綠色化學(xué)引論

綠色化學(xué)引論第1頁/共49頁Mainreference

book

Textbookandreferences第2頁/共49頁Textbookandreferences胡常偉，李賢均,《綠色化學(xué)原理及應(yīng)用》中國石化出版社，2002.AnastasP.T.,WilliamsonT.C.GreenChemistry,TheoryandPractice,London:OxfordUniversityPress,1998貢長生，張龍，《綠色化學(xué)》華中科技大學(xué)出版社2008.（普通高等教育“11.5”國家級規(guī)劃教材）4.TundoP.,AnastasP.GreenChemistryChallengingPerspectives,Oxford,19995.ClarkJ.,MacquarrieD.HandbookofGreenChemistryandTechnology,BlackwellScience,2002第3頁/共49頁

AnastasP.T.,WilliamsonT.C.GreenChemistry,FrontiersinBenignChemicalSynthesisandProcessesLondon:OxfordUniversityPress,1998AnastasP.T.,WilliamsonT.C.GreenChemistry—DesigningChemistryfortheEnvironmentWashington:AmericanChemicalSociety,1996仲崇立,《綠色化學(xué)導(dǎo)論》北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2000.閔恩澤，吳巍,《綠色化學(xué)與化工》北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2000.朱憲,《綠色化學(xué)工藝》北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2001Textbookandreferences第4頁/共49頁綠色化學(xué)第一章緒論第5頁/共49頁第一章緒論

綠色化學(xué)是20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的具有明確的社會需求和科學(xué)目標(biāo)的新興交叉學(xué)科，已成為當(dāng)今國際化學(xué)科學(xué)研究的前沿，是21世紀(jì)化學(xué)化工發(fā)展的重要方向之一。綠色化學(xué)的核心就是要利用化學(xué)原理和新化工技術(shù)，以“原子經(jīng)濟(jì)性”為基本原則，從源頭上減少或消除污染，最大限度地從資源合理利用、生態(tài)平衡和環(huán)境保護(hù)等方面滿足人類可持續(xù)發(fā)展的需求，實現(xiàn)人和自然的協(xié)調(diào)與和諧。因此，綠色化學(xué)及其應(yīng)用技術(shù)已成為各國政府、學(xué)術(shù)界及企業(yè)界關(guān)注的熱點。第6頁/共49頁1.1.1生態(tài)環(huán)境的危機呼喚綠色化學(xué)

世界人口的急劇增加、各國工業(yè)化進(jìn)程的加快、資源和能源的大量消耗與日漸枯竭、工農(nóng)業(yè)污染物和生活廢棄物等的大量排放，人類生存的生態(tài)環(huán)境迅速惡化；大氣被污染、酸雨成災(zāi)、全球氣候變暖、臭氧層被破壞、淡水資源緊張和被污染、海洋被污染、土地資源退化和沙漠化、森林銳減、生物多樣性減少、固體廢棄物造成污染等。

綠色化學(xué)是人類生存和社會可持續(xù)發(fā)展的必然選擇！1.1綠色化學(xué)的興起與發(fā)展

第7頁/共49頁大氣污染、酷雨成災(zāi)第8頁/共49頁Acidrain第9頁/共49頁Nitrogenoxidesare

themainprimeculprit

NO2→NO＋OO+CXHY→CXHYOCXHYO.+O2→CXHYO3.CXHYO3.+CmHn→RCHO+R’CO+O2→O3ROO+NO2→ROONO2第10頁/共49頁AirPollutionCarbonmonoxideCarbondioxideSulfuroxidesHydrocarbonsNitrogenoxidesDustofsoil,pollen,coalash,etcpollutedirectlytheair.Theharmfulcontentsofthedusts:Pb,Hg,Cd,Niandotherheavymetals第11頁/共49頁全球氣候變暖

全球氣候變暖主要是因為近100多年來人類大量燃燒煤、石油和天然氣，排放大量一氧化碳等溫室效應(yīng)氣體造成的。100多年來，大氣中CO2的含量增加了30％，CH4比增加了145％，N2O增加15％，導(dǎo)致全球平均氣溫上升了0.3—0．6℃。據(jù)聯(lián)合田1997年度世界資源報行預(yù)測，到2020年全球能源消耗將增加50％一100％，由此造成的C02等溫室效應(yīng)氣體排放量將增加45％一90％。據(jù)估計，在未來的100年中，全球氣溫可能再升高1一3．5℃。地球氣溫升高，將引起南北極的冰川融化，使海平面上升；同時也對農(nóng)業(yè)、水源等產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，對人類的生存構(gòu)成威脅。第12頁/共49頁臭氧層被破壞1985年，英國科學(xué)家觀測到南極上空出現(xiàn)臭氧層空洞，并證實其同氟利昂分解產(chǎn)生的氯原子有直接關(guān)系。這一消息震驚了世界。

