绿色化学 (Green Chemistry)

在后来的30年间，千百万吨滴滴涕在全世界被使用。在非 洲，它可能拯救了几百万人的性命。消灭了虫害，农民的 收成剧增。 但不久以后，人们发现有些昆虫对滴滴涕产生了抗药性， 药效不如从前那样明显了，动物在吃了喷过滴滴涕的植物 后，滴滴涕能在其体内积累。由于滴滴涕在动物体内未被 降解，这使人担心它会通过食物链传递下去。 对滴滴涕积聚的最初警告信号是来自对鸟类的研究。 Rachel Carson发现鸟类从吃下的昆虫那里吸收了滴滴涕， 从而使产下的蛋壳变薄。薄蛋壳很容易破碎，致使幼鸟死 去。既然滴滴涕能影响鸟类，难道它不会影响人类吗？
氨氮 重金属
有机物 油 类 氰化物
电镀厂、冶炼厂等
农药厂、染料厂、食品加工厂 石油炼制厂、石化厂 煤气厂、有机合成厂、石化厂、
酚、醛、 煤气厂、石化厂、炼油厂、农药厂、氯碱厂 有机氯等 硫化物 石化厂、氯碱厂、染料厂、煤气厂、染料厂
化学工业的主要污染物──废渣
污染物 硫铁矿渣 主 要 来 源 硫酸厂 化工厂、氯碱厂
化工生产与环境问题
全球十大环境问题： 其中七个问题与化学物质污染有关， 另外三个问题与化学污染有间接关系。 对环境的污染，化学品及其生产过程的 问题是比较严重的。
20世纪化学工业带来的污染 (世界八大公害事件)
事件 马斯河 谷烟雾 多诺拉 烟雾 伦敦烟 雾 二氧 化硫 烟尘 污染 物 发生时 间、地点 致害原因 中毒症状
二、绿色化学的概念及内涵
绿色化学(green chemistry)，又称清洁化学(clean chemistry)、 环境无害化学(enviromentally benign chemistry)、环境友好化学 (enviromentally friendly chemistry)。绿色化学有三层含义：第一， 是清洁化学，绿色化学致力于从源头制止污染，而不是污染后的 再治理，绿色化学技术应不产生或基本不产生对环境有害的废弃 物，绿色化学所产出来的化学品不会对环境产生有害的影响，第 二，是经济化学，绿色化学交其合成过程中不产生或少产生副产 物，绿色化学技术应是低能耗和低原材料消耗的技术；第三，是 安全化学，在绿色化学过程中尽可能不使用有毒或危险的化学品， 其反应条件尽可能是温和的或安全的，其发生意外事故的可能件 是极低的。总之，绿色化学是用化学的技术和方法去减少或消灭 对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、溶剂和试剂、催 化剂、产物、副产物、产品等的产生和使用。
问题的提出
我国政府和地方政府投入了3500亿人
民币用于治理环境污染，“十五”期间 将投入7000亿元人民币治理环境污染， 给国家、企业、消费者带来了沉重的负 袒，而且这些环境治理并没有从根本上 预防和解决环境问题。
经济发展中粗放型wenku.baidu.com济增长模式的实践 体现在企业生产中表现为高投入、 高消耗、低产出、低效益和高污染
领 域
年代
主要成就
作用
天然气、氢烃蒸气裂 奠定石油工业 1921年 解制造乙烯 发展基础 石 1930年 油 1938年 工 业 1939 ～45年 开始生产聚氯乙烯
生产出化纤尼龙 开始生产顺丁橡胶 成功开发石化 产品：合成纤 维、橡胶、塑 料、洗涤剂、 涂料、粘合剂 家电部件、… 遍及衣食住行
化学工业的主要污染物 ── 废气
绿色化学的特点
• 绿色化学所研究的中心问 题是使化学反应具有以下 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）产品应是环境友好的。 • （5）满足“物美价廉”的传 统标准
