化學前沿與發(fā)展

1、化學前沿進展與機遇能源、環(huán)境與綠色化學能納米化學與生物學環(huán)境化學與大學人類未來50年1. ENERGY的十大問題2.3.Water Food4. Environment5.6.7.8.9.10.Poverty Terrorism & War Disease Education Democracy Population2011:7 Billion People2050:8-10 Billion ( 1010 ) People“生活標準” vs 能源消耗能源？可提供能量的資源能量？質能守恒定律能源從哪來？從地球外部來能及其次生能源（風能等）地球資源能源和新能源開發(fā)資源不可再生。高品質的能量轉變?yōu)榈?/p>

2、品質的能量是不可逆的。溫室效應 CO2濃度升高，妨礙地球散熱，導致全球變暖。資源枯竭環(huán)境污染：污染物主要是CO2， SO2，NO等SO 造成酸雨危害。2NO等氮氧化合物破壞臭氧層。能源的分類能、水力、風力、生物質能、波浪能、潮汐能、海洋溫差能、地熱再生能源一次能源原煤、原油、天然氣、油頁巖、核能非再生能源電力、蒸汽、煤氣、重油、液化石油氣、氫氣和焦炭、柴油、沼氣、二次能源能量轉換與利用化石能源(石油、天然氣、煤) 化學能燃燒(化學反應)放出熱量熱能再轉化 做功機械能發(fā)電電能能源利用效率我國能源利用效率為33%，比發(fā)達國家低10產(chǎn)值能耗是世界平均水平的2倍多%比、歐盟、分別高2.5倍、4.9倍、

3、8.7倍和43%；我國8個行業(yè)主要產(chǎn)品比國際先進水平高40%；能耗平均燃煤工業(yè)鍋爐平均運行效率比國際先進水平低15-20%；機動車百公里油耗比歐洲高25%，比高20%。出路節(jié)能減排可再生能源核能石油是現(xiàn)代工業(yè)的血液以石油為原料的產(chǎn)品Nearly everything in our lives is made from oil, made by machinery andsystems dependent on oil, and transported by oil Power.Ammonia, Anesthetics, Antihistamines, Artificial limbs, Art

4、ificial Turf, Antiseptics, Aspirin, Auto Parts, Awnings, Balloons, Ballpoint pens, Bandages, Beach Umbrellas, Boats, Cameras, Candles, Car Battery Cases, Carpets, Caulking, Combs, Cortisones, Cosmetics, Crayons, Credit Cards, Curtains, Deodorants, Detergents, Dice, Disposable Diapers, Dolls, Dyes, E

5、ye Glasses, Electrical Wiring Insulation, Faucet Washers, Fishing Rods, Fishing Line, Fishing Lures, Food Preservatives, Food Packaging, Garden Hose, Glue, Hair Coloring, Hair Curlers, Hand Lotion, Hearing Aids, Heart Valves, Ink, Insect Repellant, Insecticides, Linoleum, Lip Stick, Milk Jugs, Nail

6、Polish, Oil Filters, Panty Hose, Perfume, Petroleum Jelly, Rubber Cement, Rubbing Alcohol, Shampoo, Shaving Cream, Shoes, Toothpaste, Trash Bags, Upholstery, Vitamin Capsules, Water Pipes, Yarn,石油供需差距石油 Gas out Thepriof gas.suddenly doubled andfueling sions frequently ranoil crisis effected almost e

7、very sector of the economy .家庭用氣體管道煤氣由煤加工制得，液化氣是石油煉制產(chǎn)物，天然氣則能直接使用。因氣體易擴散，故氣體容易完全燃燒，與固體利用率。與空氣混合充分，相比有較高的能量氣體便于，使用方便（易點燃，易熄滅），且清潔衛(wèi)生。固體煤中含有硫、氮等雜質，直接燃煤、煤球或煤餅會產(chǎn)生大量二氧化硫、氮氧化物（NOx）、粉塵等，造成大氣污染，住宅環(huán)境也煙灰滿天，廚房空氣的污染則更嚴重。管道煤氣的可燃成分是氫氣、一氧化碳和甲烷，分別約占48%50%，10%15%和 13%18%液化氣又叫液化石油氣，主要成分中C3、 C4的烴是沸點較低的成分丙烷、丙烯、丁烷、丁烯。天然氣的

8、主要成分是甲烷，還有少量的其他氣態(tài)烴，天然氣直接產(chǎn)自油氣田，開采后經(jīng)脫硫、脫水等，即可用作家庭燃氣。三種氣體的熱值天然氣是城市燃氣的發(fā)展方向管道煤氣是一種清潔，然而這是相對于住宅、居室環(huán)境而言的，從城市大環(huán)境看，沒有改善城市大氣的污染程度。原因很簡單，制造煤氣要燃煤，使用煤氣沒有降低城市的煤炭消耗量。原來一家一戶煤球爐的廢氣僅僅變成由數(shù)家煤氣廠排放而已。液化氣是發(fā)熱量高的優(yōu)質清潔，但液化氣使用不便，且要消耗寶貴的石油資源，天然氣則是一種既有管道煤氣的方便，又有液化氣無毒、發(fā)熱量高的優(yōu)點的，所以，推廣使用天然氣的是城市燃氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向?？稍偕茉幢M占6%Wind farms (double t

