绿色化学

绿色化学第一章A、绿色化学的定义、目标及特点绿色化学的定义绿色化学又称为环境无害化学、环境友好化学、清洁化学。

它是涉及有机合成、催化、生物化学、分析化学等学科的一门综合性学科。

它运用现代科学技术的原理、技术和方法来减少或消除化学品的设计、生产和应用中对人类健康、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂、试剂、产物、副产物等化学品的使用和产生。

也就是降低或消除在化学品设计、制造与应用中的有害物质。

使所设计的化学产品或过程更加环境友好。

绿色化学的理想在于不再使用有毒、有害的物质；不再产生废物；不再处理废物。

绿色化学的目标：利用可持续发展的方法来降低维持人类生活水平及科技进步所需化学产品与过程所使用与产生的有害物质。

绿色化学的特点：理想的绿色化学技术应该是：采用具有一定转化率的高选择性化学反应来生产目的产品，不生成或很少生成副产物或废物，实现或接近废物的“零排放”；工艺过程使用无害的原料、溶剂和催化剂；生产环境友好的产品。

B、原子经济性与产品收率原子经济性与产品收率是两个不同的概念。

前者是从传统宏观量上来看化学反应，后者则从原子水平上来看化学反应。

若一个化学反应，反应的产率或收率很高，但反应分子中的原子很少进入最终产品中，即反应的原子经济性很差，则意味着该反应会排出大量的废弃物。

因此，仅仅用反应的产率或收率来衡量一个反应是否理想显然是不充分的。

要消除废弃物的排放，只有通过实现原料分子中的原子百分之百地转变成产物，才能达到不产生副产物或废物，实现废物“零排放”的要求。

所以，应使用产率和原子经济性两个概念作为评估一个化学工艺过程的标准。

C、评价化学工程的方法绿色化学应该最大限度地利用资源最大限度地使用或产生无毒或毒性小的物质最大限度使用可更新原料或可再生的原料产品尽量保持其功效，将毒性降至最小能量使用最小并考虑对经济及环境的影响1.4 绿色化学的基本原理1.污染防止优于污染形成后处理。

2.设计合成方法时应最大限度地使所使用的所有原料都转化到最终产品中。

3.设计合成方法时应最大限度地使用或产生无毒或毒性小的物质。

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.催化剂优于化学计量试剂。

10.化学品应设计成使用后容易降解的无害物质。

11.真正实现在线分析监测，在有害物质形成前加以控制。

12.化工过程物质的选择与使用应使化学事故的隐患最小。

在化学品及化学过程的设计中应充分考虑由毒性、易燃性、易爆性带来的危害。

绿色化学的目标是消除或减少所有的危害，而不仅仅是污染与毒性。

一个过程必须有效地处理好污染防止同事故防止之间的平衡。

要尽可能地选择事故隐患最小的物质进行化学过程加工处理。

D、绿色化学过程原则1.首先要对化学品制造加工采用的原料进行评估2. 从设计化学品开始就应考虑设计更安全化学品的方法3. 尽量不用辅助剂，需要使用时应采用无毒物质4. 尽量避免不必要的衍生步骤5. 催化试剂优于化学计量试剂6. 化学品设计成使用后容易降解为无害物质7. 制备化学品时，形成有害物质前加以控制；选择使用化学事故隐患最小的物质。

第二章、A、生物质、超临界流体的性质与定义生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，即一切有生命的可以生长的有机物质通称为生物质。

特点：可再生性。

低污染性。

广泛分布性。

生物质包括植物、动物和微生物。

广义概念：生物质包括所有的植物、微生物以及以植物、微生物为食物的动物及其生产的废弃物。

有代表性的生物质如农作物、农作物废弃物、木材、木材废弃物和动物粪便。

狭义概念：生物质主要是指农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆、树木等木质纤维素（简称木质素）、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等物质。

