环境化学课件-南开大学-孙红文博导-最新版本201408-第八章

《环境化学》第八章绿色化学的基本原理与应用8-1第八章绿色化学的基本原理和应用Chapter8.FundamentalPrinciplesandApplicationsofGreenChemistry《环境化学》第八章绿色化学的基本原理与应用8-2内容提要及要点要求本章介绍一个颇具生命力的一门新兴交叉学科——绿色化学的诞生和发展过程，讨论了绿色化学的原理和应用。学习中要充分理解和体会绿色化学的重要学术意义和实用价值；掌握绿色化学的12条原理及其与绿色工程和工业生态学原理的相互联系；明确绿色化学的主要研究方向，并从典型应用实例中学习灵活运用绿色化学原理解决实际问题的学术思路，认识绿色化学在保护生态环境、促进可持续发展战略方针贯彻方面的巨大作用。《环境化学》第八章绿色化学的基本原理与应用8-3第一节绿色化学的诞生和发展简史8.1EmergenceandDevelopmentofGreenChemistry一、绿色化学的定义DefinitionofGreenChemistry二、关于绿色化学的发展史简介IntroductionofDevelopmentofGreenChemistry《环境化学》第八章绿色化学的基本原理与应用8-4一、绿色化学的定义DefinitionofGreenChemistry在生态环境保护领域，20世纪末到21世纪初，工业和经济发达国家相继采取措施，使其工作重心从污染治理转向污染预防。长期以来，化学品的开发、生产和应用为人类社会的进步作出了不可磨灭的巨大贡献，然而，许多事实表明有害化学品的负面影响已给生态环境乃至人类健康造成现实的或潜在的巨大威胁。《环境化学》第八章绿色化学的基本原理与应用8-5化学污染物的问题只靠“点水止沸”式的治理是不行的，必须从化学品设计，生产过程着手进行“釜底抽薪”式的革新来消除产生负面效应的根源。根本的有力措施是把化学改革成可持续发展的学科，为满足此种迫切需要，就产生了“绿色化学”这一崭新学科。《环境化学》第八章绿色化学的基本原理与应用8-6定义绿色化学（GreenChemistry），也可叫作可持续的化学（SustainableChemistry），它是一个概括性的概念：“化学是一种给予能力的或可操作的科学，利用它可使经济和环境的发展协调地进行。”（Chemistryisanenablingsciencethatwillalloweconomicprogressandenvironmentalprogresstoproceedinharmony）。按照定义，绿色化学就是研究利用一套原理在化学产品的设计、开发和加工生产等过程中都应减少或消除使用或产生对人类健康和环境有害物质的科学。《环境化学》第八章绿色化学的基本原理与应用8-7Greenchemistryisthesustainablepracticeofchemicalscienceandmanufacturingwithinaframeworkofindustrialecologyinamannerthatissustainable,safe,andnon-polluting,consumingminimumamountsofenergyandmaterialresourceswhileproducingvirtuallynowastes.FromGreenChemistry&theTenCommandmentsofsustainability,2nded.ManahanSE.ChemCharResearch,Inc.2006.9.《环境化学》第八章绿色化学的基本原理与应用8-8•Economic:Atahighlevelofsophistication,greenchemistrynormallycostslessinconventionaleconomicterms(aswellasenvironmentalcosts)thanchemistryasitistraditionallypracticed•Materials:Byefficientlyusingmaterials,maximumrecycling,andminimumuseofvirginrawmaterials,greenchemistryissustainablewithrespecttomaterials•Waste:Byreducinginsofaraspossible,oreventotallyeliminatingtheirproduction,greenchemistryissustainablewithrespecttowastesGreenChemistry的“Sustainable”从三方面体现：《环境化学》第八章绿色化学的基本原理与应用8-91987年联合国提出关于“OurCommonFuture”的报告，率先提出了可持续发展的概念。随之，1992年在巴西里约举行的联合国环境与发展大会上受到百余国家元首的一致肯定。这意味着工业增长、经济发展必须既符合当代社会需要并能为人类后代保护资源和环境。1990年美国通过了着眼污染预防的第一个环境法规——污染防治法（pollutionpreventionactof1990）。有一些重要事件促使了绿色化学的诞生:《环境化学》第八章绿色化学的基本原理与应用8-10第一节绿色化学的诞生和发展简史8.1EmergenceandDevelopmentofGreenChemistry一、绿色化学的定义DefinitionofGreenChemistry二、关于绿色化学的发展史简介IntroductionofDevelopmentofGreenChemistry《环境化学》第八章绿色化学的基本原理与应用8-11美国EPA于1991年开始了绿色化学规划，当时在该局污染预防和毒物办公室工作的Anastas博士提出了绿色化学名词的创意。