第13頁/共49頁Depletionofozonelayer1985:8X106(km)2

(US);1994:2.4X106(km)2;2000:

2.9X106(km)2第14頁/共49頁DepletionofozonelayerDiscoveredsince1987第15頁/共49頁淡水資源的緊張和污染全世界每年有4260億t各種工業(yè)廢水和城市?；钗鬯湃胨w，造成幾千條河流、數(shù)千個湖泊和大多數(shù)近海不同程度的污染。事實表明，水質(zhì)污染引發(fā)的疾病已成為人體健康最主要的危害。第16頁/共49頁WaterPollutionWaterisessentialforusWaterispollutedbyIndustrialwastewaterDailylifewastewaterMinewastewaterTransportationwastewaterFarmlandwastewater第17頁/共49頁海洋污染第18頁/共49頁土地資源的退化第19頁/共49頁森林銳減

森林作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，起著調(diào)節(jié)氣候、保水固土、保護(hù)生物多樣性、美化環(huán)境等多方面的作用。近幾十年來，由于世界人口劇增和毀林開荒，導(dǎo)致森林銳減，每年喪失l700一2000m2面積的森林。據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織統(tǒng)計，地球上每分鐘就有2萬m2的森林被毀掉，特別是熱帶雨林的大規(guī)模被破壞。森林的破壞對全球的生憨環(huán)境的影響是巨大的。人們在對森林銳減進(jìn)行深刻的反思后，許多國家開展了大規(guī)模的植樹造林運動。第20頁/共49頁Desolationandboundlessness

(荒漠化)Itreferstothedegenerationofploughduotohumaneconomicactivities,variationinclimateetc.InHanDynasty,theregulationofTuntian(Peasantsopenupwastelandandgrowfoodgrain)intheNorthwestregionofChina,disruptedtheforesttherein,andthesefertilelandhadbecomedesert.第21頁/共49頁DesolationandboundlessnessTheredlandcouldnotkeepwater,noplantcouldgrowwell.第22頁/共49頁DesolationandboundlessnessThisisoftenseeninFujian,Jiangxi,andGuangdongprovince第23頁/共49頁生物多樣性減少第24頁/共49頁Rapidreductionoflivingthingsmanifoldness

Livingthingsmanifoldnessreferstotheensembleofalllivingcreaturesincludingplant,animals,micro-organismandotherthingsOnekindofplantdisappearsevery27year,andnearly90kindsofvertebrates(脊椎動物)becomeextinct.第25頁/共49頁RapidreductionoflivingthingsmanifoldnessThespeedofthesereductionacceleratesquiteafewkindsoflivingthingsdisappearbeforetheyarenamed.LargeamountsofgenesloseNoeffectivemeasuretaken,humanbeingsriskthechallengeofbeinglivingintheusedmanner.第26頁/共49頁RapidreductionoflivingthingsmanifoldnessInourcountry,thelivingthingsmanifoldnessranks8intheworld,and1inthenorthearth.Extinctplants:4000-5000kinds15-20%amongall156/640(1/4)intheinternationaltradecontractofextinctanimalsandplants第27頁/共49頁有毒化學(xué)品和危險廢物

據(jù)估計，全世界每年排放的各種上業(yè)廢棄物和城市垃圾等約100億T，其中5％一30％屆于危險廢物。人們處理這些有害廢物的方式，通常采用掩埋、或焚燒、或向人海傾倒。但是這些方法既不能消除危險廢物的毒害性，也不能阻止向自然界的擴(kuò)散，只會帶來更嚴(yán)重的污染后果。應(yīng)該指出的是，一些上業(yè)發(fā)達(dá)國家將有害廢物進(jìn)行越境轉(zhuǎn)移，特別是向發(fā)展中國家轉(zhuǎn)移，更加促使局部污染的全球化。第28頁/共49頁環(huán)境公害

噪聲對環(huán)境的污染如同工業(yè)“三廢”一樣，是一種危害人類的環(huán)境公害。噪聲能引起耳聾、心煩、疲勞、頭痛、記億力減退；強噪聲會使人眩暈、惡心、視力模糊、血壓和脈搏發(fā)生波動，影響人們的正常生活和健康。噪聲按其來源主要是氣體動力噪聲、機械噪聲和電磁性噪聲，特別是城市環(huán)境的交通噪聲、施工噪聲等影響更大。第29頁/共49頁

