经济损失300亿元/a。15化肥和农药的使用标志现代农业开始。为粮食、蔬菜等食品丰收起到重要作用，化肥、农药也成为化学工业的重要行业。展望21世纪，化学工业还将在衣食住行和保健与娱乐等方面更高层次上继续发展，为满足人类日益增长的物质需求服务。161.2.1化工生产与环境问题1.2.2化学工业的主要污染物1.2.3影响重大的污染事件1.2.4中国环境问题现状1.2化学工业与环境污染171.2.1化工生产与环境问题据统计化学工业（包括冶金）排放的有害废物比其他工业部门排放的总和还要多。20世纪50年代末、60年代初，化学物品对人类健康和环境危害才渐受关注。化学品具有预定的功效，但也具有副作用，有时副作用甚至远远超过预定的功效。某些化学品造成事先未预料的灾难，严重危害人类健康和生态环境。18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。（1）大气污染，酸雨成灾每年向大气排放SOx1.6亿吨，NOx0.5亿吨，CO3.6亿吨，CO25.7亿吨及有害飘尘。（2）全球气候变暖近100年来，大气中CO2含量增加30%，CH4含量增加145%，N2O含量增加15%，平均气温上升0.3-0.5度。19（3）臭氧层破坏南极上空臭氧层空洞，西伯利亚、南美、英伦三岛上空也发现臭氧层空洞。（4）淡水资源紧张和污染100多国家缺水，20亿人缺乏清洁水。每年4260亿吨工业废水、生活污水排入水体。（5）海洋污染工业废物倾倒入海，海上石油污染。（6）土地资源退化过度开发，造成水土流失，土地盐碱化、沙漠化。每年水土流失约240亿吨，600万公顷土地沙漠化。20（7）森林锐减每年丧失1700-2000万公顷森林，约2万m2/min。（8）生物多样性减少目前生物物种500-3000万，每年灭绝5万个生物物种。（9）有毒有害废物每年约100亿吨工业废物和城市垃圾，其中5-10%属危险废物，掩埋、焚烧等处理方式不能消除污染环境的危害。（10）环境公害噪声污染：气体动力噪声、机械噪声、电磁噪声光污染：玻璃幕墙21废气污染物主要来源硫氧化物氮氧化物硫酸厂、硝酸厂、染料厂、石化厂、化纤厂卤化物氯碱厂、制冷剂厂、有机合成厂有机类废气石化厂、有机合成厂固体悬浮物发电厂、焦化厂硫化氢硫醇石化厂、煤气厂、染料厂1.2.2化学工业的主要污染物22废液污染物主要来源酸、碱类硫酸厂、硝酸厂、磷肥厂、纯碱厂、石化厂氨氮煤气厂、氮肥厂、化工厂重金属电镀厂、冶炼厂等有机物农药厂、染料厂、食品加工厂油类石油炼制厂、石化厂氰化物煤气厂、有机合成厂、石化厂、酚、醛、有机氯等煤气厂、石化厂、炼油厂、农药厂、氯碱厂硫化物石化厂、氯碱厂、染料厂、煤气厂、染料厂23废渣污染物主要来源硫铁矿渣硫酸厂电石渣、盐泥化工厂、氯碱厂磷石膏磷肥厂碱渣炼油厂煤渣小氮肥厂、合成氨厂铬渣含铬产品厂硼镁渣硼砂厂提取化工产品后的矿物各类化工厂2450年代，日本出现的水俣病。HgSO4甲基汞（海水）鱼人（脑细胞破坏）1.2.3影响重大的污染事件251961年药品Thalidomide（反应停）在欧洲引起惊恐。10000名新生儿畸形。NNHOOOOH(R)-(+)-thalidomideNNHOOOOH(S)-(-)-thalidomide强镇定作用强致畸作用26271983年美国TimesBeach镇事件，十年前当地路面喷洒混有Dioxin的废油，十年后土壤里Dioxin含量仍高达300-740ppb，700户居民被迫搬离。联邦政府化3000万美元清理有毒废物。1984年12月3日凌晨，印度中央邦首府博帕尔市，美国联合炭化物公司印度子公司甲基异氰酸酯贮罐破裂，45吨气体全部泄漏，2500人死亡，32万人中毒，几十万居民逃离家园，农田、水源、食品严重污染。