绿色化学工艺——基本原理2
绿色化学
浅析绿色化学摘要：本文由绿色化学的基本概念出发，简要介绍了绿色化学的特点、原则、绿色化学研究的基本原理及基本内容。
分析了绿色化学在有机化学化工中的应用,并对其发展趋势进行了展望.关键词：绿色化学，原则，原子经济性，绿色化绿色化学是指使化学反应效率更高，反应物最大限度地变成有用的产物，而且产生的无用副产物和其他废物越少的化学，它又被称为环境无害化学、环境友好化学和清洁化学。
是利用化学来防止污染的一门科学,通过一系列的原理和方法来降低或去除化学产品设计、制造和应用中有害物质的使用和产生，使所涉及的化学产品和过程更加环境友好。
它涉及有机合成、催化、生物化学、分析化学等学科，内容广泛。
绿色化学的最大特点是在始端就采用预防污染的科学手段，因而过程和终端均为零排放或零污染。
一、绿色化学特点及原则绿色化学的主要特点是：1.充分利用资源和能源，采用无毒、无害的原料；2.在无毒、无害的条件下进行反应，以减少废物向环境排放；3.提高原子的利用率，力图使所有作为原料的原子都被产品所消纳，实现“零排放”；4.生产出有利于环境保护、社区安全和人体健康的环境友好的产品。
绿色化学的研究者们总结出了绿色化学的12条原则：1.防止废物的产生优于在其生成后再处理或清理。
2.设计合成方法时应最大限度地使所用的全部材料均转化到最终产品中。
3.尽可能使反应中使用和生成的物质对人类和环境无毒或毒性很小。
4.设计化学产品时应尽量保持其功效而降低其毒性。
5.尽量不用辅助剂，需要使用时应采用无毒物质。
6.能量使用应最小，并应考虑其对环境和经济的影响，合成方法应在常温、常压下操作。
7.最大限度地使用可更新原料。
8.尽量避免不必要的衍生步骤。
9.催化试剂优于化学计量试剂。
10.化学品应设计成使用后容易降解为无害物质的类型。
11.分析方法应能真正实现在线监测，在有害物质形成前加以控制。
12.化工生产过程中各种物质的选择与使用，应使化学事故的隐患最小。
绿色化学工艺绿色无机化学工艺1
几种无机产品的绿色化学工艺 先驱物法绿色化学工艺 水热法绿色化学工艺 溶胶-凝胶法绿色化学工艺 低热固相反应
1
绿色化学工艺—— 绿色无机化学工艺
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、烧结及熔融等处理在经过转 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、产品对环境有好、生产工艺
2
清洁的目的。
绿色化学工艺—— 绿色无机化学工艺
2
绿色化学工艺—— 绿色无机化学工艺
氯碱生产废水处理
将各个段废水集中送入配水槽经沉降除砂，经 油水分离除油污后进入调节池，并在调节池内进行 酸碱中和反应。
3
绿色化学工艺—— 绿色无机化学工艺
盐泥综合利用
对盐泥的综合利用主要是回收氧化镁制 成轻质氧化镁，以作为油漆、橡胶、造纸工 业填充剂，或做镁砖、坩埚等优质耐火材料 之用。
过去工艺缺点：转化率低、成本及能耗高、 产量低、环境污染严重等
6
绿色化学工艺—— 绿色无机化学工艺
碳化硅晶须连续生产绿色化学工艺
绿色化学工艺的原则对碳化硅生产进行重新设 计，用工业硅酸钠和盐酸，采用独特的操作工艺， 制得活性高、粒度细、SiO2-C混合均匀、疏松性好 的SiC晶须原料。改连续化绿色生产新工艺的特点在 于生成硅胶沉淀物过滤、洗涤性能优良，易通过洗 涤除去杂质；能耗和成本低，环境保护好；在原料 制备、连续进出料、合成气氛、催化剂及生长空间 等方面具有绿色特性。气体和固体物料在反应器内 逆流接触，气体封闭循环使用，实现了有毒气体零 排放，保证了生产过程绿色化。
《绿色化学化工技术》课件
• 详细描述：在制药领域，采用绿色化学化工技术可以开发出更加高效、安全的合成方法和药物制剂，降低药物生产和应用对环境的影响。在农业领域，采用绿色化学化工技术可以开发 出更加环保、安全的农药和化肥，减少对土壤和水资源的污染。在能源领域，采用绿色化学化工技术可以开发出更加高效、环保的燃料和能源生产工艺，降低对化石燃料的依赖和环境 污染。在环保领域，采用绿色化学化工技术可以处理各种污染物，如废水、废气、固体废物等，降低对环境的负面影响。
案例二
原子经济性反应在绿色合 成中的应用
案例三
绿色合成中的环境友好介 质
案例一
生物催化在绿色合成中的 应用
案例四
绿色合成中的高效合成策 略
绿色分离实践案例
案例一
膜分离技术在绿色分离中的应用
