绿色化工工艺

2.绿色制药工艺
特征是药品生产路线与一般的传统生产路 线不同，把治理污染作为设计、筛选药品生 产工艺的首要条件，研究和发展无害化清洁 生产工艺，推行清洁生产工艺，即以低消耗 （物耗和水、电、气的消耗及工耗）、无污 染（至少低污染）、资源再生、废物综合利 用、分离降解等方式实现制药工业的生态循 环和环境友善的清洁生产的绿色结果。
3.1洁净煤技术 3.2生物质能

1.洁净煤技术
洁净煤技术是指从煤炭开发到利用的全过 程中旨在减少污染排放与提高利用效率的加 工、燃烧、转化及污染控制等新技术。洁净 煤技术（CCT）一词源于美国,旨在减少污染 和提高效益的煤炭加工、燃烧、转换和污染 控制等新技术的总称。
洁净煤技术
传统意义上的洁净煤技术主要是指煤炭的净化 技术及一些加工转换技术，即煤炭的洗选、配煤、 型煤以及粉煤灰的综合利用技术，国外煤炭的洗选 及配煤技术相当成熟，已被广泛采用；目前意义上 洁净煤技术是指高技术含量的洁净煤技术，发展的 主要方向是煤炭的气化、液化、煤炭高效燃烧与发 电技术等等。它是旨在减少污染和提高效率的煤炭 加工、燃烧、转换和污染控制新技术的总称，是当 前世界各国解决环境问题的主导技术之一，也是高 新技术国际竞争的一个重要领域。根据我国国情， 洁净技术包括：选煤，型煤，水煤浆，超临界火力 发电，先进的燃烧器，流化床燃烧，煤气化联合循 环发电，烟道气净化，煤炭气化，煤炭液化，燃料 电池。
直接烧煤洁净技术
这是在直接烧煤的情况下，需要采用的技术措施：①燃 烧前的净化加工技术，主要是洗选、型煤加工和水煤浆技术。 原煤洗选采用筛分、物理选煤、化学选煤和细菌脱硫方法， 可以除去或减少灰分、矸古、硫等杂质；型煤加工是把散煤 加工成型煤，由于成型时加入石灰固硫剂，可减少二氧化硫 排放，减少烟尘，还可节煤；水煤浆是先用优质低灰原煤制 成，可以代替石油。②燃烧中的净化燃烧技术，主要是流化 床燃烧技术和先进燃烧器技术。流化床又叫沸腾床，有泡床 和循环床两种，由于燃烧温度低可减少氮氧化物排放量，煤 中添加石灰可减少二氧化硫排放量，炉渣可以综合利用，能 烧劣质煤，这些都是它的优点；先进燃烧器技术是指改进锅 炉、窑炉结构与燃烧技术，减少二氧化硫和氮氧化物的排放 技术。③燃烧后的净化处理技术，主要是消烟除尘和脱硫脱 氮技术。消烟除尘技术很多，静电除尘器效率最高，可达９ ９％以上，电厂一般都采用。脱硫有干法和湿法两种，干法 是用浆状石灰喷雾与烟气中二氧化硫反应，生成干燥颗粒硫 酸钙，用集尘器收集；湿法是用石灰水淋洗烟尘，生成浆状 亚硫酸排放。它们脱硫效率可达９０％。


环境友好介质中的合成 在传统的有机反应中，有机溶剂是最常用 的反应介质，这主要是因为它们能很好地 溶解有机化合物。但有机溶剂的毒性和难 以回收性质又使之成为对环境有害的因素。 因此，在无溶剂存在下进行的有机反应， 用水作反应介质以及用超临界流体作反应 介质或萃取溶剂将成为发展洁净合成工艺 的重要途径。


催化化学 催化过程是实现高原子经济反应的重要途 径。应用催化方法还可以实现常法不能进 行的反应，从而缩短合成步骤。催化化学 使人类能够在现有的技术和设备条件下， 应用少量适当的催化剂，便可顺利地、有 选择地、高效率地合成所需要的化学物质， 且合成过程副反应少，没有或很少产生 “三废”。
3.绿色能源化工技术



