绿色化学与化工技术的进展

绿色化学的兴起
– 环境保护的推动 – 合理利用资源 – 降低成本
• 环境监测费用 • 废物处理费用 • 人身保健费用 • 社区安全保险费用等
绿色化学的主要内容
无毒无害原料 可再生资源
原子经济反应
环境友好产品 回归自然
废物回收利用
无毒无害 催化剂
无毒无害
溶剂
绿色化学的12条原则
1、防止废物的产生而不是产生后再来处理； 2、合成方法应设计成能将所有的起始物质嵌入到最终产物 中； 3、只要可能，反应中使用和生成的物质应对人类健康和环 境无毒或毒性很小； 4、设计的化学产品应在保护原有功效的同时尽量使其无 毒或毒性很小； 5、尽量不使用辅助性物质（如溶剂、分离试剂等），如果 一定要用，也应使用无毒物质； 6、能量消耗越小越好，应能为环境和经济方面的考虑所 接受；
绿色化学的12条原则
7、只要技术上和经济上可行，使用的原材料应是能再生的； 8、应尽量避免不必要的衍生过程（如基团的保护，物理与化学 过程的临时性修改等）； 9、尽量使用选择性高的催化剂，而不是提高反应物的配料比； 10、设计化学产品时，应考虑当该物质完成自己的功能后，不再 滞留于环境中，而可降解为无毒的产品； 11、分析方法也需要进一步研究开发，使之能做到实时、现场监 控，以防有害物质的形成； 12、化学过程中使用的物质或物质的形态，应考虑尽量减少实验 事故的潜在危险，如气体释放、爆炸和着火等。
25~100
制药、精细化工——更需开发原子经济反应
布洛芬—镇静、 止痛药的生产
Boots公司的Brown 方法
原子经济性 ~40%
布洛芬
第六步
第一步 第二步 第三步 第四步
第五步
BHC公司新
第一步
发明的绿色
方法
第二步
原子经济性
~99%
(包括醋酸)
获1997年美国总统 第三步 “绿色化学挑战奖”
简单 多了！
◆ 1997年5月，香山科学会议第72次学术研讨会：可持续发展问题对科学 的挑战——绿色化学
◆ 1998年合肥第一届国际绿色化学高级研讨会
◆ 1999年北京第16次九华山科学论坛“绿色化学的基本科学问题”
◆ 2000年科技部《国家重点基础研究发展规划项目》立项——石油炼制 和基本有机化学品合成的绿色化学
内容简介
☆ 大力开发医药等精细化工产品的 “原子经济”反 应，
力争实现废物“零排放” ☆ 大宗有机化工品的第二代绿色生产技术正在开发 ☆ 超临界CO2代替有毒、有害溶剂正在推广应用 ☆ 利用可再生资源生产大宗有机化工产品方兴未艾 ☆ 工农结合, 生产超清洁生物柴油 ☆ 永恒的主题——设计、生产和使用环境友好产品 ☆ 回收废塑料、纤维等材料，走上“闭路循环”之 路
★ 中国
制订了“科教兴国”和可持续发展策略，并 于1993年世界环境和发展大会之后，编制了 《中国21世纪议程》郑重声明走可持续发展道 路的决心。
◆ 1995年中国科学院化学部组织了《绿色化学与技术——推进化工生
产可持续发展的途径》院士咨询活动
◆ 1997年国家自然科学基金委“九五”重大项目：环境友好石油化工催 化化学与反应工程
替代剧毒光气等原料的绿色技术，研 究降低成本
开发新一代苯与烯烃烷基化无毒无害 固体酸催化剂
烃类氧化的“原子经济” 反应正在改进
20世纪80年代发明钛硅分子筛作为 催化剂
采用H2O2为氧化剂 实现下列“原子经济”反应
丙烯环氧化制环氧丙烷 环己酮氨氧化制环己酮肟 苯酚氧化制对苯二酚
Baeyer-Villiger反应 ——用于生产医药、塑料添加剂
传统工艺
O
O源自文库
Cl
+ Cl
+
O
O
O
O OH
OH
O
O
O
O
Cl
Cl
++
O
O
OH
OH
3-氯过苯甲酸氧化剂，原子经济性42%，产生3-氯苯甲酸废物
绿色工艺
O
O
锡/沸石
O
+
H2O2
+ H2O
负载锡的沸石催化剂，过氧化氢氧化剂，原子经济性86%，副
绿色化学与化工技术的进展
绿色化学(Green Chemistry)
——环境无害化学 ——环境友好化学 ——清洁化学
★ 从源头消除污染的途径
★ 新设计化学合成方法和化工产 品来根除污染源
各国政府推动绿色化学的措施
★ 美国
1990年美国颁布了《污染防治条例》， 将 污染的防治定为国策
1996年设定“总统绿色化学挑战奖”
(一)大力开发医药等精细化工产品 “原 子经济”反应，力争实现废物“零排放”
Barry Trost：原子经济性(Atom Economy)概念
产物
废物或副产物
A＋B
C＋D
废物
A＋B
C＋
为零
不同工业部门生产中的废物排放量
工业部门 炼油
大宗化学品 精细化工 制药
每吨产品排放的废物（吨/吨） ~0.1 1~5 5~20
+ + CaCl2 2H2O 废渣 污水
产物只有水
医药、农药、功能化学品的研究
——绿色化学最活跃的前沿领域
• 大力研究原子经济反应和手性合成 等
• 医药、农药等产品要引进多种官能 团和调整化学结构，生产往往经过 多步反应，需要配套开发技术，才 能推向工业化
(二)大宗有机化工产品的第二 代绿色生产技术正在开发
烃类氧化的“原子经济”反应正在改 进
★ 日本
制订“21世纪重建绿色地球”的新阳光计划， 设立“为地球创新技术的研究院”
★ 欧盟各国
德国 1991年制订“为环境而研究的计划” 英国 2000年设立“Jerwood Salters环境奖” 荷兰 制订“清洁生产手册”
1990年，美国通过了一项“防止污染行动”的法令。 1991年后，绿色化学由美国化学会（ACS）提出并成为美国国家 环保局（EPA）的中心口号。 1995年，美国前总统克林顿设立了“总统绿色化学挑战奖”， 从 1996年开始在华盛顿国家科学院每年颁发一次，这是化学领 域唯一的总统级科学奖。 1999年，世界上第一本《绿色化学》杂志诞生。 2000年，美国化学会出版了第一本绿色化学教科书。
丙烯环氧化制环氧丙烷
传统工艺—氯醇法：原子经济性=31%
+ 2CH3 CH CH2
2HOCl
次氯酸
+ CH3 CH CH2 CH3 CH CH2
OH Cl
Cl OH
1- 氯丙醇
2- 氯丙醇 O
+ + CH3 CH CH2 CH3 CH CH2 Ca(OH)2
石灰
OH Cl
Cl OH
2CH3 CH CH2