案例二
超临界流体萃取在绿色分离中的 应用
案例三
绿色分离中的新型吸附剂
案例四
绿色分离中的节能减排技术
绿色过程实践案例
总结词
绿色过程技术是指采用高效、低能耗、环境友好的过程控制方法，实现化工生产的优化和节能减排。
详细描述
绿色过程技术包括反应动力学模型、过程强化、能量回收等。这些技术能够提高反应效率，降低能耗 和资源消耗，减少废物产生，是实现化工生产节能减排和可持续发展的重要手段。
04
绿色化学化工技术实践案例
绿色合成实践案例
详细描述
20世纪90年代初，绿色化学的概念被提出，强调在化学品的设计、开发和生产中考虑环境影响。随后，绿色化学 化工技术在多个领域得到应用，如制药、农业、能源等。进入21世纪，随着环保意识的提高和技术的发展，绿色 化学化工技术的研究和应用越来越广泛，成为化学和化工领域的重要发展方向。
绿色化学工艺
案例：ClO2合成及消毒过程 的绿色化学与工艺
1.——ClO2合成的绿色化学工艺 2.——制取ClO2的工艺及存在的问题 3.——工艺改革使ClO2合成实现绿色化 4.——ClO2 的合成呈三大趋势 5.——ClO2消毒过程的绿色化学与工艺 6.——ClO2对饮用水消毒的绿色工艺
1.ClO2合成的绿色化学工艺
1 .可把水中少量的S2- 、SO3-2 、SnO2-2 、AsO32 、SbO3-2 、NO2- 和CN- 等有毒有害的还原性 酸根氧化去除。如ClO2可将氰化物氧化成无毒 无害的二氧化碳和氮: 2ClO2+ 2CN- = 2CO2 ↑ + N2 ↑ + 2Cl2. 可把水中常见还原态金属阳离子氧化去除。如 把二价锰氧化成不溶于水的二氧化锰: 2ClO2+ 5Mn2+ + 6H2O= 5MnO2 ↓ + 12H+ + 2Cl-
• 原水→投加ClO2→混凝澄清→ 过滤→投加氯 气→清水池
• ClO2在混凝前与混凝剂同时投加, 不仅可
通过氧化作用去除水中能产生三卤甲烷 的前体物( 如腐殖酸和黄腐酸等) , 还可改 善胶体颗粒带电性能, 从而达到助凝作用, 使沉淀、过滤的处理效率得到提高。预 氧化投加ClO2的量一般控制在0. 5~ 1. 0x 10- 6 g／mL。滤后投加少量氯气作为消 毒剂,用来控制水中的细菌学指标。这样 不仅最大程度减少了水中三卤甲烷的形 成量, 也能保证水中余氯持续杀菌活力, 操作检测简单, 运行费用低。
氯酸钠+ 盐酸 ( 复合型ClO2 发生器)
亚氯酸钠+ 盐酸 ( 高纯ClO2 发生器） 电解食盐水 (ClO2 协同消毒发生器)
3.工艺改革使ClO2合成实现绿色化
绿色化学合成的原理与实践
绿色化学合成的原理与实践化学合成是现代化学领域的重要分支之一，广泛应用于制药、农药、化妆品、塑料、合成材料等工业领域。
然而，传统的化学合成过程往往需要大量能源消耗、产生污染物排放和剧烈反应条件，对环境和人类健康造成巨大威胁。
随着全球环保意识的不断提高，绿色化学合成成为了研究热点和发展方向。
绿色化学合成是指在不危害环境和人类健康的前提下，采用低能耗、低污染、高效率的方法进行化学物质的合成。
其原则是从源头上控制污染物的产生，取代有毒、危险的原料和溶剂，降低化学反应过程的能量消耗和废物排放，在化学产物的整个生命周期内减少环境和社会的不良影响。
绿色化学合成是可持续发展的重要保障，是推进绿色化学和绿色制造的关键所在。
要实现绿色化学合成，需要从多个方面优化化学反应的流程和条件。
首先，要选择绿色原料，也就是尽量使用来源于生物质、可再生资源和图书的化学原料，同时减少对非可再生化石能源的依赖。
其次，要采用环境友好的溶剂，如水、乙醇、醚等，在保证反应效率的前提下尽可能减少用量和污染。
再次，要运用新型催化剂，以降低反应活化能、提高反应速率和选择性，同时避免残留有毒金属和其他有害因子的污染。
此外，要合理设计反应条件，如温度、压力、反应时间等，以达到最佳反应效果，减少能源消耗和废物排放。
最后，要将反应剩余物进行有效的回收和再利用，以减轻环境污染压力和减少生态破坏。
绿色化学合成的实践在理论和实验两个方面展开。
在理论方面，建立和完善化学反应机理和动力学模型，以帮助优化反应流程和条件，提高反应产率和选择性。
在实验方面，开发绿色方法和工艺，如超声波、微波、离子液体、环切割等，以替代传统的高能量、高污染的方法。
同时，建立绿色评估和管理体系，以量化和评估反应过程的环境、经济和社会效益，为实现绿色化学合成提供支持和保障。
