《绿色化学》教学大纲

《绿色化学》教学大纲课程编号：070219课程性质：专业任选总学时：32学时总学分：2开课学期：第七学期适用专业：应用化学先修课程：无机化学、有机化学、高分子化学与物理、化工原理等大纲执笔人：MH参加人：HJH、HJ、HH大纲审核人：FGC修订时间：2012年8月编写依据：应用化学专业人才培养方案（2009）年版一、课程介绍绿色化学是20世纪90年代中期出现的一门具有重大社会需求和明确科学目标的新兴交叉学科，是当今国际化学化工科学研究的前沿和重要发展领域。本课程主要研究如何节约能源、开发新资源和从源头上消除污染，是实现循环经济和可持续发展的重要科学技术基础。开设本课程的目的在于通过在大学生中普及绿色化学基本知识，培养大学生的绿色化学意识，了解如何利用科学技术实现可持续发展。这对于提高大学生的综合素质，增强社会责任感十分重要。二、本课程教学在专业人才培养中的地位和作用通过本课程的学习，使同学们较好地了解绿色化学的兴起与发展，掌握绿色化学的基本原理和方法，熟悉化学化工行业中具有先进性、实用性和前瞻性的绿色化学技术及其在现代化学工业中的应用，树立以绿色化学为核心的可持续发展观，为将来从事本专业相关工作和在科学研究过程中时时刻刻以可持续发展的观点考虑问题打下一定的基础。三、本课程教学所要达到的基本目标理解并掌握本课程中的一些基本概念，基本原理和应用实例。本课程主要讲授绿色化学的形成与发展状况、基本原理、设计安全有效目标化合物的原理和方法、设计安全有效目标化合物的应用实例、绿色化学方法、绿色化学的应用实例、绿色化学的发展趋势简介等内容，通过课堂讲授、习题课、专题讲座、课堂讨论、演算习题、自学和学生自主命题小论文等教学环节达到本课程的教学目的。四、学生学习本课程应掌握的方法与技能学生在学习本课程过程中应掌握的基本方法是理论联系实际。重点掌握各种化学化工过程绿色化的基本概念、基本原理和实际应用，同时结合绿色化学学科前沿，在课程学习中注重能力和技能的培养。五、本课程与其它课程的联系与分工绿色化学体现了科学发展观，是减少资源消耗、实现循环经济和可持续发展的重要科学基础。本课程是在学生已掌握大学数学、大学物理、无机化学、有机化学、化工原理、高分子化学等前置课程的基本理论和实验技能的基础上进行，为本课程的学习提供了知识基础，在整个专业学习过程中起到了非常重要的作用。六、本课程的教学内容与目的要求【第一章】绪论（共2学时）1、教学目的和要求：（1）了解绿色化学这门新兴交叉学科的兴起与发展，掌握绿色化学的研究内容、特点以及在国内外的发展概况；（2）关注人类社会目前面临的主要挑战，资源、环境和健康问题及其化学本质，树立以绿色化学为核心的可持续发展观。2、教学内容：（1）绿色化学的兴起与发展：生态环境的危机呼唤绿色化学，环境保护的宣传和法规推动绿色化学，化学工业的发展催化绿色化学，可持续发展促进绿色化学，绿色化学和技术成为各国政府和学术界关注的热点；（2）绿色化学的研究内容和特点：绿色化学的含义、绿色化学的研究内容及特点；（3）绿色化学在国内外的发展概况：绿色化学在国外的发展概况，我国十分重视绿色化学的研究工作；（4）绿色化学是我国化学工业可持续发展的必由之路：绿色化学所引发的产业革命，绿色化学是我国化学工业可持续发展的优选模式。3、教学重点和难点：（1）重点：绿色化学的研究内容与特点；（2）难点：树立以绿色化学为核心的可持续发展观。4、本章思考题：（1）为什么是绿色化学是21世纪化学化工发展最重要的领域之一？（2）为什么说绿色化学是我国化学工业可持续发展的必由之路？【第二章】绿色化学原理（共4学时）1、教学目的和要求：（1）了解：绿色化学的十二条原则及十二条附加原则；（2）掌握：绿色化学各条原则在化学化工行业中的实际应用。