绿色化学化工概论
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? 以植物为主的生物质资源是一个可再生的巨大 资源宝库，利用可再生资源可以消除污染，用 之不竭，实现可持续发展。
? 开发生物催化技术是关键。
国外生物技术生产大宗 化工产品已取得突破
? Du Pont 和 Genecor International 等合作建 成由玉米生产1，3―丙二醇(PDO) 装置，成 本比化学法低15％ 。
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
制药、精细化工——更需开发原子经济反应
绿色化学工艺的主要内容
原料绿色化： 无毒无害原料 可再生资源
绿色化学工艺
产品绿色化： 安全 可降解
过程绿色化： 原子经济性反应 绿色催化剂 绿色溶剂 过程强化—外场强化
—流程集约化 —装备微型化
12.2 绿色化学工艺的途径和手段
1.原料绿色化
利用可再生资源生产 大宗有机化工产品方兴未艾
第十二章 绿色化学化工概论
§12.1 §12.2 §12.3
绿色化学的基本概念 绿色化学工艺的途径和手段 绿色化工过程实例
背景
当代全球十大环境问题是： 大气污染 臭氧层破坏 全球变暖 海洋污染 淡水资源紧张和污染 土地退化和沙漠化 森林锐减 生物多样性减少 环境公害 有毒化学品和危险废物
其中至少有 7 个直接与化学 和化工产品等 化学物质污染 有关!
超临界二氧化碳代替有毒、有害 溶剂正在推广应用
超临界二氧化碳溶剂的优点
? 二氧化碳在常温下是气体，无色、无味、不燃烧 、化学性质稳定。
? 容易实现超临界状态（31.06℃ 7.39MPa） ? 来源丰富，价格低廉。 ? 超临界二氧化碳可很好地溶解一般有机化合物。
? 挥发性有机溶剂对环境的危害
-形成光化学烟雾 -引起和加剧多种呼吸系统疾病，增加癌症发病率 -导致谷物减产、橡胶硬化等，每年造成大量损失 -二氟二氯甲烷等破坏地球大气中的臭氧层
超临界流体
? 物质的温度和压力处于其临界值以上的一种特殊 状态的液体，处于气液不分的混沌状态。
? 具有液体的高密度、强溶解性； ? 具有气体的低粘度、高扩散性。
环境治理的历史回顾
★ 20世纪40~50年代 —— 稀释废物
★ 20世纪60~70年代 —— 废物后处理
★ 20世纪90年代 —— 从源头消除污染源
12.1 绿色化学的基本概念
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
（1）绿色催化剂
开发新一代苯与烯烃烷基化 无毒无害固体酸催化剂
工艺 乙烯与苯烷基化
传统工艺 AlCl3
绿色工艺
ZSM-5 气相法 USY、? 液相法
丙烯与苯烷基化 AlCl3
? 、MCM-22 液相法
长链烯烃与苯
HF
烷基化
固体酸-固定床
开发新一代芳烃烷基化 固体酸催化剂
? 分子筛固体酸催化剂 环境友好ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ但是：酸强度低，分布不均，酸
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”
★ 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”
反应物中原子有多少转化成了产物。
产物
废物或副产物
A＋B A＋B
C ＋D
废物
为零
C＋
甲基丙烯酸甲酯的生产工艺
传统工艺
绿色工艺
47%原子经济性
投资、成本低
100%原子经济性
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
25～100
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
? Cargill―DOW 公司正在建设一个14万t/a 的 聚乳酸工厂，用于生产塑料、纤维 。
美国国家研究委员会
（National Research Council)
从生物质原料所制产品的目标
产品种类
生物质原料产品所占比例/%
当前
2020年
2090年
液体燃料
1~2
10
50
有机化学品
10
25
90
2.过程绿色化
中心少；因而反应温度和压力高，产品杂质增 多。
? 为克服上述缺点，下一代固体酸催化剂 杂多酸、包裹型液体酸、 Nafion/SiO 2复合材
料、纳米分子筛复合材料、离子液体等 。
2.过程绿色化
（2）绿色溶剂
? 挥发性有机溶剂有广泛用途
–涂料和油漆的溶剂 –泡沫塑料的发泡剂 –微电子器件等的精密清洗 –服装干洗的清洗剂 –化工生产过程中作为溶剂
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。
原子经济性
Barry Trost：原子经济性(Atom Economy)概念
★ 中国
◆ 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》。 ◆ 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 ◆ 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
