绿色化学

第二章产品清洁生产第一节生命周期评价第二节生态设计第三节环境标志第四节绿色化学绿色化学(GreenChemistry)一、绿色化学的概念和内涵二、绿色化学的主要研究内容三、绿色化学的原则•根据中国化学会数据，人类已知的化合物数量达数千万种，诺贝尔化学奖中有近70届与有机化学有关，世界化学工业中有机化工的比重占70%以上。阿尔弗雷德·诺贝尔传统化学的贡献举例：1928年：青霉素，人类抗疾病能力增强1913年合成氨，1941年DDT：化肥、农药业迅猛发展，减轻了人口增长对粮食需求的压力1930年聚乙烯：石油化学工业，新型材料应用1939年顺丁橡胶：新型材料，用于计算机等问题：化学工业造成了严重的环境污染！环境保护运动呼唤绿色化学1962年，美国科学家RachelCarson所著《寂静的春天》出版，书中详细地叙述了DDT等杀虫剂对各种鸟蛋的影响，使鸟类数量急剧减少，使原来花红叶绿、百鸟歌唱的春天变得“一片寂静”。1939年发明，1941年上市，灭虫效果非常好。千万吨DDT在全世界使用，消灭了虫害，增加了农民收成，使许多人免于饥荒。DDT(双对氯苯基三氯乙烷)既然DDT能影响鸟类，难道它不会影响人类吗？但不久人们发现，有些昆虫对DDT产生了抗药性，而且DDT能在生物体内积累并通过食物链传递和富集。Carson发现DDT使鸟类产下的蛋壳变薄，容易破碎，致使幼鸟死去。《寂静的春天》指出：化学杀虫剂的生产和应用，会殃及很多有益生物，连人类自己也不能幸免。越来越多的证据使科学家和生态学家得出结论，使用DDT弊多利少。1971年，美国环保局成立，1972年正式立法宣布禁止生产和使用DDT。Carson被誉为人类环保事业的“普罗米修斯”。一、绿色化学的概念和内涵绿色化学：GreenChemistry环境友好化学:EnvironmentallyFriendlyChemistry清洁化学:CleanChemistry绿色化学的名称：绿色化学是指，在制造和应用化学产品时有效利用原料，消除废物，避免使用有毒和危险的试剂和溶剂。--《绿色化学》事实上，没有一种化学物质是完全良性的，化学品及其生产过程或多或少会对人类产生负面影响。绿色化学的目的是使化学产品的危害尽可能地小。绿色化学有三层含义：•清洁致力于从源头防止污染，而不是污染后再治理，绿色化学技术应不产生或基本不产生有害废弃物。•经济绿色化学技术应是低能耗和低原材料消耗的技术。•安全在绿色化学过程中尽可能不使用有毒或危险的化学品，其反应条件应是温和的或安全的，发生事故的可能性极低。绿色化学的特点：1.采用无毒、无害的原料；2.在无毒无害的反应条件下进行；3.具有“原子经济性”，即反应具有高选择性，极少副产品，甚至实现零排放；4.产品环境友好；5.满足“物美价廉”的传统标准。无毒无害原料可再生资源原子经济反应高选择性反应环境友好产品无毒无害催化剂无毒无害溶剂二、绿色化学的主要研究内容原子经济性(AtomEconomy)“原子经济性”是指原料中的每一个原子都进入所期望的产品中，原子利用率为100%。原子经济性的概念是1991年美国著名有机化学家B.M.Trost提出的，以原子利用率衡量反应的原子性。%100质量反应使用的全部原子的被利用的原子的质量原子利用率例：以往制备帕金森病药物Lazabemide是从2-甲基-4-乙基吡啶出发经八步反应合成，总产率仅8%，而利用了钯(Pd)为催化剂可一步完成，且原子利用率可达100%。