绿色化学合成的应用前景广阔，可用于制备各种化学品，如生物柴油、环保型涂料、高性能塑料、清洁能源材料、高效农药等。
其发展的关键在于不断创新和完善，以提高化学反应的效率和环境友好性。
绿色化学原理在化工生产中的实际应用
绿色化学原理在化工生产中的实际应用一、引言化工行业一直是全球工业中最为重要的领域之一，然而传统的化工生产过程多数存在着高能耗、高排放、低效率等问题。
为了实现可持续发展和环境友好的生产模式，绿色化学原理被引入到化工生产中，为提高资源利用效率、减少废弃物排放、降低环境影响提供了新的途径。
本文将探讨绿色化学原理在化工生产中的实际应用情况，希望为化工行业的可持续发展提供借鉴和启示。
二、绿色化学原理的基本概念绿色化学是指通过设计、开发和应用对环境友好、能源有效、资源节约和可持续发展的化学产品和过程，以减少环境污染和对自然资源的损耗。
在化工生产中，绿色化学原理主要包括以下几个方面：1. 原料的选择：选择可再生、可回收、无毒害的原料，避免使用稀缺资源或有毒有害物质。
2. 反应条件的优化：开发高效、高选择性、低能耗的催化剂，设计合理的反应条件，提高反应的产率和转化率。
3. 废物的处理：采取有效的废物处理技术，最大限度地减少废弃物的排放并实现资源的再利用。
4. 节能减排：采用节能技术和清洁生产工艺，减少能源消耗和环境排放。
以上原则是绿色化学在化工生产中的基本理念，其实际应用可以带来诸多益处，下面将结合实例进行具体探讨。
三、绿色化学原理在化工生产中的应用实例1. 原料的选择原料的选择是影响产品质量、生产成本和环境影响的重要因素。
传统的化工生产过程中常使用化石能源和有毒有害原料，因此急需转变为使用可再生、无毒害的原料。
例如，在某化工公司的合成树脂生产中，传统原料使用的苯类溶剂具有毒性和挥发性大的缺点，不仅对员工健康造成一定影响，还会对环境造成污染。
公司引入了水性环保涂料技术，使用水溶性树脂和水基溶剂作为替代原料，大大减少了挥发性有机物的排放，产品质量和生产效率也得到了提升。
2. 反应条件的优化反应条件的优化是提高生产效率和减少生产成本的关键。
通过引入绿色催化剂和设计合理的反应条件可以提高催化反应的效率和选择性。
以某石化企业的催化裂解装置为例，过去采用的钼基催化剂虽然具有良好的裂解性能，但是制备成本高，回收困难，且对环境具有一定的危害性。
原子利用率
R2 A B
+
R1 R2
CH3CH 2OH CH 2 CH 2 H 2O
3
•
E因子
荷兰有机化学家Roger A Sheldon从衡 量化工过程中废弃物的排放量出发，考虑废 弃物对环境造成的影响，提出了环境因子的 概念。环境因子(E因子)定义为每生产1kg产 物所产生的废弃物的千克数。即 E ＝ 废弃物质量（副产物质量）（kg） 目标产物质量 （kg）
单位物质的量的产物 产率 100% 单位物质的量的原料
1 原子利用率
• 在合成反应中，要减少废物排放的关键是提高 目标产物的选择性和原子利用率，即化学反应中， 到底有多少反应物的原子转变到了目标产物中。原 子利用率可用下式定义： 目标产物的量 × 100%
• • 原子利用率＝
•
按化学计量式所得所有产物的量之和
5 关于原子经济概念需要说明的问题
• 例1：一个甲烷分子和一个二氧化碳分子反应生成乙 酸。 CH4 + CO2 ＝ CH3COOH • 这是个典型的原子经济反应，原子利用率为100 ％。但是这个反应是热力学不利的，理论平衡转化 率为零。这是个极端的例子，但提醒我们,由于受到 热力学平衡转化率的限制，几乎任何反应都不可能 实现转化率和选择性的两个百分之百。我们只能在 接近平衡转化率的前提下争取100％的选择性，这其 实是提高反应效率的唯一抉择。
例3：氢甲酰化反应和羰化反应都是典型的
原子经济反应
CO/H2O Pd-Li OH R COOH 实际这种举例是隐含着基本前提的，即 必须区分所涉及产物的异构或手性才能论及 目标产物，从而确定原子经济性。 R
6 应用生命周期评估法对生产过程进行环境评价
• 生命周期评价(Life Cycle Assessment, 简称LCA)是一项自20世纪60年代末就开始 发展起来的重要的环境管理工具和生态设 计工具，是一种用于评价与产品或服务相 关的环境因素和潜在的环境影响的方法。 • 1990年环境毒理学会与化学学会将生命 周期评价定义为： • 生命周期评价是一种对产品、生产工艺 及其活动对环境的压力进行评价的客观过 程。
绿色化学的原理和应用实例