在临界点以上无论温度和压力如何变化都不凝缩的流体，称这种状态的物质为超临界流体。

超临界流体性质介于气液之间，并易随压力进行调节，有近似于气体的流体行为，粘度小，传质系数大，其相对密度大，溶解度也比气相大得多，同时表现出一定的液体行为。

B、生物模拟多功能试剂人类在认识自然、改造自然中学到了许多有益知识，这不仅体现在人类生活的各个方面，在化学上也是如此。

假如科学家能阐明生物体产生某种作用的机理，则可以模仿该方法而用于未来试剂的设计。

这种利用生物模拟设计催化剂和试剂的方法，将使所设计的化学品拥有生物体系的一些令人称绝的特性，如酶的特性。

目前，合成用催化剂和试剂一般只用来完成一个转化（还原、氧化、甲基化），而生物体系往往可用一种试剂完成几种转化。

这些转化可包括活化、结构调整及一个或多个实际的转化或衍生。

第三章A、从天然产物加工提取物质的方法及其原理天然产物加工提取分离方法1. 溶剂法溶剂对需要溶出的溶质的溶解度要高，对其他（杂质）物质的溶解度要低；溶剂不能与溶质发生化学反应；溶剂来源广泛，价格便宜，无毒；沸点适当，利于反复回收，重复使用，同时节约能源。

渗漉法是往药材粗粉中不断添加浸取溶剂使其渗过药粉，从下端出口流出浸取液的一种浸取方法。

渗漉时，溶剂渗入药材的细胞中溶解大量的可溶性物质之后，浓度增加，密度增大而向下移动，上层的浸取溶剂或稀浸液置换位置，造成良好的浓度差，使扩散较好地自然进行，故浸取效果优于浸渍法，提取也较完全，同时省去了分离浸取液的操作。

2.水蒸气蒸馏法该方法适用于能随水蒸气一起蒸馏出来，而不会改变分子结构的植物成分的提取；这些化合物与水不相混溶或微溶，在水的沸点（100℃）时有一定的蒸气压，当水沸腾时，能将该物质一起随水蒸气带出。

冷却后，经过分离器分离，除去水分得到需要的植物成分。

3.分馏法利用液体组分沸点的不同进行分馏，然后精制、纯化。

4.吸附法在精制过程中，利用吸附除去杂质（如色素等）或利用吸附剂吸附有效成分。

常见的吸附剂有氧化铝、活性炭、多孔树脂、分子筛等。

5.沉淀法沉淀法是利用植物成分与一些试剂反应生成沉淀的特性得到目标组分或除去杂质的方法，但是这个沉淀反应必须是可逆的；否则，只能用于除杂质。

最常见的是用铅盐在水或稀乙醇溶液中与其他物质形成沉淀，脱铅的方法是向含有难溶铅盐的溶液中通入硫化氢气体，使“铅盐”转化为不溶的硫化铅沉淀除去，得到目标物质。

根据待分离物质的不同，沉淀剂也可以用氢氧化钡、磷钨酸、硅钨酸等发生沉淀，对于多糖、蛋白质等也可以用乙醇、丙醇来沉淀纯化。

6.盐析法向提取液中加入易溶无机盐至一定浓度或达到饱和，使提取液中的某些组分在水中的溶解度下降，从而沉淀析出。

7.透析法利用半渗透膜可以截留不同分子量物质的特性，达到分离的目的，常用于分离天然高分子化合物，如蛋白质、多糖和多肽等。

大分子留在膜的一边，小分子如盐、单糖等则通过膜被分离除去；或大分子被分离除去，小分子被精制。

8.升华法有些化合物在加热时可以从固态直接变成气态，该过程称为升华。

但凡具有升华性的物质均可采用此法分离精制。

B、天然产物精制纯化方法经过提取分离和初步纯化后得到粗品，进一步的精制和纯化方法主要有结晶法和层析法。

结晶法包括结晶和重结晶，结晶的目的是为了进一步纯化目标物，以便鉴定其分子结构。

一次结晶往往很难拿到纯净的晶体，需要反复结晶几次才能获得纯净的晶体，这个步骤就称为重结晶。

层析法包括多种方法，而且随着技术的进步和发展，不断有新的层析方法涌现，从分离介质的形状上分有柱层析、薄层层析、纸层析等；分离原理上分有吸附层析、分配层析、排阻层析和离子交换层析等；从层析的流动相和固定相的状态分类有液相层析和气相层析。

