第五章、绿色化学的应用实例

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消毒等带来绿色革命。
1、二氧化氯
鉴于氯气(Cl2)可能导致生成二噁英,目前自来水的消毒只
有用具有氧化作用的二氧化氯(如ClO2)的趋势。ClO2是一种易
爆气体,易分解,因此通常现场制备、现场使用,其制备原理
是氯酸盐(如氯酸钾,KClO3)与还原剂(如二氧化硫,在反应体 系中由亚硫酸和硫酸直接产生)的反应
空气净化功能涂料能够有效解决自然界中自由基未被化
合的污染物质,如游离的甲醛、苯、酚等有害物质。 2、杀虫涂料 杀虫涂料是在涂料中加入有机杀虫剂,具有杀虫功能。 3、防辐射涂料
目前,引用中的防辐射涂料主要有吸收电磁杂波涂料和防
氡涂料。
4、抗菌涂料
抗菌涂料是在涂料基料中加入抗菌剂,使其具有抗菌或杀菌功能。
5、保健涂料
远红外保健涂料在涂料中掺入常温远红外释放基元材料,在常
温下吸收外部的热能,并将其转换为一定波长的远红外线,它对 生命体,尤其是对人体具有生物效应,能促进微循环,提高人体 的新陈代谢和免疫功能。 6、全氟碳涂料 作为绿色环保涂料的典型代表,全氟碳涂料以高效、环保、无 毒和引用广泛等特点,在最近十年的应用研究中得到较快发展。
C FX
F2 C
R2 OCOR C FX F
水性氟化聚烯烃树脂
四、涂料溶剂的趋零化——粉末涂料
与固相合成技术的思路类似,如果大大减少溶剂涂料中的
溶剂用量,甚至趋零化,也可以开发绿色涂料。目前,这 方面有不少成功的报道。
1、高固分涂料
高固分涂料即固体含量很高的涂料,其含固量一般为
60%~ 80%。现在,高固分涂料正向100%固分发展,也就是
艺严重污染环境,且产生致癌物。用臭氧漂白纸浆,严格控制反
应器中水的注入量,以便进行水洗并将纸浆分离出来,因而不存 臭氧可用臭氧机生产,只要通以110KV高电压,便可生产,且效 率越高,成本越低。
在用硫黄处理时的废气和臭味,基本消除了氯气漂白带来的污染。
3、过氧化氢(H2O2) 以氯为活性组分的消毒剂,如氯气、次氯酸钠,具有有 意的杀菌性能。但为明确达到杀菌效果,其有一定的残 留量,极易引起副作用。以过氧化氢为活性组分的绿色 消毒剂,不仅具有良好的杀菌效果,而且无色无味,其 残留物在水中很容易分解为氧气和水,无任何有害物质, 是环保型消毒剂。这类产品广泛应用于家庭及医院、学 校等公共场所,也可用于饮料包装物及生产装置的消毒。
具有不燃、无毒、不污染环境和节省资源等优点。 水性涂料一般有三种: (1)将水溶性高分子化合物(水性涂料树脂)溶解在水中配置而成, 如106涂料就是用水溶性的聚乙烯醇配制而成。
(2)以高分子乳液配制而成,通常称为乳胶漆。
(3)水性漆,即涂刷后水分蒸发,高分子化合物颗粒与特种助
剂结合形成高附着力的防水涂膜。
3、辐射固化涂料
辐射固化涂料具有高效、节能、无污染等优点,主要有
紫外光(UV)和电子束(EB)等固化方式。 辐射固化与其他固化方法相比,有许多独特的优点:固化 速度快、无污染、减少场地、提高产品档次、降低成本、 能满足特殊要求等。
五、其他绿色涂料——新型功能涂料
新型生态功能涂料是一种对环境无污染,对人居环境有益 的健康型涂料,其种类很多,如空气净化功能涂料、抗菌 涂料、杀虫涂料、防辐射涂料、远红外保健涂料等。 1、空气净化功能涂料
(或无公害)和低毒(或无毒)的涂料。
二、涂料本身的绿色化——海洋涂料 1、海洋船舶的涂料污染 涂料对海洋的污染主要是船体防垢涂料对海洋水体的污 染。(三丁基氧化锡 TBTO),但其毒性对海洋环境产生很 大影响,如给港口生物和海洋鱼类带来的严重威胁。 2、新型海洋涂料——海洋9号 美国(罗门哈斯)Rohm&Haas公司开发出“海洋9号”(4, 5-二氯-2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮),可作为新型防船体 积垢涂料。海洋9号能非常快的降解,在海水中半衰期为1 天,在地下仅为1h。