已谢世的Hancock博士在其担任美国国家科学基金会化学部主任期间与USEPA合作资助支持开展环境友好化学领域的研究工作。他强调化学家和化学学科不仅在解决已存在的环境问题中起作用，而且要在防治未来产生环境问题方面起更重要的作用。12二、关于绿色化学的发展史简介IntroductionofDevelopmentofGreenChemistry《环境化学》第八章绿色化学的基本原理与应用8-121994年8月美国化学学会（ACS）举行208th全国年会时，其环境化学分会的主题命名为“为环境而设计：21世纪的环境范例”，分组会主题涉及：为环境设计化学合成和过程；在社区和工业中设计化学品的安全性；有关决策设计的信息工具和数据库；清洁生产国际展望；设计安全化学品；环境友好生产过程——方法和案例；在21世纪中设计无铅儿童用品等。实际上，此次会议就是首次以绿色化学为主题的国际学术研讨会。3《环境化学》第八章绿色化学的基本原理与应用8-13随后USEPA、学术界、工业界与相关的政府部门协作，提出要以化学为基础开发新的污染预防技术并建议设立总统绿色化学挑战奖加以鼓励。经当届美国总统Clinton批准，于1995年设立了此种特殊奖励，规定每年于华盛顿举行绿色化学与工程学术年会之际颁发一次。4《环境化学》第八章绿色化学的基本原理与应用8-14不久Anastas博士和麻省大学的Warner教授共同提出了绿色化学的12条原理，为该学科发展奠定了理论基础。1998年出版了首部专著——《绿色化学：理论和实践》。1997年建立了全球第一个绿色化学研究院（greenchemistryinstitute,GCI）561999年初，英国皇家化学会创办了国际性的学术刊物“GreenChemistry”。7《环境化学》第八章绿色化学的基本原理与应用8-15同时，有关绿色化学的教育工作也取得显著效果。如USEPA与ACS协议，共同设计、发放教材，提供大学和独立学院使用。意大利的化学和环境科学校际联合体举办了绿色化学国际研究生暑期学校。2001年ACS还邀请几所高校教师负责开办了绿色化学的实验活动。如今在美国、英国、澳大利亚等国，不少高校都开设了绿色化学的课程。美国麻省大学已培养出了绿色化学专业的博士生。89《环境化学》第八章绿色化学的基本原理与应用8-16我国也非常关注这一极富生命力的新兴学科并开展了不少工作：1995年中国科学院化学部的院士们提出以“绿色化学与技术——推进化工生产可持续发展的途径”作为重要的科研选题。1997年举办了以“可持续发展问题对科学的挑战——绿色化学”为主题的香山科学会议。1999年底又在北京九华山庄举行了以“绿色化学基本科学问题”为主题的21世纪核心科学问题论坛。1《环境化学》第八章绿色化学的基本原理与应用8-17与此同时，国家科技部将一些以绿色化学技术为核心内容的申请课题列入国家重大项目。21998年以来分别在合肥、成都、广州和济南等地先后举办了几次绿色化学的国际学术讨论会。3《环境化学》第八章绿色化学的基本原理与应用8-18《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十一个五年规划的建议》中强调了要全面贯彻落实科学发展观，要加快建设资源节约型、环境友好型社会，大力发展循环经济，加大环境保护力度，切实保护好自然生态，认真解决影响经济社会发展特别是严重危害人民健康的突出环境问题，绿色化学的教育和研究完全符合重要要求的精神。4《环境化学》第八章绿色化学的基本原理与应用8-19第二节绿色化学的基本原理8.2FundamentalPrinciplesofGreenChemistry一、绿色化学的12条基本原理TwelveFundamentalPrinciplesofGreenChemistry二、绿色化学与绿色工程GreenChemistryandGreenEngineering三、工业生态学原理PrinciplesofIndustrialEcology《环境化学》第八章绿色化学的基本原理与应用8-20一、绿色化学的12条基本原理TwelveFundamentalPrinciplesofGreenChemistry（1）预防（Prevention）。防止产生废物比在它产生后再处理或清除更好。（2）原子经济性（AtomEconomy）。设计合成方法时，应尽可能使用于生产加工过程的材料都进入最后的产品中。《环境化学》第八章绿色化学的基本原理与应用8-21一、绿色化学的12条基本原理（3）无害（或少害）的化学合成（LessHazardousChemsyntheses）。所设计的合成方法应该使用和产生对人类健康和环境毒性很小或没有毒性的物质。（4）设计无危险的化学品（DesignSaferChemicals）。化学产品应该设计为可以有效地显示所期望的功能而毒性最小。《环境化学》第八章绿色化学的基本原理与应用8-22一、绿色化学的12条基本原理（5）安全的溶剂和助剂（SaferSolventsandAuxiliaries）。所使用的辅助物质包括溶剂、分离试剂、和其他物品当使用时都应是无害的。（6）设计要讲求能效（DesignforEnergyEfficiency）。化学加工过程的能源要求应该考虑它们的环境的和经济的影响并应尽量节省。如果可能，合成方法应在室温和常压下进行。《环境化学》第八章绿色化学的基本原理与应用8-23一、绿色化学的12条基本原理（7）使用可再生的原料（UseRenewableFeedstocks）。当技术和经济上可行，原料和加工厂粗料都应可再生。（8）减少衍生物（ReduceDerivatives）。如果可能，尽量减少和避免利用衍生化反应。因为，此种步骤需要添加额外的试剂并且可能产生废弃物。《环境化学》第八章绿色化学的基本原理与应用8-24一、绿色化学的12条基本原理（9）催化作用（Catalysis）。采用具有高选择性的催化剂比化学计量学的助剂优越得多。（10）设计要考虑降解（DesignforDegradation）。设计化学产品应使它们在功能终了时，分解为无害的降解产物并