组合化学 合成新分子，提供药物或其他功 能分子(如催化剂)的先导化合物 是合成化学的一项重要任务。而 药物及催化剂的开发涉及大量化 合物的合成与筛选，任务繁重， 采用传统的合成手段费时费力。 而组合化学则提供了一种达到分 子多样性的捷径。这方面的发展 非常迅猛，现已从合成肽库发展 到合成有机小分子库，并已筛选 出许多药物的先导化合物，成为 一个活跃的学科前沿
固相反应机理
与液相反应一样，固相反应的发生起始于两个 反应物分子的扩散接触，接着发生化学作用，生成 产物分子。此时生成的产物分子分散在母体反应物 中，只能当作一种杂质或缺陷的分散存在，只有当 产物分子集积到一定大小，才能出现产物的晶核， 从而完成成核过程。随着晶核的长大，达到一定的 大小后出现产物的独立晶相。
溶胶凝胶法基本原理
溶胶一凝胶法的主要步骤为将酯类化合 物或金属醇盐溶于有机溶剂中，形成均匀 的溶液，然后加入其他组分，在一定温度 下反应形成凝胶，最后经干燥处理制成产 品。
溶胶一凝胶(Sol-Ge1)技术是指金属有机或无 机 化合物经过溶胶一凝胶化和热处理形成氧化物或其 他固体化合物的方法。其过程：用液体化学试剂(或 粉状试剂溶于溶剂)或溶胶为原料，而不是用传统的 粉状物为反应物，在液相中均匀混合并进行反应， 生成稳定且无沉淀的溶胶体系，放置一定时间后转 变为凝胶，经脱水处理，在溶胶或凝胶状态下成型 为制品，再在略低于传统的温度下烧结。
1.1先驱物法
先通过准确的分子设计合成出具有预期组分、 结构和化学性质的先驱物，再在软环境下对先驱物 进行处理，进而得到预期的材料。其关键在于先驱 物的分子设计与制备。人们选择一种化合物如硝酸 盐、碳酸盐、草酸盐、氢氧化物、含氰配合物以及 有机化合物如柠檬酸等和所需的金属阳离子制成先 驱物，在这些先驱物中，反应物以所需要的化学计 量存在着，这种克服了制陶法中反应物间均匀混合 问题，达到了原子或分子尺度的混合。
水热法合成宝石采用的主要装置为高压釜， 在高压釜内悬挂种晶，并充填矿化剂。
高压釜为可承高温高压的钢制釜体。水热法采用的高压釜一 般可承受11000C的温度和109Pa的压力，具有可靠的密封系统 和防爆装置。因为具潜在的爆炸危险，故又名“炸弹”（bomb）。 高压釜的直径与高度比有一定的要求，对内径为100-120mm的高 压釜来说，内径与高度比以1：16为宜。高度太小或太大都不便控 制温度的分布。由于内部要装酸、碱性的强腐蚀性溶液，当温度和 压力较高时，在高压釜内要装有耐腐蚀的贵金属内衬，如铂金或黄 金内衬，以防矿化剂与釜体材料发生反应。也可利用在晶体生长过 程中釜壁上自然形成的保护层来防止进一步的腐蚀和污染。如合成 水晶时，由于溶液中的SiO2与Na2O和釜体中的铁能反应生成一 种在该体系内稳定的化合物，即硅酸铁钠（锥辉石 NaFeSi2O6acmite）附着于容器内壁，从而起到保护层的作用。
低热固相反应在合成化学中的应用
低热固相反应由于其独有的特点，在合成化学 中已经得到许多成功的应用，获得了许多新化合物， 有的已经或即将步入工业化的行列，显示出它应有 的生机和活力。随着人们的不断深入研究，低热固 相反应作为合成化学领域中的重要分支之一，成为 绿色生产的首选方法已是人们的共识相企盼。
1.绿色无机化工工艺
无机化工产品的原料主要来源于矿产资源，而 各种矿产品的有用元素含量又很低，通常要采取煅 烧、焙烧、烧结及熔融等处理再经过转化，方可获 得相应的无机化工产品。 传统无机化工产品生产工艺比较落后，原材料 能源等消耗比较大，生产劳动条件差，对环境污染 严重，这些已经成为制约无机化学工业可持续发展 的关键因素之一。因此必须改革传统生产工艺 ，解 决生产过程排放的废弃物，并设法将之变成有用的 化学产品，已达到资源和能源的充分利用、产品对 环境友好、生产工艺清洁的目的。
样的摩尔比，由于反应微环境的不同使固、 液反应有明显的差别。
应用
由于溶胶一凝胶技术在控制产品的成分 及均匀性方面具有独特的优越性，近年来已 用该技术制成LiTaO2、LiNbO2、PbTiO3、 Pb(ZrTi)03．BaTiO3等各种电子陶瓷材料。 特别是制备出形状各异的超导薄膜、高温超 导纤维等。
煤转化为洁净燃料技术
主要有以下四种：①煤的气化技术，有常压气化和加压 气化两种，它是在常压或加压条件下，保持一定温度，通过 气化剂（空气、氧气和蒸汽）与煤炭反应生成煤气，煤气中 主要成分是一氧化碳、氢气、甲烷等可燃气体。用空气和蒸 汽做气化剂，煤气热值低；用氧气做气化剂，煤气热值高。 煤在气化中可脱硫除氮，排去灰渣，因此，煤气就是洁净燃 料了。②煤的液化技术，有间接液化和直接液化两种。间接 液化是先将煤气化，然后再把煤气液化，如煤制甲醇，可替 代汽油，我国已有应用。直接液化是把煤直接转化成液体燃 料，比如直接加氢将煤转化成液体燃料，或煤炭与渣油混合 成油煤浆反应生成液体燃料，我国已开展研究。③煤气化联 合循环发电技术，先把煤制成煤气，再用燃气轮机发电，排 出高温废气烧锅炉，再用蒸汽轮机发电，整个发电效率可达 ４５％。我国正在开发研究中。④燃煤磁流体发电技术，当 燃煤得到的高温等离子气体高速切割强磁场，就直接产生直 流电，然后把直流电转换成交流电。发电效率可过５０％～ ６０％。我国正在开发研究这种技术。
搅拌速度以及反应时间等。
1.3溶胶-凝胶法
制造固体催化剂的方法之一，即以凝胶方式从 溶液中沉淀出来的方法。从溶液中析出凝胶沉淀， 需要经过由分子或离子在溶剂中凝聚成溶胶，以及 溶胶中的胶体粒子凝结成凝胶这两个过程。 凝胶是一种体积宠大，疏松，含水很多的非晶 型沉淀。不同的制备和后处理条件，可使产品在孔 结构，比表面等物理结构在很大范围内变化。活性 氧化铝和硅胶等是用凝胶法生产出来的。
开发应用
为了减少直接烧煤产生的环境污染，世界 各国都十分重视洁净煤技术的开发和应用。 经过20 多年的发展国外的煤炭气化、液化以 及发电技术已经日趋成熟。通过实施洁净煤 技术,煤矿企业在经济上增加盈利,环境由此得 到改善,使经济增长和保护环境协调发展。我 国是烧煤大国，７０％以上的能源依靠煤炭， 大力发展洁净煤技术有更重要意义。