常见的填料有硅胶、氧化铝、活性炭、大孔树脂和葡萄糖凝胶等。

分析仪器中也有气相色谱和高效液相色谱可以供微量分离选择。

第四章、催化剂、固体超强酸及优点，试举例催化剂：在化学反应里能改变其他物质的化学反应速率（既能提高也能降低），而本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有发生改变的物质叫催化剂（也叫触媒）1、催化剂最早是从利用硫酸、磷酸、三氯化铝等一些无机酸类为催化剂开始的。

酸催化剂是烃类裂解、重整、异构等石油炼制以及烯烃水合、芳烃烷基化、醚化及酯化等石油化工在内的一系列重要工业基础。

这些酸催化反应都是在均相条件下进行的，和多相反应相比，在生产中存在工艺上连续化生产困难，催化剂与产物分离较麻烦，对设备有腐蚀，废酸液须进行回收利用，排放会污染环境等。

而利用固体酸代替液体酸的环境友好催化剂反应工艺具有明显的优势，固体酸催化在工艺上容易实现连续生产，不存在产物与催化剂分离及对设备的腐蚀等问题。

还可以扩大酸催化剂的应用领域。

易与其他单元过程耦合形成集成过程，改变工艺，节约能源和资源，是研究开发的方向。

2、固体超强酸：固体表面酸强度大于100％硫酸的固体酸。

许多重要的工业催化反应都属于酸催化反应，而固体酸和液体酸相比，具有活性和选择性高、无腐蚀性、无污染以及与产物易分离等特点，广泛用于石油炼制和有机合成工业。

常用的固体酸催化剂有分子筛、离子交换树脂、层柱粘土等，它们的酸强度一般低于Ho=-12.0，对需要强酸的反应存在一定的局限性。

超强酸是比100％H2SO4还强的酸。

20世纪60年代初，Olah等发现HSO3F-HF、HF-SbF5等液体魔酸，酸强度非常高，Ho高达-20以上，甚至甲烷在这种液体超强酸中都能质子化，但具有强腐蚀性和毒性，以及催化剂处理过程中会产生“三废”等问题。

20世纪70年代初有人将液体超强酸如SbF5、HSO3F-SbF5等负载到石墨、Al2O3和树脂等载体上，仍不能解决催化剂分散、毒性和“三废”等问题。

C、生物质的定义、生物质能的特点。

生物质的基本概念一切有生命的可以生长的有机物质统称为生物质。

包括植物、动物及动物排泄物、微生物、垃圾及有机废水等。

生物质对人类的重要性：a、用作食物；b、用作工业原料；c、用作能源；d、改善环境、调节气候、保持生态平衡。

生物质能是指蕴藏在生物质中的能量，它包括这几方面：a、木材及森林工业废弃物；b、农业废弃物；c、水生植物；d、油料植物；e、城市生活垃圾及工业废弃物；f、排泄物。

广而言之，生物质是植物通过光合作用生成的有机物，绿色植物的光合作用是地球上最重要、规模最大的太阳能利用和转换过程，通过光合作用，太阳能转化为储存在有机物质中的化学能。

这些转化储存的化学能是人类和一切生物所必须的能量。

这部分能量是太阳能的多种自然转换形式中唯一可被储存起来的。

22612622O 6O H 6O H C O H 12CO 6++−−→−+太阳能 生物质燃料的特点各种生物质原料的化学成分变化不大，但是它们的物理特性有较大的差别。