1.1.2環(huán)境保護(hù)的宣傳和法規(guī)推動綠色化學(xué)

人類只有一個地球?！氨Ｗo(hù)我們的家園，加強污染治理，保護(hù)生態(tài)環(huán)境”已成為世界各國人民的共同心聲和關(guān)注的大事，環(huán)保法規(guī)的頒布推動了綠色化學(xué)的興起和發(fā)展。1962年美國女科學(xué)家CarsonR所著的《寂靜的春天》（《SilentSpring》）出版；1972年，聯(lián)合國召開了人類環(huán)境會議，發(fā)表了《人類環(huán)境宣言》。1987年，聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展委員會公布了《我們共同的未來》的長篇報告書。1990年，美國國會通過《污染預(yù)防法》，提出從源頭上防止污染的產(chǎn)生。1991年，美國化學(xué)會（ACS）和美國環(huán)保署（EPA）啟動了綠色化學(xué)計劃；1992年６月，在巴西里約熱內(nèi)盧聯(lián)合國環(huán)發(fā)大會，102個國家的元首或政府首腦共同簽署了《關(guān)于環(huán)境與發(fā)展的里約熱內(nèi)盧宣言》、《21世紀(jì)議程》等５個文件。這是20世紀(jì)末人類對地球、對未來的美好而莊嚴(yán)的承諾！1994年，我國政府發(fā)表了《中國21世紀(jì)議程》白皮書，制定了“科教興國”和“可持續(xù)發(fā)展”戰(zhàn)略，鄭重聲明走經(jīng)濟(jì)與社會協(xié)調(diào)發(fā)展的道路，將推行清潔生產(chǎn)作為優(yōu)先實施的重點領(lǐng)域。第30頁/共49頁

1.1.3

化學(xué)工業(yè)的發(fā)展催發(fā)綠色化學(xué)

化學(xué)作為一門創(chuàng)造性的學(xué)科，從誕生至今已取得了輝煌的成就?；瘜W(xué)工業(yè)給人類提供了極為豐富的化工產(chǎn)品，迄今為止人類合成了600多萬種化合物，工業(yè)生產(chǎn)的化學(xué)品已經(jīng)超過５萬種，目前全世界化工產(chǎn)品年產(chǎn)值已超過15000億美元。大量化學(xué)品的生產(chǎn)和使用造成了有害物質(zhì)對生態(tài)環(huán)境的污染，當(dāng)代全球生態(tài)環(huán)境問題的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)都直接或間接與化學(xué)物質(zhì)污染有關(guān)。表1-1列舉了20世紀(jì)30年代以來世界范圍內(nèi)的八大公害事件。

第31頁/共49頁事件污染物發(fā)生時間、地點致害原因和癥狀公害成因馬斯河谷煙霧二氧化硫、煙塵1930.12比利時馬斯河谷SO2/SO3、胸痛、咳嗽、流淚、呼吸困難等工廠多、工業(yè)污染物積聚、加之遇霧天多諾拉煙霧1948.10美國多諾拉SO2+煙塵---硫酸---眼痛、咳嗽胸悶、咽喉痛、嘔吐倫敦?zé)熿F1952.12英國倫敦洛杉磯光化學(xué)煙霧光化學(xué)煙霧1955.5-12美國洛杉磯石油工業(yè)、汽車尾氣/紫外線作用----眼睛咽喉發(fā)炎氮氧、碳?xì)浠锼畟R病事件甲基汞1953-1972年日本九州魚吃甲基汞、人吃魚---失常化工廠生產(chǎn)汞催化劑污染四日市哮喘病事件SO2煤塵1955-1972日本四日市重金屬微粒、SO2----眼痛、支氣管哮喘Co/Mn/Ti粉塵，SO2米糠油事件多氯聯(lián)苯1968日本九州愛知縣等23個府縣食用油含多氯聯(lián)苯----全身起紅疙瘩、嘔吐、惡心、肌肉疼痛生產(chǎn)中多氯聯(lián)苯進(jìn)入米糠油富山骨痛病鎘1955-1965日本富山食用含鎘的米和水，腎臟障礙、全身骨痛、骨骼障礙煉鋅廠含鎘廢水表1-1

20世紀(jì)世界八大公害事件第32頁/共49頁1.1.4可持續(xù)發(fā)展促進(jìn)綠色化學(xué)