绿色化学的原理和应用实例1. 绿色化学的概述•定义：绿色化学是指在化学研究和应用过程中，以合理利用资源、减少或避免对环境和健康的危害为目标，提倡使用更安全、更环保的化学品和工艺的一种方法。
•背景：随着环境问题的日益凸显和可持续发展的倡导，绿色化学作为一种新型的化学研究和应用方法逐渐受到重视。
2. 绿色化学的原理绿色化学的原理是基于以下几个方面： - 原子经济性：倡导最大限度地利用原料的所有原子，减少废物和副产物的产生。
- 原料的选择：选择可再生资源，减少对有限资源的依赖。
- 能源效率：优化反应条件，提高反应效率，减少能源的消耗和浪费。
- 合成路径的最优化：通过合理的合成路径设计来减少废物产生。
- 无毒性和低毒性：选择无毒性和低毒性的物质，降低对环境和健康的影响。
- 废物的处理：通过可再生利用、回收和高效处理等方法减少废物对环境的影响。
3. 绿色化学的应用实例3.1 绿色溶剂•传统溶剂的问题：传统的有机溶剂如苯、甲苯等对人体健康和环境造成较大的危害。
•绿色溶剂的特点：绿色溶剂是一种对环境友好、无毒性或低毒性的溶剂，如水、乙醇等。
•应用实例：绿色溶剂在有机合成、反应催化、涂料和清洗剂等领域得到广泛应用。
3.2 绿色催化剂•传统催化剂的问题：传统催化剂如过渡金属催化剂使用中存在环境和健康的问题。
•绿色催化剂的特点：绿色催化剂是指对人体和环境友好的催化剂，如生物催化剂和金属有机骨架材料等。
•应用实例：绿色催化剂在化学合成、环境修复和能源转化等领域有广泛的应用前景。
3.3 绿色合成方法•传统合成方法的问题：传统合成方法常常使用大量的有机溶剂和反应副产物，造成环境污染。
•绿色合成方法的特点：绿色合成方法是指使用更环保、更高效的合成方法，如微波辅助合成、超临界流体合成等。
•应用实例：绿色合成方法在药物合成、材料制备和能源开发等领域有重要的应用潜力。
3.4 绿色分析技术•传统分析技术的问题：传统的分析技术往往需要使用大量的有机溶剂和荧光物质，对环境造成污染。
绿色化学
名词解释绿色化学：利用化学原理和新化工技术，以“原子经济性”为基本原则，从源头上减少或消除污染，最大限度地从资源合理利用、生态平衡和环境保护等方面满足人类可持续发展的需求，实现人与自然的协调与和谐。
原子经济性：高效的有机合成应最大限度地利用原料分子的每一个原子，使之结合到目标分子中，达到零排放，即不产生副产物或废弃物。
水热合成法：在密闭系统中，以水为溶剂，在一定的温度和水的自生压力下，原始混合物进行反应合成无机材料的一种方法。
溶胶-凝胶法：将烷氧金属或金属盐在一定条件下水解缩合成溶胶，再经溶剂挥发或加热处理转化成网状结构的凝胶的过程。
聚合物模板法：模板法是选用一种价廉易得、形状容易控制、具有纳米孔道的基质材料中的空隙作为模板，导入原料于模板孔隙中反应，通过模板材料的限制作用，达到物理和化学反应的控制，最终得到微观和宏观结构可控的新颖材料的方法。
离子液体（ionic liquid）：由有机阳离子和无机阴离子构成的、在室温或近室温下呈液态的盐类化合物，亦称室温熔融盐和室温离子液体。
凝胶效应（英文）：Trommsdorff效应随转化率的提高，乳胶粒中单体浓度减低，反应速率本应下降，但在阶段Ⅲ中由于链终止反应速率急剧下降，反应速率随转化率增加而大大加速的现象。
高分子辐射交联技术：就是利用高能或电离辐射引发聚合物电离与激发，产生一些次级反应，进而引起化学反应，在大分子间实现化学交联，促使大分子间交联网络的形成，是聚合物改性制备新型材料的有效手段之一。
绿色农药：是用无公害的原材料和不生成有害副产物的工艺制备的生物效率高、药效稳定、易于使用、对环境有好的农药产品。
生物柴油：是指以油料作物（大豆、棉子和油菜籽等）、油料林木果实（油棕和黄连木等）、油料水生植物（工程微藻等）、动物油脂、废餐饮油等为原料与醇类进行酯交换制成的脂肪酸酯。
是一种洁净、可再生的生物燃料。
是一种优质的传统柴油代替品。
简答题绿色化学的研究内容：清洁合成工艺和技术，减少废物排放，目标是“零排放”。
绿色化学工艺及其应用
绿色化学工艺及其应用随着环保意识的不断提高，人们对于环保化学工艺的要求也越来越高。
绿色化学工艺，作为环保化工发展的一种新趋势，已得到广泛应用。
本文将介绍绿色化学工艺及其应用。
一、绿色化学工艺的概念绿色化学工艺又称为“可持续发展化学工艺”，它是应对环境污染问题的先进化工技术，强调通过最小化废弃物、节约能源、使用环保原材料等方式来实现环保化学生产。
该工艺可以减少废物的产生，节约能源，减少环境污染。