2、教学内容：（1）防止污染优于污染治理：末端治理与污染防治，末端治理的局限性，污染防治措施；（2）原子经济性：原子经济性的概念，常见化学反应的原子经济性；（3）绿色化学合成：采用无毒、无害的原料，改变合成路径，实行绿色化学合成；（4）设计安全化学品：安全化学品的含义，设计安全化学品的一般原则，设计安全化学品的方法；（5）采用安全的溶剂和助剂：常规有机溶剂的环境危害；安全溶剂：水、二氧化碳、离子液体；固定化溶剂及无溶剂系统；（6）合理使用和节省能源：化学工业中的能源使用，新的能源利用技术，优化反应条件；（7）利用可再生资源合成化学品：可再生资源与不可再生资源，利用可再生资源合成化学品；（8）减少不必要的衍生化步骤：引入保护基团，暂时改变某些物质的宏观性质或功能，加入官能团提高反应选择性；（9）采用高选择性的催化剂：催化作用优于化学计量关系，环境友好催化剂，环境友好催化过程；（10）设计可降解化学品：化学品废弃物的危害性，化学品设计应考虑降解功能；（11）预防污染的现场实时分析；（12）防止生产事故的安全工艺。3、教学重点和难点：（1）重点：绿色化学的十二条原则及十二条附加原则；（2）难点：绿色化学各条原则在化学化工行业中的实际应用。4、本章思考题：（1）末端治理与污染预防的根本区别是什么？为什么说“防止污染优于污染治理？”（2）什么是原子经济性？提高化学反应的原子经济性有什么意义？【第三章】无机合成反应的绿色化技术（共4学时）1、教学目的和要求：（1）了解：常见的绿色无机合成反应的应用实例；（2）掌握：常见的绿色无机合成反应的原理。2、教学内容：（1）水热合成法：水热合成法的原理，水热合成法的应用实例；（2）溶胶-凝胶法：溶胶-凝胶法的原理，溶胶-凝胶法的应用实例。（3）局部化学反应法：脱水反应、嵌入反应、离子交换反应、同晶置换反应、分解反应、氧化还原反应；（4）低热固相反应：低热固相反应的反应机理及化学反应规律，低热固相反应的应用；（5）流变相反应：流变相反应的原理，流变相反应的应用；（6）先驱物法：先驱物法的原理，先驱物法的应用；（7）助溶剂法：助溶剂法的原理，助溶剂法的应用；（8）化学气相沉积法：化学气相沉积法的原理，化学气相沉积法的应用；（9）聚合物模板法：聚合物模板法的原理，聚合物模板法的应用实例。3、教学重点和难点：（1）重点：常见的绿色无机合成反应的应用实例；（2）难点：常见的绿色无机合成反应的原理。4、本章思考题：（1）说明制备邻苯二甲酸铜的流变相反应原理。（2）说明以淀粉为模板合成纳米银材料的原理及制备过程。【第四章】绿色有机合成（共4学时）1、教学目的和要求：（1）了解：常见的绿色有机合成反应的应用实例；（2）掌握：常见的绿色有机合成反应的原理。2、教学内容：（1）高效化学催化的有机合成：固体酸催化的有机合成，固体碱酸催化的有机合成，离子液体催化剂；（2）生物催化的有机合成：酶催化的基本原理，生物催化剂的主要种类，生物催化反应的典型工艺；（3）氟两相系统的有机合成：氟两相系统的反应原理，氟两相系统的主要应用实例；（4）相转移催化的有机合成：相转移催化反应原理，相转移催化反应的应用；（5）组和化学合成：组和化学合成原理，组和化学的应用；（6）有机电化学合成：有机电化学合成原理，电化学合成的典型工艺。3、教学重点和难点：（1）重点：常见的绿色有机合成反应的应用实例；（2）难点：常见的绿色有机合成反应的原理。4、本章思考题：（1）什么是固体酸、固体碱？它们适合用作哪些反应的催化剂？（2）杂多酸（盐）的主要制备方法是什么？说明固相合成法制备磷钼酸铵的过程。【第五章】高分子材料的绿色合成化学（共4学时）1、教学目的和要求：（1）了解：常见的高分子材料绿色合成反应的应用实例；（2）掌握：常见的高分子材料绿色合成反应的原理。