NClCl+CO+PdNClNHOCH2CH2NH3H2NCH2CH2NH22009年10月13日，Trost教授访问清华大学化学系美国总统绿色化学挑战奖•设立于1996年，旨在奖励在研究、开发和应用绿色化学技术方面获得杰出成就的个人、集体或组织。共有5个奖项：学术奖、小企业奖、变更合成路线奖、改进溶剂和反应条件奖和设计更安全化学品奖，由来自美国政府、环保局、美国科学院、美国化学会、美国国家基金委员会的专家从候选提名中评选产生。绿色化学案例—产品（1）杀虫剂美国有近一百五十万住户为白蚁所困扰，每年需一千五百万美元的开支用于对付白蚁，造成的环境污染问题也相当严重。DowArgoScienceLLC公司由于发展了高效低毒的杀虫剂而获得1999年美国总统绿色化学挑战奖的设计安全化学品奖。1996年Rohm&Haas公司开发的CONFIRM杀虫剂在农业上能有选择地、有效地杀死毛虫而对其它生物无害，而且不发生生物积累、不在环境中长久残留，不危及整个生态系统，（2）防垢剂以往为了防止许多海洋植物与小动物在船体表面生长，常使用三丁基氧化锡(TBTO)作防垢剂。但TBTO不仅有毒，而且会在生物体内积累并使贝壳类动物的贝壳增厚。Rohm＆Haas(罗门哈斯公司)因为1996年研制成功并生产了对环境安全的船舶防垢剂—Sea–Nine(“海洋9”)无毒，且生物积累几乎为零。为此获设计更安全化学品奖。（4）除草剂2000年南开大学元素有机研究所在李正名教授领导下研制成功的新型除草剂—“单嘧璜隆”，不仅对危害作物的主要杂草如马齿苋、荠菜、茅草和马唐等具有很好的预防和消除功能，而且对温血动物几乎无毒。利用生物质(生物原料)(Biomass)代替当前广泛使用的石油，是保护环境的一个长远的发展方向。TaxasA&M大学的Holzapple教授开发了一套用石灰处理和细菌发酵等简单技术，把废生物质转化成动物饲料、工业化学品和燃料，是人类在这个重大问题上一个初步尝试，为此获1996年美国总统绿色化学挑战奖中的学术奖。绿色化学案例—原料用生物质制造汽车燃料—乙醇据美国能源部预测，世界石油资源将在50年内面临枯竭的危险。以谷物淀粉为原料的发酵法制造酒精，是一门具有4000-5000年的古老工艺，而酒精作为机动车燃料的潜力多年来已为人所知。目前酒精作为机动车燃料主要是掺入汽油中，与汽油混合使用。传统的发酵工艺，以谷物为原料，原料成本高，且利用率低，能耗很大，因此酒精成本高。要想将其大规模用于机动车燃料必须降低成本。用生物质制造汽车燃料—乙醇降低成本的办法有二，其一是利用基因工程改进酵母的性能以提高过程效率，其二是采用更为廉价的纤维素原料。谷物发酵酒精燃料用更廉价的纤维素用更先进的工艺三、绿色化学的主要原则1.原子经济性2.防止污染，而不是污染后再治理3.低毒化学合成4.安全化学品5.安全的溶剂或助剂6.使用可再生原料绿色化学从科学观点看—化学科学的创新从环境观点看—从源头上消除污染从经济观点看—有效利用资源和能源，降低生产成本符合经济和社会可持续发展的要求20世纪化学工业为衣、食、住、行、保健和娱乐以及国防安全提供了丰富的化学物质，也造成了不同程度的环境污染。21世纪绿色化学的进展将推动经济和社会的可持续发展，帮助人们实现健康幸福的生活。2009年诺贝尔化学奖获得者：（从左至右）万卡特拉曼-莱马克里斯南(印度，美国籍)、托马斯-施泰茨(美国)和阿达-尤纳斯(以色列)，致力于“核糖体结构和功能的研究”。Thanksforyourattention!