绿色化学工艺的核心理念是“12项原则”，这些原则包括：预防性原则、原子经济原则、设计安全性、设计具有效率、使用环保试剂、避免废弃物、设计低能耗、优化反应条件、避免毒性、使用可维修的催化剂、减少环境风险、关注产品设计。
二、绿色化学工艺的应用1、绿色合成新材料绿色化学工艺是制备新材料的理想选择，该工艺可以减少废弃物的产生，并且可以节约能源。
例如，绿色制备纳米材料可以避免传统合成方法中产生的银、汞等有毒废物。
近年来，氧化石墨烯的制备也采用了绿色化学合成方法。
2、绿色溶剂溶剂在化工生产中起着重要的作用，传统的溶剂往往会产生环境污染。
绿色溶剂是使用绿色化学原理制备的溶剂，不会对环境产生污染。
绿色溶剂可以用于金属离子的还原、氧化反应和化学催化等领域。
3、绿色催化剂催化剂是化工生产中必不可少的工具，传统的催化剂往往会关系到对环境的污染。
借鉴绿色化学的思想，绿色催化剂的设计强调废弃物和环境的友好性。
绿色催化剂可以帮助降低化工生产中消耗的能源，减少“手拉手”化学反应的发生。
4、绿色节能传统的化学反应往往需要高温、高压等条件，这导致能源的浪费，同时也带来了强烈的环境污染。
绿色化学倡导通过提高化学反应的效率来节约能源。
减少温度和压力可以减少化学反应中产生的废物，从而实现绿色生产。
三、绿色化学工艺的发展前景绿色化学工艺是整个化学工业向着可持续发展的方向发展的必然结果。
未来，绿色化学工艺将成为化学工业重要的发展趋势。
同时，随着环保意识的不断提高，绿色化学工艺的应用也将愈加广泛。
绿色化学课件
21
2 离子液体
完全由一种正离子和一种负离子组成，在室温下呈液态 的化合物，称之为室温离子液体。
离子之间作用力降低，晶格能下降，熔点下降，所以在 室温下呈液态。室温离子液体的特性：
1Байду номын сангаас 蒸汽压极小。
12
7: A raw material or feed stock should be renewable rather than depleting, wherever technically and economically practicable. 8: Unnecessary derivations should be avoided whenever possible. 9: Catalytic reagent (as selective as possible) are superior to stoichiometric reagents
11
4: Chemical products should be designed to preserve efficacy of function while reducing toxicity 5: The use of auxiliary substances(e.g. solvents, separation agents) should be made unnecessary wherever possible and innocuous when used. 6: Energy requirements should be recognized for their environmental and economical impacts and should be minimized.
绿色化学的原理及其应用领域
绿色化学的原理及其应用领域绿色化学是一种以保护环境和健康为目标的化学理念，主要是减少或避免对环境和健康的危害。
绿色化学的原则是尽量减少废物、节约能源，使用可再生的原料和化学品，避免使用有毒有害的物质和化学处理方法。
这种化学理念不仅有益于环境，而且也有助于创造可持续的未来。
绿色化学的应用领域非常广泛，包括医药、农业、化妆品、食品、电子等，下面分别介绍其应用原理和领域。
一、医药领域医药领域是绿色化学的一大应用领域。
传统制药过程中需要使用许多有毒有害的溶剂和反应物，对环境和人体都有很大影响。
绿色制剂的概念在这里酝酿而生。
绿色制剂代指更加安全、环保且质量可靠的制剂。
绿色制剂要尽量使用无害或低毒的反应物和溶剂，通过改进生产工艺和控制反应条件达到减少污染和减少废弃物的目的。
比如利用天然产物，如植物提取物为原料，生产天然的药物。
这个过程不需要使用有毒有害的溶剂和反应物，使得制药绿色化和生产安全化，保护环境和人类健康。
二、农业领域农业生产中广泛使用化肥、杀虫剂等化学品，严重污染了土地和水源，给人类健康造成了潜在的威胁。