《寂静的春天》这本书第一次对人类长期流行于全世界 的口号——“向大自然宣战”、“征服大自然”的绝对正 确性提出了质疑。她指出，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。 尽管当时的工业界特别是化学工业界对她发起了猛烈 的抨击，而当时的美国政府也没有及时给予卡逊应有的 支持，使卡逊在《寂静的春天》出版两年后，因癌症和 遭受空前的诋毁、攻击而与世长辞，然而卡逊惊世骇俗 的预言，像是黑暗寂静中的一声呐喊，终于唤醒了人类 。科学家和生态学家得出结论，使用滴滴涕弊多利少。 1971年，美国环保署成立，1972年正式立法宣布禁止 使用DDT 。 Rachel Carson 被誉为人类环保事业的“普罗米修斯 ”。
公害 成因
SO2→SO3 → 1930年12月 比利时马斯河 肺部、咳 谷 嗽… 1. 工厂多 1948年10月 工业污染 SO2+烟尘→ 美国多诺拉 硫酸 →肺部、 物积聚 2. 遇雾天 1952年12月 咳嗽、胸闷、 喉痛、呕吐 英国伦敦
世界八大公害事件
事件 污染 物 发生时 间、地点 致害原因 中毒症状 公害 成因
世界八大公害事件
事件 污染 物 发生时 间、地点 致害原因 中毒症状 公害 成因
米糠油 多氯 事件 联苯
食用含多氯联 生产中 1968年日本 苯的米糠油、 多氯联 九州艾知县 全身起红疙瘩、 苯进入 等23个府县 呕吐、恶心、 米糠油 肌肉通
1972年3月 日本富山 关节、神经、 炼锌厂 全身骨痛、骨 含镉废 骼萎缩、食含 水 镉的米、水
电石渣、盐泥 磷石膏
碱渣 煤渣 铬渣 硼镁渣 提取化工产品后的矿物
磷肥厂
炼油厂 小氮肥厂、合成氨厂 含铬产品厂 硼砂厂 各类化工厂
全球十大环境问题： ◇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、 ◇有害化学品和危险废物”。
洛杉矶 光化 光化学 学烟 烟雾 雾
水俣 事件 甲基 汞
四日 SO2 事件 煤尘 哮喘病 …
石油工业、汽 氮氧、碳 1943.5-12月 车尾气/紫外 氢化物→ 美国洛杉矶 线作用、眼病 大气 喉头炎 1943年 鱼吃甲基汞、 氮肥生产 日本九州 人吃鱼→失常 催化剂 Co/Mn/ 1955年3月 重金属微粒 日本四日市 SO2 →肺部,支 Ti粉尘 SO2 气管哮喘
三、绿色化学的主要研究内容
• 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；
有关统计资料显示： 指标 我国状况 人均资源拥有量 我国≈1/2世界平均水平 资源消耗、能耗指标 我国大大高于国际平均水平
1
单位国民生产总值
消耗的矿物资源 2 能源消耗
我国= (2～4)发达国家 我国= (3～4)发达国家
环境保护运动呼唤绿色化学
环境保护的警世之作——《寂静的春天》 1962年，美国女科学家Rachel Carson所著《Silent Spring》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”。DDT(双对氯苯基三氯乙 烷),1939年被发明，1941年上市。昆虫一碰到它，便因神 经系统麻痹而被杀死。 将它喷酒在农作物上，或喷酒在带 菌昆虫赖以繁殖的沼泽类地区 将它喷酒在农作物上，或喷 酒在带菌昆虫赖以繁殖的沼泽类地区，会收到良好的灭虫 效果。
问题的提出
事件提高了人类对化学品对生态环 境、人身健康、社区安全影响的普遍关 注。 美国政府提出的有关规定： 1900～1960年 制定了16项环保法规 1960～1995年间 制定了100项环保法律。
问题的提出