? 开发生物催化技术是关键。
国外生物技术生产大宗 化工产品已取得突破
? Du Pont 和 Genecor International 等合作建 成由玉米生产1，3―丙二醇(PDO) 装置，成 本比化学法低15％ 。
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
制药、精细化工——更需开发原子经济反应
绿色化学工艺的主要内容
原料绿色化： 无毒无害原料 可再生资源
绿色化学工艺
产品绿色化： 安全 可降解
过程绿色化： 原子经济性反应 绿色催化剂 绿色溶剂 过程强化—外场强化
—流程集约化 —装备微型化
12.2 绿色化学工艺的途径和手段
1.原料绿色化
利用可再生资源生产 大宗有机化工产品方兴未艾
第十二章 绿色化学化工概论
§12.1 §12.2 §12.3
绿色化学的基本概念 绿色化学工艺的途径和手段 绿色化工过程实例
背景
当代全球十大环境问题是： 大气污染 臭氧层破坏 全球变暖 海洋污染 淡水资源紧张和污染 土地退化和沙漠化 森林锐减 生物多样性减少 环境公害 有毒化学品和危险废物
其中至少有 7 个直接与化学 和化工产品等 化学物质污染 有关!
超临界二氧化碳代替有毒、有害 溶剂正在推广应用
超临界二氧化碳溶剂的优点
? 二氧化碳在常温下是气体，无色、无味、不燃烧 、化学性质稳定。
? 容易实现超临界状态（31.06℃ 7.39MPa） ? 来源丰富，价格低廉。 ? 超临界二氧化碳可很好地溶解一般有机化合物。
? 挥发性有机溶剂对环境的危害
-形成光化学烟雾 -引起和加剧多种呼吸系统疾病，增加癌症发病率 -导致谷物减产、橡胶硬化等，每年造成大量损失 -二氟二氯甲烷等破坏地球大气中的臭氧层
超临界流体
? 物质的温度和压力处于其临界值以上的一种特殊 状态的液体，处于气液不分的混沌状态。
? 具有液体的高密度、强溶解性； ? 具有气体的低粘度、高扩散性。
环境治理的历史回顾
★ 20世纪40~50年代 —— 稀释废物
★ 20世纪60~70年代 —— 废物后处理
★ 20世纪90年代 —— 从源头消除污染源
12.1 绿色化学的基本概念
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
（1）绿色催化剂
开发新一代苯与烯烃烷基化 无毒无害固体酸催化剂
工艺 乙烯与苯烷基化
传统工艺 AlCl3
绿色工艺
ZSM-5 气相法 USY、? 液相法
丙烯与苯烷基化 AlCl3
? 、MCM-22 液相法
长链烯烃与苯
HF
烷基化
固体酸-固定床
开发新一代芳烃烷基化 固体酸催化剂
? 分子筛固体酸催化剂 环境友好ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ但是：酸强度低，分布不均，酸
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”
★ 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”
反应物中原子有多少转化成了产物。
产物
废物或副产物
A＋B A＋B
C ＋D
废物
为零
C＋
甲基丙烯酸甲酯的生产工艺
传统工艺
绿色工艺
47%原子经济性
投资、成本低
100%原子经济性
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
25～100
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
? Cargill―DOW 公司正在建设一个14万t/a 的 聚乳酸工厂，用于生产塑料、纤维 。
美国国家研究委员会
（National Research Council)
从生物质原料所制产品的目标
产品种类
生物质原料产品所占比例/%
当前
2020年
2090年
液体燃料
1~2
10
50
有机化学品
10
25
90
2.过程绿色化
中心少；因而反应温度和压力高，产品杂质增 多。
? 为克服上述缺点，下一代固体酸催化剂 杂多酸、包裹型液体酸、 Nafion/SiO 2复合材
料、纳米分子筛复合材料、离子液体等 。
2.过程绿色化
（2）绿色溶剂
? 挥发性有机溶剂有广泛用途
–涂料和油漆的溶剂 –泡沫塑料的发泡剂 –微电子器件等的精密清洗 –服装干洗的清洗剂 –化工生产过程中作为溶剂
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。
原子经济性
Barry Trost：原子经济性(Atom Economy)概念
★ 中国
◆ 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》。 ◆ 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 ◆ 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