绿色农业是指使用环境友好的方法来生产农业产品，如有机农业。
有机农业就是一种绿色农业生产方式，其核心理念就是将农业生产过程最大化地利用土壤生态系统，同时避免有害的化学品如氨氮等进入环境。
有机农业有利于提高土壤质量、增加生产质量和产量，不仅是一种生物多样性保护手段，同时也是一种可持续发展的农业生产方式。
三、化妆品领域化妆品是人体皮肤最常用的产品之一，但是许多化妆品配方中的成分可能会对人类健康和环境造成危害，因此绿色化妆品成为了市场趋势。
绿色化妆品指不含有害成分、添加剂的化妆品，并且生产过程不会污染环境。
该类产品使用天然成分制成，例如天然抗氧化剂、天然香料等。
四、食品领域食品是人类最重要的生活必需品之一，但我们日常生活中吃的食品中如果含有致癌物质或有害化学品，就会对我们的身体产生极大的危害。
因此，在食品生产过程中，采用绿色化学技术是非常必要的。
绿色化学的原理和应用
绿色化学的原理和应用随着环境问题越来越受到关注，绿色化学也逐渐成为了一个热门话题。
绿色化学是指在生产和使用化学品过程中尽可能减少对环境和人类健康的影响，同时确保产品质量和效益。
绿色化学的核心原则是最大化原始资源的有效利用，最小化废弃物和污染的排放。
那么绿色化学的原理和应用是什么呢？一、绿色化学原理1. 原子经济性：亦称为“有效性”，是指过程中循环利用原子的多减少废弃物的生成。
这一原则要求在化学反应中，力求不生成废弃物或少生成废弃物。
2. 考虑来源：指从石油开采到化学品生产，再到环境污染处理等全过程，逐环节捕捉碳足迹，优化使用过程，尽量降低环境污染的同时降低碳排放的数量。
3. 精准化设计：精准化设计要求在产品和过程设计时考虑真正需要的功能，调整化学反应、工艺流程等，以减少步骤和耗费的时间和原材料。
从而减少对环境的污染和对人体健康的危害。
4. 生物可降解性：生物可降解性是指化学品在大自然中被自然微生物分解成无害的物质，而不是堆积在环境中。
绿色化学中使用的化学品应该具备良好的生物可降解性，避免环境污染。
5. 无毒性：绿色化学要求使用无毒性、低毒性的化学品，减少或消除对健康和环境的危害。
二、绿色化学应用1. 替代性物质：绿色化学使得可替代性物质越来越流行。
例如，用植物酯替代有害溶剂。
同时绿色化学技术改进了对金属的提取和分离方法，使得电子行业中有害物的使用量减少了。
2. 高效利用资源：生物质资源是绿色化学需要运用的一个积极的从来。
例如，制备可生物降解塑料的纤维素。
生物质包括农业副产品（如废弃物、食品加工副产物等）和纤维素等。
这些资源可以高效利用，减少对自然资源的开发。
3. 环保催化剂：绿色化学的另一个应用方面是环保催化剂。
催化剂是一种增加反应速率和选择性的物质，使得反应可进行和减少废弃物，避免对环境的污染。
4. 真空技术：在提取、分离过程中，使用绿色化学的真空技术。
使用真空技术可以使提取和分离的过程减少，减少对环境的损害。
2绿色化学绿色化学原理
O
CH3OH
CO
Rh
185℃
CH3C
OH
原子利用率100%
18
6.1.2 E-因子的概念 为了衡量生产过程对环境的影响， 1992年荷兰化学家
Sheldon提出了E-因子的概念，其定义为：生产单位质量 （千克或吨）的产品产生废弃物的量。
原子利用率越低，生产过程产生的废物就越多，E因子就越大，造成的资源浪费和环境污染就越大。
无害化学合成
采用无毒无害的原料---- 绿色原料包括：有毒原料替代品， 石油替代品，天然可再生资源等
减少反应的毒害程度
减少化学品的暴露 降低化学品的危害
环境商（EQ）：用来衡量反应副产物对环境的影响因子。
EQ=E×Q
E-------E-因子
Q---------环境不兼容度（或环境不友好度）；
根据废物在环境中的行为所给出的对环境不友好度。
2009
13
新型过渡金属配合物催化剂
环加成反应
烯炔偶联反应
2009
14
3．新合成路线提高 反应原子经济性
Boots公司的Brown方 法合成布洛芬 —镇静、止痛药
原子经济性 ~40%
2009
15
BHC公司新发明 的绿色方法
原子经济性 ~99%
获1997年美国总统 “绿色化学挑战奖”
2009
简单！
Synthetic methods should be designed to maximize the incorporation of all materials used in the process into the final product.