经过几十年的努力，这些污染的控 制、治理和研究已取得了巨大的成绩， 发明了处理废弃物的方法，治理了危险 的污染点，减少了废弃物的排放。 但各国生产使用的化学产品产量巨 大，如美国每年约排放3×109t，化学废 弃物进入环境，用于控制治理或掩埋废 弃物的花费巨大。美国化学工业每年要 花1500亿美元去控制、处理或掩埋这些 废弃物。
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(Atom Economy)的概念
绿色化学讲座
（Green Chemistry）
济源职业技术学院冶金化工系
一、绿色化学产生的背景
20世纪化学工业的贡献
领域
生物 医药 化工 化肥 农药
年代
1928年
主要成就
作用
减轻疼痛 预防疾病 保健益寿 减轻人口 增长、对 食品需求 的压力
发现第一个抗生素： 盘尼西林 1953年 发现DNA双螺旋结构 1913年 合成氨化肥的生产 主要杀虫剂DDT 进 1941年 入市场增产粮食、蔬 菜
（2）20世纪中期至八十年代末——末端治理时期 由于对化学品的环境危害有了较多的了解，各国政府相 继立法限制废物的排放浓度和排放量，于是许多企业不 得不将废水、废气和废渣进行处理后才能排放，然而这 并没有从根本上解决环境污染问题。一方面有毒有害物 质仍源源不断地被排放到环境中，1993年美国仅以365种 有毒物质估算，其排放量就达到了30亿吨。另一方面， 处理污染物所需费用十分巨大。1992年，美国化学工业 用于环保的费用为1150亿美圆，而美国政府清理已污染 地区的费用更高达7000亿美圆。高昂的费用使环境治理 陷入困境。
富山 骨痛病
镉
其它化学污染
事件
河面着火
发生时间、地点
～1970年 美国俄亥俄州 Cuyahoga河 1984年印度 Bhopal化工厂
致害原因及严重后果
严重化学污染引起河面 着火 甲基异氰酸大量泄漏致 死约4000人，伤者无数。
化学中毒
皮癌增多
氟氯烃对大气臭氧层破 1980年以后探明 坏，紫外光透过大气层
污染物 硫氧化物 氮氧化物 卤化物 有机类废气 固体悬浮物 硫化氢 硫醇 主要来源 硫酸厂、硝酸厂、染料厂、石 化厂、化纤厂
氯碱厂、制冷剂厂、有机合成厂 石化厂、有机合成厂 发电厂、焦化厂
石化厂、煤气厂、染料厂
化学工业的主要污染物──废液
污染物 主 要 来 源 煤气厂、氮肥厂、化工厂 酸、碱类 硫酸厂、硝酸厂、磷肥厂、纯碱厂、石化厂
环境保护经历的三个时期
(1) 20世纪中期以前——稀释废物来防治污染时期 在20世纪中期以前，由于对化学物质的长期毒性、生物积累 乃至致癌性缺乏足够的认识，认为只要充分降低某一化学物 质在特定介质中的浓度就足以减轻其最终影响，人们是将化 学品直接排放到大气、水体和土壤中作为其最终处理方法的。 应当说自然生态系统对某些外来的化学物质是有一定的抵抗 和净化能力（称为环境的自净能力）的，但这种能力是有一 定限度的，当污染物超出环境的自净能力时，就会对环境造 成严重破坏，进而通过呼吸、饮食等途径进入人体，威胁人 类健康。因此，采用稀释废物来防治污染的办法导致了20世 纪30年代以来世界范围内的八大公害事件。
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；
（3）20世纪九十年代以后——污染预防为主，末端治 理为辅时期 1990年，美国颁布了污染防止法案，将污染防止确定为 美国的国策。绿色化学在这一背景下应运而生。绿色化 学的目标是改变现有化学化工生产的技术路线，实现从 “先污染，后治理”向“从源头上根除污染”的转变。 目前，世界各国对绿色化学与化工技术的研究十分重视， 进展非常迅速，已出现一批生产大宗有机化学品的绿色 化学技术。可以预见，绿色化学将成为实现经济和社会 可持续发展的有效手段。