2、教学内容：（1）以水位分散介质的聚合技术：以水为介质聚合的特点，水相聚合系统的组成及其作用水相聚合反应原理；（2）离子液体中的聚合技术：自由基聚合、离子聚合、缩聚和加聚反应，配位聚合，电化学聚合；（3）超临界流体中的聚合技术：超临界二氧化碳中的聚合反应，超临界介质中聚合物的解聚反应；（4）低残存VOC的水性聚氨酯合成技术：水性聚氨酯的分类，水性聚氨酯的原料，水性聚氨酯树脂的制备，水性聚氨酯的性能，水性聚氨酯的应用；（5）辐射交联技术：辐射交联与裂解的基本原理，辐射聚合的主要特点，辐射交联对聚合物性能的影响，辐射交联技术的工业化应用；辐射交联技术在生物医用材料方面的应用；（6）等离子体聚合技术：等离子体的种类及特点，等离子体聚合机理及实际应用；（7）酶催化聚合技术：酶催化开环聚合，酶催化缩聚反应。3、教学重点和难点：（1）重点：常见的高分子材料绿色合成反应的应用实例；（2）难点：常见的高分子材料绿色合成反应的原理。4、本章思考题：（1）离子液体中能够进行哪种聚合反应？举例说明。（2）简述酶催化聚合已内酯的开环聚合机理。【第六章】精细化工的绿色化（共4学时）1、教学目的和要求：（1）了解：精细化工的绿色化实例；（2）掌握：精细化工原料、工艺技术及产品的绿色化。2、教学内容：（1）制药工业的绿色化：绿色化学制药，绿色生物制药，绿色天然药物；（2）农药工业的绿色化：绿色农药的含义及分类，绿色生物农药，绿色化学农药，绿色农药制剂；（3）表面活性剂的绿色化：磷酸酯类表面活性剂，天然可再生资源表面活性剂；生物表面活性剂；（4）阻燃剂的绿色化：无机阻燃剂，磷-氮系阻燃剂，磷酸酯类阻燃剂，复配型磷系阻燃剂；（5）电子化学品的绿色化：辐射线抗蚀剂，聚酰亚胺封装材料，聚碳酸酯材料，环氧模塑料，聚苯胺材料，超净高纯化学试剂；3、教学重点和难点：（1）重点：精细化工的绿色化实例；（2）难点：精细化工原料、工艺技术及产品的绿色化。4、本章思考题：（1）简述超临界流体萃取技术在天然药物提取中的特点。（2）简述绿色农药的发展方向和趋势。【第七章】化学工艺的绿色化（共2学时）1、教学目的和要求：（1）了解：典型产品的绿色化工艺实例；（2）掌握：绿色工程原理及其所追求的目标。2、教学内容：（1）典型产品的绿色化工艺：过氧化氢的绿色合成工艺，1,3丙二醇绿色工艺的开发，己二酸的绿色合成工艺，聚天冬氨酸的绿色合成工艺，聚乳酸的绿色合成工艺；（2）绿色工程：绿色工程原理，绿色工程所追求的目标。3、教学重点和难点：（1）重点：典型产品的绿色化工艺实例；（2）难点：绿色工程原理及其所追求的目标。4、本章思考题：（1）在绿色化学工艺的实施过程中，如何提高原子利用率？（2）生产己二酸的绿色化学工艺具有哪些特点？【第八章】能源工业的绿色化（共2学时）1、教学目的和要求：（1）了解：化石燃料清洁利用技术，生物质能的研究与开发；（2）掌握：可再生能源与可持续发展。2、教学内容：（1）化石燃料清洁利用技术：能源消耗对环境的影响，煤的洁净燃烧与高效利用技术；（2）生物质能的研究与开发：生物质能利用现状，生物质能利用技术，生物质能发电，生物柴油，燃料乙醇，生物质制氢；（3）清洁能源的开发利用：太阳能，风能，地热，海洋能。（4）可再生能源与可持续发展3、教学重点和难点：（1）重点：化石燃料清洁利用技术，生物质能的研究与开发；（2）难点：可再生能源与可持续发展。4、本章思考题：（1）举例说明几种清洁能源开发利用的形式。（2）从能源利用的方面考虑，应如何走好可持续发展的道路？【第九章】绿色化学中的过程强化技术集成（共2学时）1、教学目的和要求：（1）了解：常见的化工过程强化技术集成新设备；（2）掌握：常见的化工过程强化技术集成的原理。2、教学内容：（1）化工过程强化技术集成：多功能反应技术，膜催化反应器，分离技术的集成，利用其它形式的能量的强化技术；（2）化工过程强化的新设备：静态混合反应器，微型反应器，旋转盘反应器，超重力反应/分离器，整体式反应器，振荡流反应器。3、教学重点和难点：（1）重点：化工过程强化的新设备；（2）难点：化工过程强化技术集成。4、本章思考题：（1）何谓化工过程强化？可用哪些方法实现化工过程强化？（2）将传统的需要多个设备完成的功能集成在一个反应器中，以提高化学转化率和反应器的集成度。请列举一些集成的反应器的实例。【第十章】绿色化学