产率
理论产量 实际产量
绿色化学的基本原则
绿色化学的基本原则绿色化学是一种以最小化对环境的负面影响为目标的化学方法。
它旨在减少化学物质的使用和生成，以及减少废弃物的产生。
绿色化学的基本原则包括以下几个方面。
1. 原子经济性：绿色化学强调化学反应的原子经济性，即尽可能地利用反应中的所有原子，减少废物的产生。
这可以通过选择高效催化剂、优化反应条件和设计高选择性的反应路径来实现。
2. 可再生资源的使用：绿色化学鼓励使用可再生资源作为化学原料，而不是依赖于有限的石油和天然气资源。
可再生资源包括生物质、农作物废料和废弃物等，它们可以通过生物转化或化学转化的方式转化为有用的化学品。
3. 无毒性：绿色化学要求合成的化学品和材料应具有最小的毒性和对人体健康的负面影响。
这可以通过设计和合成无毒的替代品，或者通过减少有毒物质的使用来实现。
4. 节能：绿色化学强调节约能源的重要性。
这可以通过优化反应条件、减少反应温度和压力、使用节能设备等方式来实现。
此外，绿色化学也鼓励开发新的能源转化和储存技术，以减少对传统能源的依赖。
5. 废物的最小化：绿色化学要求最小化废物的产生。
这可以通过设计高选择性的反应、使用可回收的溶剂、改进反应工艺等方式来实现。
废物的最小化还可以通过废物转化为有用的化学品或能源来实现。
6. 可降解性：绿色化学强调合成的化学品和材料应具有良好的可降解性，以减少对环境的持久性影响。
这可以通过选择可降解的材料、设计可降解的聚合物、降低有机溶剂的使用等方式来实现。
7. 安全性：绿色化学要求合成的化学品和材料应具有最小的安全风险。
这可以通过设计和合成安全性更高的化学品、合理管理化学品的使用和储存等方式来实现。
绿色化学也鼓励开发新的检测和评估方法，以及提供安全性信息的数据库。
8. 可持续性：绿色化学鼓励化学产业的可持续发展。
这可以通过开发可再生资源的利用技术、提高化学品和材料的循环利用率、减少对有限资源的依赖等方式来实现。
绿色化学的基本原则为化学领域的可持续发展提供了指导。
绿色化工工艺导论_第二章_绿色化学的主要内容
在合成己二酸的过程中，最后一步是利用硝酸氧化 环己酮和环己醇，这一反应的副产物N2O的浓度以 每年10%的水平增长。 N2O在对流层无沉降，因此可上升进入平流层，起 到破坏臭氧层的作用。 这一过程为： N2O与氧原子反应生成NO· ， NO· 自由基作为催化剂消耗臭氧。 NO· 从O3分子中夺取一个氧原子，形成O2和NO2· 然后NO2· 自由基 与一个氧原子反应又生成NO· ， 同时形成一个分子氧。
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
炉 用 质 锅 炉 物 烧 锅 单 简 生 燃 汽 化 生 物 质 IG 燃 CC
效率(%) CO2 R Rate(%)
Processes Design
生物质原料优点：
由生物质衍生所得物质常常已是氧化产物，无需再通
过氧化反应引入氧。
第二章 绿色化学的主要内容
1 2 3 4 5 6 7 8
原料绿色化 试剂绿色化 产品绿色化 反应条件温和化 溶剂绿色化 催化剂绿色化 能量绿色化
过程绿色化
一、原料绿色化
定义：
以相对更加安全，无毒的原料代替传统的有害 化学品作为化学反应的原料，或者采用不含有毒 原料的新方法，新工艺，就是原料的绿色化。 即： 用对人类健康和环境危害小的物质为起始 原料 , 去设计实现某一化学过程 , 则此过程会更 为安全。
生物质的生产有明显的季节性 植物的生长有季节性，在一年中，一定时间种植，一段时间之 后才能收获，这就要求使用生物质作原料的工厂要很好地制定 生产计划。而实际上，现在的化学品生产厂家要求天天有相同 质量的原料供应，改换为生物质之后，很可能年初和年底得到 的原料质量就不尽相同，无疑将对生产产生很大的影响。
2
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
原料中部分原子未进入产品丙酰甲胺而生成了副 产品，其原子利用率仅为65.42%
14
绿色化学工艺——基本原理
D.消去或降解反应（Elimination Reaction)
消去反应：脱氢、脱水、脱氨、脱卤化氢、脱
醇、脱羧基、脱酰基
降解反应：羧酸降解、醛糖降解、氨基降解、
酰胺降解、胺类降解、等
通式：
15
16
绿色化学工艺——基本原理
提高化学反应原子经济性的途径 A.开发并采用新的催化剂
案例——环氧丙烷的生产 传统工艺：氯醇法
消耗大量的石灰和氯气，设备腐蚀和 环境污染严重
17
绿色化学工艺——基本原理
2CH3-CH=CH2 + 2HOCl
CH3
CH3
CH-Cl + CH-OH
CH2OH CH2Cl
CH3
CH2-CH2-COOH
13
绿色化学工艺——基本原理
Ｃ.取代反应（Substitution Reaction)
常见的取代反应有烷基化、芳基化、酰化以 及磺化反应等，例如丙酸乙酯与甲胺的取代反应 生成丙酰甲胺和乙醇
O CH3-CH2-C-O-CH2-CH3 + H-NH-CH3