第三节
一、绿色涂料的含义
绿色涂料的开发
涂料是有高分子物质、颜料、填料、助剂和有机溶剂 等组成的混合物,能涂覆在基材表面,形成牢固附着连续
涂膜的新型高分子材料。涂料常用于建筑装修、汽车制装、
海洋船舶制造等行业,起到装饰及保护基体材料的作用。 目前,绿色涂料的开发,主要是控制涂料中挥发性有机物 (如溶剂、卤化物或芳香族碳氢化合物等)的总量,不用或 少用有机溶剂,严格限制有毒溶剂的使用,追求低公害
Cl
O
Cl
N S
3、我国海洋涂料的现状
我国是个海洋大国,拥有非常丰富的海洋资源和蓬勃发
展的海洋产业,海洋腐蚀和防护是我国经济发展中急需认 真解决的问题。(参阅该部分内容较有一定的现实性,如 使用范围、使用要求、技术难题、开发机构和现状)。
三、涂料溶剂的绿色化——水性涂料 由于涂料中VOC污染大气,严重损害生态环境,因此,许
第五章 绿色化学的应用实例
目前,绿色化学的基本原理和内容己经被广 泛的接受和应用。为了加强对绿色化学的理 解,本章侧重于从化学知识的角度对绿色化 学的应用进行解读。
第一节
新型汽油添加剂
为获得高质量汽油,提高汽油的抗震性,需在汽油中添加
四乙基铅[Pd(CH2CH3)4],但其最终产生的二溴化铅(PbBr2)进
一般来讲,5#柴油适合于气温在8℃以上时使用;0# 柴
油适用于气温在8℃至4℃时使用;-10#柴油适用于气温在
4℃至-5℃时使用;-20#柴油适用于气温在-5℃至-
14℃时使用;-35#柴油适用于气温在-14℃至-29℃时使 用;-50#柴油适用于气温在-29℃至-44℃或者低于该温 度时使用。专家表示,选用柴油的标号如果不适合使用温度 区间,发动机中的燃油系统就可能结蜡,堵塞油路,影响发 动机的正常工作。柴油的标号越低,结蜡的可能性就越小, 当然价格也就越高。在适用于一个标号柴油的温度区间内而
2、二噁英的结构
二噁英是一类具有高毒性芳香族化合物的总称,母体结
构为:
O
O
二噁英中毒性很强的一类化合物是母体结构的各种氯 代物(单氯代或多氯代)。芳环上可被氯取代的氢很多,
因此氯代二噁英的数目惊人。
Cl Cl
O O
毒性最强
Cl Cl
3、二噁英的产生
科学研究表明,用氯气对自来水进行消毒、杀菌 时,尤其是水中含有酚类物质时,极易生成二噁英 等有害的有机氯化物,其原因是氯化作用生成氯代 酚,而氯代酚可以进一步互相结合而失去小分子, 生成二噁英类物质。其反应式具体如下:
2KClO3 NaSO3 H2SO4
2ClO2 K2SO4 NaSO4 H2O
为了防止ClO2爆炸,在上述制备过程中要通入氮气(N2),将
ClO2冲淡并吹出。ClO2不仅可以用于自来水消毒,也可以
用于纸浆等的漂白,同样不会生成二噁英等有害的有机氯 化物,因此ClO2成为绿色试剂。 2、臭氧 当今,世界各国的造纸厂多用氯和次氯酸钠漂白纸浆,这种工
防爆添加剂,使人群,尤其是交通警察、炼油厂工
人、加油站职工和繁华马路附近居民等通过大气接
触MMT的机会大大增加 。研究表明锰在肾脏和前列
腺中蓄积量最高且有致癌性,目前不提倡多用。
汽油分为含铅汽油和无铅汽油两大类,还有一种乙 醇汽油。 目前加油站销售汽油一般分为90号、93号、97号、 98号汽油。其标号代表了汽油中辛烷值不同的含量。 辛烷值越高,其抗爆性越好,汽油发动机发生爆震 的可能性就越小。 柴油是柴油汽车、拖拉机等柴油发动机的燃料,也 称轻柴油。和气车用汽油一样,柴油也有不同的标 号,不同的是汽油标号由辛烷值确定,而划分柴油 标号的依据则是柴油的凝固点。目前国内应用的轻 柴油按凝固点分为6个标号:5#柴油、0#柴油、- 10#柴油、-20#柴油、-35#柴油和-50#柴油。 选用不同标号的柴油应主要根据使用时的气温决定。
作业:P71页, 二、2,3,4; 三、2、6、8、10、12、16 四、5