9、his by 2008)58%i.e. Lock 7, NYSEG Mechanicville, etci.e. Niagara Falls, Hoover Dam, Bonneville Dam, etcEnolWood stoves, etcDistribution of the 6%Solar Heat能是一顆熾熱的恒星輻射功率為3.81023KW到達地球表面的輻射功率達81013KW相當于目前地球上總發(fā)電功率的8萬倍能是清潔的可再生能源能的優(yōu)點、總量最大取之不盡，用之不竭（應對能源）2、分布最廣遍布世界各地（應對傳統(tǒng)能源的區(qū)域差異）3、最清潔利用過程中不會產(chǎn)生任何污染，也不會產(chǎn)生廢棄物

10、（應對環(huán)境）你知道目前直接利用有哪些方法嗎？能光合作用，灶，溫棚種蔬菜，能熱水器，能發(fā)電等能的直接利用大致有三種形式：(1) 光電轉換利用能電池可將輻射能轉換為電能，用半導體材料制成的光電池已進入實用。如單晶硅電池、多晶硅電池、硫化鎘電池、砷化鋅電池等。我國1971年發(fā)射的第二顆人造上已開始使用能電池，高效砷化鎵電池已在1990年發(fā)射的風云一號氣象上使用。較常用的是硅電池，轉換效率可達13%-17%。在宇宙空間的效率可更高。照射在沙漠上的能十分豐富，如果利用照能的1%，就可獲得比現(xiàn)在全世射在撒哈拉沙漠界能耗大得多的能量。(2) 光熱轉換幾乎家家都用的能熱水器就是直接利的輻射能量的光-熱轉換裝置

11、。裝置又可分為用平板式和聚光式兩種。能熱水器的集熱器是平板式作為傳熱的介質。灶和能高溫爐是拋物面型反射聚光式的，利用拋物面反射鏡使聚焦處得到較高溫度。為提高光-熱轉換效率，在集熱器表面涂上涂層。在利用能發(fā)電時，為克服夜間陰天無陽光的，采用“熔鹽儲能”的方式。在晴天時，把熱能輸入熔鹽，使熔鹽吸熱熔化，把能起來；當熔鹽凝結時，的熱量出來，達到均衡供電。(3) 光化學轉換光化學電池是利用光照引起化學反應，使電解液內形成電流而供電的電池。利用能分解水制氫也是較理想的方法，因為氫是一種無污染的高效能源。另外植物的光合作用對能的利用率極高，采用仿生技術，模擬光合作用一直是科學家追求的目標，一旦對光合作用的

12、模擬成功，就可使人造糧食，人造獲成功。人們還設想，建立“宇宙能站，按一定軌道運轉，能站”收集陽光。能通過光電池宇宙轉換為電能，用微波發(fā)生器把電能轉換為微波，以集束的形式把微波發(fā)回地面接收站，地面再將微波轉為電能。能分解水制氫H2OH2+O2O2 H2+H2O能產(chǎn)業(yè)中國能產(chǎn)業(yè)的歷史只有十年左右的時間，已經(jīng)迅速成為全球最大的能生產(chǎn)國，在光電和光熱設備這兩個領域，中國已經(jīng)占據(jù)了全球3/4以上的生產(chǎn)份額。使用能不會造成環(huán)境污染，是理想的綠色能源。但原料開采和生產(chǎn)光伏產(chǎn)品過程中也會消耗大量能源和造成污染。儲能也是一個重要問題！蓄能發(fā)電廠電池超級電容器鋰電池鋰電池的優(yōu)異性能是：比能量高，使用溫度范圍廣，放

13、電電壓平坦。以固體電解質制成的鋰電池，體積小，無電解液滲漏，電壓隨放電時間下降緩慢，電池長，特別適用于心臟起搏器的電源。主要缺點是：但在短路或某些重負荷下，有發(fā)生的可能性。電池所謂電池，是通過電化學過程將反應物（）中的化學能直接轉化成電能的電池裝置。電池的基本組成是電極、電解質、氧化劑。工作時，和和氧化劑不間斷地分別輸送到電池的兩個電極上，確保電池連續(xù)穩(wěn)定工作。氫-氧電池的工作原理電池特點氧化劑與還原劑在工作時不斷補充；反應產(chǎn)物不斷排出能量轉化率高(超過80%)，普通的只有30%，有利于節(jié)約能源。H2-O2電池世博會電動車前，通州區(qū)永樂店鎮(zhèn)農(nóng)民做出了一部電動汽車。他說，靈感來源于方程式和戰(zhàn)斗機