可持續(xù)發(fā)展是自20世紀(jì)80年代以來國際上形成的一種全新發(fā)展觀念，是新的科學(xué)發(fā)展觀。

1987年6月，聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署在長篇報告《我們共同的未來》中提出以可持續(xù)發(fā)展為基本綱領(lǐng)，并將可持續(xù)發(fā)展定義為“既滿足當(dāng)代人的需求，又不危及后代人滿足其需求的發(fā)展”。1992年6月，在巴西里約熱內(nèi)盧召開了舉世矚目的聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會（UNCED）。102位國家元首或政府首腦就合理利用資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展達(dá)成共識，從而正式奠定了全球發(fā)展的最新戰(zhàn)略———可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。第33頁/共49頁1.1.5綠色化學(xué)成為各國政府和學(xué)術(shù)界關(guān)注的熱點近10年來，綠色化學(xué)和技術(shù)已成為世界各國政府關(guān)注的最重要問題之一，也是各國企業(yè)界和學(xué)術(shù)界極感興趣的重要研究領(lǐng)域。1995年3月16日美國前總統(tǒng)克林頓宣布設(shè)立“總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎”；英國“綠色化學(xué)獎”；日本設(shè)立“綠色和可持續(xù)發(fā)展化學(xué)獎”；清潔發(fā)展機制（Cleandevelopmentmechanisim,CDM）；

第34頁/共49頁美國總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎介紹

“總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎”是美國總統(tǒng)克林頓1995年發(fā)起，1996年首次頒獎，每年一次，用來獎勵在化學(xué)品的設(shè)計、制造和使用過程中融入綠色化學(xué)的基本原則，并在源頭上減少或消除化學(xué)污染物卓有成效的化學(xué)家或企業(yè)。所設(shè)獎項包括5項：更新合成路線獎；變更溶劑和反應(yīng)條件獎；設(shè)計更安全化學(xué)品獎小企業(yè)獎學(xué)術(shù)獎。第35頁/共49頁英國“綠色化學(xué)獎”由英國皇家化學(xué)會（RSC）、Salter公司、Jerwood慈善基金會、工商部、環(huán)境部聯(lián)合贊助，于2000年開始頒發(fā)，旨在鼓勵更多的人投身于綠色化學(xué)的研究工作，推廣工業(yè)界的最新科研成果。日本設(shè)立“綠色和可持續(xù)發(fā)展化學(xué)獎”，由日本綠色與可持續(xù)化學(xué)網(wǎng)（GSCN）發(fā)起，該組織由日本化學(xué)及其相關(guān)行業(yè)的代表共同組成，每年評選一次，2002年首次頒獎。第36頁/共49頁

清潔發(fā)展機制（Cleandevelopmentmechanisim,CDM）是《京都議定書》框架下三個靈活的機制之一。清潔發(fā)展機制的主要內(nèi)容是指發(fā)達(dá)國家通過提供資金和技術(shù)的方式，與發(fā)展中國家開展項目級的合作，通過項目所實現(xiàn)的“經(jīng)核證的減排量”，用于發(fā)達(dá)國家締約方完成在議定書第三條下關(guān)于減少本國溫室氣體排放的承諾。清潔發(fā)展機制被認(rèn)為是一項“雙贏”機制：一方面，發(fā)展中國家通過合作可以獲得資金和技術(shù)，有助于實現(xiàn)自己的可持續(xù)發(fā)展；另一方面，通過這種合作，發(fā)達(dá)國家可以大幅度降低其在國內(nèi)實現(xiàn)減排所需的高昂費用。這類合作項目稱為CDM項目。項目所產(chǎn)生的額外的、可核實的CO2減排量稱為核證減排量（Certifiedemissionreductions,CERs），由發(fā)展中國家的項目企業(yè)所擁有，并可出售。每個CDM項目都有一個項目實施周期，這個周期是由《聯(lián)合國氣候變化框架公約》（UNFCCC）官方機構(gòu)———國際CDM執(zhí)行理事會（CDMEB）設(shè)定的。第37頁/共49頁PIN指項目識別文件，PDD指項目設(shè)計文件，OE指項目經(jīng)營實體。圖１-１CDM項目實施流程圖

第38頁/共49頁1.2綠色化學(xué)的研究內(nèi)容和特點1.2.1綠色化學(xué)的含義綠色化學(xué)（GreenChemistry）又稱環(huán)境友好化學(xué)（Environmentalfriendlychemistry）或可持續(xù)發(fā)展化學(xué)（sustainablechemistry），是運用化學(xué)原理和新化工技術(shù)來減少或消除化學(xué)產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)和應(yīng)用中有害物質(zhì)的使用與產(chǎn)生，使所研究開發(fā)的化學(xué)品和工藝過程更加安全和環(huán)境友好。在綠色化學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展的技術(shù)稱為綠色技術(shù)或清潔生產(chǎn)技術(shù)。理想的綠色技術(shù)是采用具有一定轉(zhuǎn)化率的高選擇性化學(xué)反應(yīng)來生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)物，不生成或很少生成副產(chǎn)物，實現(xiàn)或接近廢物的“零排放”；工藝過程使用無害的原料、溶劑和催化劑；生產(chǎn)環(huán)境友好的產(chǎn)品。第39頁/共49頁1.2.2綠色化學(xué)的研究內(nèi)容