OH
+
Cl OH
3Cl2
Cl Cl Cl Cl Cl Cl
+
3HCl
O O Cl Cl
+
Cl O HCl
+
2HCl
Cl
Cl H O
除氯气消毒、漂白可能产生二噁英外,以卤代酚为原料 的化学反应(如2,4-D的合成)、森林燃烧、焚烧垃圾(尤
其是含氯等卤素的垃圾,如PVC的焚烧处理)等,都可能生
成二噁英。 在美国:焚烧垃圾产生二噁英占总量的95%. 森林火灾,聚氯乙烯手套等都会产生二噁英。 二、绿色漂白剂、消毒剂的开发 有漂白、消毒作用的氯气的代用品,有二氧化氯(ClO2) 和不含氯的过氧化氢(H2O2)、臭氧(O3)等物质,使用他们 的无污染漂白、消毒技术,将对传统的有严重污染的纸浆
无溶剂涂料。目前,高固分涂料研究开发的重点是低温(或 常温)固化型和官能团反应型。固化快,且耐酸、耐碱、耐 擦伤性好的高固分醇酸涂料,具有较低的粘度和较短的触干 时间,并能生成既硬又韧的涂膜,也成为研究开发的热点。
2、粉末涂料 粉末涂料以固体状态生产和涂装,不含大量有机溶剂及水。
粉末涂料主要分为热塑性粉末涂料和热固性粉末涂料。
最受欢迎的还是乙醇类添加剂,根据发展,将来只有醇
类汽油才能解决环境污染问题和能源危机的出路。但由于 添加量大又受到一定的发展限制。
第二节
一、氯气带来的危害
绿色消毒与漂白
在传统的消毒、漂白领域,常用的实际是氯气,
是利用其生成次氯酸(HClO)的氧化性。但氯气对
有机物的氧化作用,可能会生成有毒有机物。如
多国家尤其是发达国家对溶剂涂料的限制越来越严格。从减
少VOC排放量的角度出发,开发对环境友好的介质做溶剂的 涂料成为绿色涂料的重要发展方向。
1、绿色溶剂——乳酸乙酯 乳酸乙酯可100%地生物降解,可分解成二氧化碳和水。
2、水性涂料 涂料溶剂的绿色化,最常见的是以水为溶剂,因为水无毒、
无刺激、不燃、获取容易且成本低。水性涂料以水为分散介质,
选用低一级标号的柴油当然更好.
目前代替铅汽油的添加剂有:乙醇、二甲醚、甲基叔丁 基醚(MTBE)、甲基叔戊基醚(TAME)等,其中 MTBE己工业化大量生产也在大量使用,其反应物主要是 甲醇和异丁烯合成制备得到MTBE,并且原子转化率为
100%(注意该反应的化学式)。但该添加剂有一定的潜
伏毒性,目前不提倡推广使用。
4、高铁酸盐(K2FEO4) 高铁酸盐(钠、钾)是六价铁盐,具有很强的氧化 性,溶于水中能释放大量原子氧,从而非常有效 地杀灭水中的病菌和病毒,其自身则被还原成新 生态的氢氧化铁。氢氧化铁是一种品质优良的无 机絮凝剂,能有效地除去水中的微细悬浮物。
5、超临界水
超临界水是水以临界温度374℃、22.8MPa以上 状态存在的形式,它既不是气体,也不是液体。 水在这种状态下具有较强的消毒功能,通常在常 温常压下无法分解的物质(如二噁英等)在这种状 态下也会分解。 缺点是:成本太高
氯仿(CHCl3)、二噁英。特别是二噁英的生成,是
氯气由消毒必然将氯气的辉煌时代走向终结。
1、二噁英的恐怖史 1999年初,比利时等国饲料因被二噁英污染, 导致禽畜类制品、乳制品中的二噁英严重超标, 引起欧洲食品严重滞销,这就是全球瞩目、轰动 一时的“二噁英事件”。 二噁英的毒性约是氰化钾(KCN)的1000倍,是人 类目前发现的最毒的化合物(天然的生物毒素除外) 之一,被称为“毒中之王”。 (教材上二案例要参阅 P61页)
入大气会造成严重的铅(Pd)污染。 人们己寻找到的四乙基铅的代用品,包括含氧有机物,
如乙醇、二甲醚、甲基叔丁基醚(MTBE)、甲基叔戊基醚(TAME)
以及茂金属化合物(如甲基环戊二烯三羰基锰)等
ONa + CH3I
OCH3
+
CH3I
OCH3
2000年1月1日,我国颁布新的汽油标准,改用甲
基环戊二烯羰基锰(MMT)替代四乙基铅作为新的汽油
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