14、。小車不燒，全靠電力。而且，小車一邊行駛，就能一邊充電。小車的最前邊，有一個類似于電風扇的東西。老唐說，這是風力發(fā)電機。在座位后面，還有一個小發(fā)電機。老唐說，這個是用慣性發(fā)電的。時間：11月14日下午2:15-4:15地點：FJ103:FJ104:(學號11120277-13121915)(學號13121956-13124228）2若有同學時間，請先找自己所在學院管教學老師開證明并蓋章，然后到環(huán)化學院（東區(qū)環(huán)化樓801）找教務老師安排參加試卷B。環(huán)境與化學有哪些環(huán)境問題？大氣污染、水體污染、土壤污染、生物污染酸雨、全球變暖、臭氧層破壞水土流失、森林砍伐、土地荒漠化、生物多樣性減少森林、草原、礦

15、產(chǎn)資源減少和破壞環(huán)境污染問題由環(huán)境污染演化而來生態(tài)破壞問題自然資源衰竭問題山東段河水的含沙量的重金屬污染鉛的重金屬污染鉻的沙塵暴霧霾PM2.5PM2.5(particulatematter)是指每立方米空氣中直徑小于或等于2.5微米顆粒物的含量。被吸入人體后會直接進入支氣管，干擾肺部的氣體交換，引發(fā)包括哮喘、支氣管炎和心病等方面的疾病。PM2.5每立方米的濃度上升20毫克，中國和每年會有約34萬人?？晌腩w粒物又稱為PM10，指直徑大于2.5微米、等于或小于10微米，可以進入人的呼吸系統(tǒng)的顆粒物；主要來自揚塵等總懸浮顆粒物也稱為PM100，即直徑小于或等于100微米的顆粒物。2010年9月全球

16、空氣質量地圖(NASA)環(huán)境污染誰之過？科技發(fā)展？化學？環(huán)境問題產(chǎn)生的主要原因是什么？環(huán)境污染和生態(tài)破壞工農(nóng)業(yè)迅速發(fā)展的急劇增長資源匱乏南極臭氧層空洞臭氧層空洞與氟利昂P.J.Crutzen和H.Johnston證明一氧化氮對臭氧層具有催化分解作用F.S.Rowland和M.Molina發(fā)現(xiàn)氟里昂在大氣中穩(wěn)定上升到平流層中端，最終被紫外線分解并放出氯原子。他們提出這些氯原子可能導致大量臭氧原子分解1995年Crutzen、Molina和Rowland獲得諾貝爾化學獎協(xié)議對消耗臭氧層的物質進行控制該條約開放給各國簽署，正式實施。以后又經(jīng)過了七次修改：倫敦（1990）、內羅畢（1991）、（199

17、2）、曼谷（1993）、維也納（1995）、（1997）、（1999）。臭氧層保護獨特的國際合作典范前長安南認為，“（協(xié)議）這是也許是到目前為止一次最成功的國際間協(xié)議”。溫室氣體CO2, CH4, N2O, H2O, O3 are able to absorb and re-emitinfrared radiation, while not blocking visible light.Global Warming議定書通過的 議定書為各國的1997年在公約的氣候變化框架排放量規(guī)定了標準。共同但有區(qū)別的責任僅占全球的3%至4%，而排放的二氧化碳卻占全球排放量的25%以上，為全球溫室氣體排放量最

18、大的國家。曾于1998年簽署了議定書。但2001年3月，宣布批準議定書。馬爾代夫總統(tǒng)頭戴水下呼吸器，打著手勢，召開了一次世界首次“水下內閣會議”，以凸顯全球變暖對這個地球上地勢最低的國家的。馬爾代夫總統(tǒng)2009年10月17日在水下簽署文件，呼吁全世界減少排放Change the future爭議英國氣象局稱全球已停止變暖16年地球在漫長的生命中，氣候起伏不定是正常的；數(shù)據(jù)，近10年來氣候是非常穩(wěn)定的。根據(jù)環(huán)境問題是否可以先發(fā)展再治理？環(huán)境治理必須從控制污染修復艱難、復雜、費力、費錢、費時納米吸附劑、催化劑綠色化學綠色化學是一門新興的化學分支，以“原子經(jīng)濟性”為原則，研究如何在產(chǎn)生目的產(chǎn)物的過程中充分利用原料，減少有害物質的。綠色化學旨在從物質產(chǎn)生的的產(chǎn)生，減少對環(huán)境的污染?？刂茝U物綠色化學的12項原則防止污染的產(chǎn)生優(yōu)于治理產(chǎn)生的污染；原子經(jīng)濟性；只要可行，應盡量采用毒性小的化學路線；更安全的化學品的設計應能保留其功效，但降低毒性；應盡可能避免使用輔助物質（如溶劑、分離劑等），如用時應是無毒的；應考慮到能源消耗對環(huán)境和經(jīng)濟的影響，并應盡量少地使用能源；原料應是可再生的，而非將耗竭的；盡量避免不必要的衍生化步驟；催化性能試劑（有盡可能好的選擇性）優(yōu)于當量