292000年1月30日,罗马尼亚一化工厂的氰化物泄漏到多瑙河支流--蒂萨河，顺流南下汇入多瑙河，向下游扩散，造成鱼类大量死亡，河水不能饮用，流域生态环境严重破坏，匈牙利、南联盟等国深受其害。302010年4月4日-7月15日美国墨西哥湾原油泄漏事件海底部油井漏油量每天5000到25000-30000桶。原油漂浮带长200公里，宽100公里，且在进一步扩散。路易斯安那州超过160公里的海岸受到泄漏原油的污染。墨西哥湾沿岸生态环境遭遇“灭顶之灾”，污染可能导致墨西哥湾沿岸1000英里长的湿地和海滩被毁，渔业受损，脆弱的物种灭绝。救灾的花费会10亿美元左右。BP设立200亿美元基金，赔偿因墨西哥湾漏油事件而生计受损的民众。31水下漏油场面水面油污漏油破坏生态环境321.2.4中国环境问题现状改革开放后，中国经济以每年增长超过9%速度发展，但经济格局仍以粗放经营为主，能源、资源消耗强度大，环境污染严重。结构性污染突出，工业排污量大。城市污染严重。生态恶化趋势严重。33一、总体污染状况被酸雨腐蚀的乐山大佛34冰川消融35工业废水、生活污水排入水体。362000年舟山群岛赤潮37水土流失土地沙化38森林砍伐39工业烟尘40汽车尾气41垃圾场42洋垃圾43世界70%电子垃圾涌入我国442006.8.26盛华仁副委员长作关于跟踪检查有关环境保护法律实施情况的报告“有水皆污”、“逢雨必酸”、“企业偷排废水、弄虚作假现象十分严重”……发达国家上百年工业化过程中分阶段出现的环境问题，在我国已集中出现。“十一五”约束性指标能否彻底落实受到担心和质疑。45全国人大常委会副委员长兼秘书长盛华仁：有企业只顾自身利益牺牲环境和公众利益,环境污染老账没还又欠新账06年上半年10万新项目有四成在土地征用、环境评估和审核程序上违法违规2006.9.8新华社报道：2004年污染造成经济损失5118亿元，占全国GDP3%。（2004年全国GDP增长9.5%）46“十一五”期间全国化学需氧量排放总量控制计划2005年排放量2010年控制量2010年比2005年(万吨)(万吨)（%）1414.21263.9-10.6“十一五”期间全国二氧化硫排放总量控制计划2005年排放量(万吨)2010年控制量其中:电力2010年比2005年（%）2549.42246.7951.7-11.9（2011.3政府工作报告：五年累计，单位国内生产总值能耗下降19.1%，化学需氧量、二氧化硫排放量分别下降12.45%、14.29%。）2010年2月9日国务院新闻办公室新闻发布会环境保护部副部长张力军普查标准时点为2007年12月31日，时期为2007年度。两年多来，全国共组织动员57万人，共调查工业源、农业源、生活源和集中式污染治理设施4大类普查对象592.56万个，获得各类污染源填报基本数据11亿个。普查工作成果主要体现在以下四个方面：二、2010年环境公报1.环境污染普查情况通报(1)查实了全国主要污染物排放总量根据普查结果，2007年全国主要污染物排放总量：·废水中化学需氧量为3028.96万吨，氨氮为172.91万吨，重金属0.09万吨，总磷为42.32万吨，总氮为472.89万吨；·废气中二氧化硫为2320.00万吨，氮氧化物为1797.70万吨，烟尘为1166.64万吨，工业粉尘为764.68万吨；·工业固体废物为4914.87万吨；·工业危险废物为3.94万吨。(2)摸清了污染源的流域、区域和行业特征以及治理情况·淮河、海河、辽河、太湖、滇池、巢湖等水污染防治重点流域接纳主要水污染物数量大;·工业污染物排放主要集中在少数行业和局部地区，污染结构性问题突出;经济较为发达、人口相对密集的地区工业源化学需氧量、氨氮、二氧化硫、氮氧化物等4项主要污染物排放量均位于全国前列；造纸、纺织等8个行业化学需氧量、氨氮排放量分别占工业排放总量的83%和73%，电力热力、非金属