改变原料进行绿色化生产，包含两个方面 的内容：一为原料本身不是绿色原料，但 改变原料后，副产物大大减少，原子经济 性提高；二为采用绿色原料，原有的工艺 将产生变化，如21世纪用绿色原料碳酸二 甲酯（DMC)代替有毒的硫酸二甲酯(DMS) 作烷基化试剂，碳酸二甲酯是一种重要的 绿色化工产品，把温室效应的气体作为有 效碳源用来合成有机化学品符合公众对于 环境保护的愿望。因此，以CO2和甲醇为 原料直接合成DMC就更具重要的理论和现 实意义。
1.2水热法
水热法是利用高温高压的水溶液使那些在大 气条件下不溶或难溶的的物质溶解，或反应生成 该物质的溶解产物，通过控制高压釜内溶液的温 差使产生对流以形成过饱和状态而析出生长晶体 的方法。 自然界热液成矿就是在一定的温度和压力下， 成矿热液中成矿物质从溶液中析出的过程。水热 法合成宝石就是模拟自然界热液成矿过程中晶体 的生长。
1.4低热固相化学
一个室温固——固反应的实例：固体4—甲基苯 胺与固体CoCl2· 6H2O按2：1摩尔比在室温(20℃) 下混合，一旦接触，界面即刻变蓝，稍加研磨反应 完全．该反应甚至在0℃同样瞬间变色。但在CoCl2 的水溶液中加入4—甲基苯胺(摩尔比同上)，无论是 加热煮沸还是研磨、搅拌都不能使白色的4—甲基 苯胺表面变蓝，即使在饱和的CoCl2水溶液中也是 如此。这表明虽然使用同样的起始反应物、同
矿化剂指的是水热法生长晶体时采用的溶剂。
水热法ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ点：
1）合成的晶体具有晶面，热应力较小，内 部缺陷少。其包裹体与天然宝石的十分相近。 2）密闭的容器中进行，无法观察生长过程， 不直观； 3）设备要求高（耐高温高压的钢材，耐腐 蚀的内衬）、技术难度大（温压控制严格）、 成本高； 4）安全性能差；
水热法生产的特点是粒子纯度高、分散性 好、晶形好且可控制,生产成本低。用水热法制 备的粉体一般无需烧结,这就可以避免在烧结过 程中晶粒会长大而且杂质容易混入等缺点。影 响水热合成的因素有:温度的高低、升温速度、
绿色制药的内容




设计或重新设计对人类健康和环境更安全的 化合物 研究、变换基本原料和起始化合物 研究新的合成转换反应和新试剂 研究反应条件
应用


计算机辅助的绿色化学设计 在设计新的绿色化学反应时，既 要考虑产品性能好，又要价格低 廉，还要产生最少的废物和副产 品，而且要求对环境无害，其难 度之大是可想而知的。因此化学 家们在设计绿色化学反应时，要 用开阔的思路去考虑