CH3-CH2-CO-NH-CH3 + CH3-CH2-OH
2
绿色化学工艺——基本原理
在评估产生废物会有什么危害 传统关注：人类健康和环境 用绿色化学工艺的观点看，“危害”还包括 某些物质被无效地加工或转化，将它从产品中分 离需耗能、耗时、耗钱，将它进行无害化处理需 要某种技术等，即还应该认识到当本可避免的废 物产生或使用本可避免的有害物质，这也是“危
害”。。
3
绿色化学工艺——基本原理
2.目标产品生产过程中应最大限度地利用合成所 用的所有原料 典型的描述转化效率参数是产率，产率完 全忽略了属于合成内在本质之一的非理想产品的 使用和产生。在通常情况下，会出现这种情况: 某一合成路线或某一合成步骤有100%的转化率， 但产生的副产品（废物）却远远高于理想产品。 原因是产率的计算是基于产物的摩尔数和原料摩 尔数之比。如果1摩尔原料生产1摩尔产品，其产 率当然是100%，则认为合成过程的效率极高
9
绿色化学工艺——基本原理
比如：合成目标产品C有如下不同的途径
反应1 A + B
C+D
反应2 E + F
C
反应1有副产物D生成，而且D对环境有害，显然D 中的原子是被浪费掉的
反应2无任何副产物，原料中的原子全部进入到产 品中，原子得到了％的利用。
10
绿色化学工艺——基本原理
原子经济性 原子利用率（％）＝（被利用原子的质量 /反应中
所使用的全部反应物分子的 质量） × 100 原子利用率从原子水平上看化学反应 产率或收率从宏观量上看化学反应 Wittig反应的原子利用率只有4％
11
绿色化学工艺——基本原理
化学反应原子经济性的评价
A.分子间结构互变或异构化的重排反应 （Rearrangement Reaction） 将组成分子的原子进行重组，例如Claisen重排
绿色化学工艺——基本原理
实现绿色化学工艺的途径 绿色化学工艺遵循的基本准则 绿色化学工艺的评价准则
1
绿色化学工艺——基本原理
四、绿色化学工艺遵循的基本准则 1.树立预防为主的理念
所谓预防为主就是要从源头上消除有害废 物的产生，而不是再其产生后进行净化和处理。
在社会中早就存在这样的理念：将问题消灭 在萌芽状态优于问题产生后在加以解决。几百年 前西方就有谚语：“一盎司的预防等于一磅治 疗”。我国也有相同的理念，如“圣人治乱于未 乱，治病于未病”。
5
绿色化学工艺——基本原理
Wittig1979年获诺贝尔化学奖 反应程Ph3-P-CH2-Br
碱 Ph3-P=CH2
R1 C=O
R2
R1 C=CH2 + Ph3PO
R2
溴化甲基三苯基膦
氧化三苯膦
6
绿色化学工艺——基本原理
反应收率：80％以上 问题：溴化甲基三苯基膦分子中只有亚甲基被利
用到产物分子中，如果以分子质量计，357 份质量中只有14份质量被利用，而且还产生 了278份质量的“废物”——氧化三苯膦， 即 从原子利用率角度看，是不经济的
R1 B A
R2
R1 A
+ B
R2
绿色化学工艺——基本原理
由于消除或降解反应生成了其它小分子，其原子 经济性也不理想
例如：季铵碱氢氧化三甲基丙基铵热分解反应
CH3 OH-
- - CH2 N CH3
H3C-CH2 CH3
CH3-CH=CH2 + N(CH3)3 + H2O
丙烯为目的产物，原子利用率仅35.30%
O-CH2CH=CH2
OH
CH2CH=CH2
12
绿色化学工艺——基本原理
B.加成反应（Addition Reaction)
例如，丙烯在镍催化剂作用下加成生成丙烷
Ni CH3-CH=CH2 + H2
CH3-CH-CH3
环己烷在钴催化剂作用（100℃，加压）下生成 己二酸
Co
CH2-CH2-COOH
+ O2
7
绿色化学工艺——基本原理
转化率（％）＝（反应物实际转化为产物的质量 / 理论上反应物转化为产物的质量） × 100
产率或收率（％）＝（目的产品的质量 /理论上原 料变为目的产物所应得的产品 的质量） × 100
8
绿色化学工艺——基本原理
显然，转化率或高收率的高低在某些情况下不能 反映废物生成的情况，必须从原子的角度探讨原 料利用的情况 原子经济性（Atom Economy) Stanford 大学 B.M.Trost教授1991年首次提出 1998年获美国“总统绿色化学挑战奖” 基本思想：化学合成应考虑原料分子中原子进入 目标产品中的数量，其目标是设计化学合成时应 使原料中的原子更多或全部变为产品的原子
CH3
CH-Cl + CH-OH + Ca(OH)2
CH2OH CH2Cl
18
O 2CH3-CH-CH2 + CaCl2 + 2H2O
绿色化学工艺——基本原理
4
绿色化学工艺——基本原理
同样的转化过程可能会在产生1摩尔产品时产生1 摩尔或更多的废物，而废物的分子量远大于产品 的分子量。因此按照产率百分数计算的极高效的 合成过程也可能产生大量的废物，仅仅用产率并 不能揭示过程的实质。 经典例子——Wittig反应 精细有机合成：广泛用于合成带烯键的天然有 机化合物，如胆固醇母体、番茄红素、β-胡萝 卜素