綠色化學(xué)的研究內(nèi)容主要包括：（１）清潔合成（cleansynthesis）工藝和技術(shù)，減少廢物排放，目標(biāo)是“零排放”。（２）改革現(xiàn)有工藝過程，實施清潔生產(chǎn)（cleanproduction）。（３）安全化學(xué)品和綠色新材料的設(shè)計和開發(fā)。（４）提高原材料和能源的利用率，大量使用可再生資源（renewableresource）。（５）生物技術(shù)和生物質(zhì)（biomass）的利用。（６）新的分離技術(shù)（novelseparationtechnology）。（７）綠色技術(shù)和工藝過程的評價。（８）綠色化學(xué)的教育，用綠色化學(xué)變革社會生活，促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。第40頁/共49頁1.2.3綠色化學(xué)的特點綠色化學(xué)與傳統(tǒng)化學(xué)的不同之處在于前者更多地考慮社會的可持續(xù)發(fā)展，促進(jìn)人和自然關(guān)系的協(xié)調(diào)，是人類用環(huán)境危機的巨大代價換來的新認(rèn)識、新思維和新科學(xué)，是更高層次上的化學(xué)。綠色化學(xué)與環(huán)境化學(xué)的不同之處在于前者是研究環(huán)境友好的化學(xué)反應(yīng)和技術(shù)，特別是新的催化技術(shù)、生物工程技術(shù)、清潔合成技術(shù)等，而環(huán)境化學(xué)則是研究影響環(huán)境的化學(xué)問題。綠色化學(xué)與環(huán)境治理的不同之處在于前者是從源頭防止污染物的生成，即污染預(yù)防（pollutionprevention），而環(huán)境治理則是對已被污染的環(huán)境進(jìn)行治理，即末端治理。第41頁/共49頁總之，從科學(xué)觀點來看，綠色化學(xué)是化學(xué)和化工科學(xué)基礎(chǔ)內(nèi)容的創(chuàng)新，是基于環(huán)境友好條件下化學(xué)和化工的融合和拓展；從環(huán)境觀點看，它是保護(hù)生態(tài)環(huán)境的新科學(xué)和新技術(shù)，從根本上解決生態(tài)環(huán)境日益惡化的問題；從經(jīng)濟(jì)觀點看，它是合理利用資源和能源，降低生產(chǎn)成本，符合經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的要求。正因為如此，科學(xué)家們認(rèn)為，綠色化學(xué)是21世紀(jì)科學(xué)發(fā)展的最重要領(lǐng)域之一。第42頁/共49頁1.3綠色化學(xué)在國內(nèi)外的發(fā)展概況

1.3.1綠色化學(xué)在國外的發(fā)展概況國外有關(guān)綠色化學(xué)的理論研究和技術(shù)開發(fā)十分活躍，人們創(chuàng)辦綠色化學(xué)專業(yè)性期刊，出版綠色化學(xué)專著，舉辦各種綠色化學(xué)學(xué)術(shù)研討會，進(jìn)一步促進(jìn)了國際綠色化學(xué)的交流和發(fā)展。主要組織和研究機構(gòu)；美國“總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎”

專業(yè)性刊物綠色化學(xué)專著各種國際學(xué)術(shù)會議第43頁/共49頁1.3.2我國十分重視綠色化學(xué)的研究工作我國極為重視綠色化學(xué)的研究和開發(fā)，積極跟蹤國際綠色化學(xué)的研究成果和發(fā)展趨勢，倡導(dǎo)清潔工藝，實行可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。1995年，中國科學(xué)院化學(xué)部確定了“綠色化學(xué)與技術(shù)———推進(jìn)化工生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的途徑”的院士咨詢課題。1997年，舉行了以“可持續(xù)發(fā)展問題對科學(xué)的挑戰(zhàn)———綠色化學(xué)”為主題的香山科學(xué)會議。1997年國家自然科學(xué)基金委員會與中國石油化工總公司聯(lián)合資助了“九五”重大基礎(chǔ)研究項目“環(huán)境友好石油催化化學(xué)與化學(xué)反應(yīng)工程”。1999年