绿色化学与化工导论Chapter 1 introduction
第一章绿色化学精品教育文档
化学催化过程:实现高原子经济反应的重要途径
CH2=CH2
1.Cl2 2.Ca(OH)2
O
H2C
CH2
原子相对质量:
44
原子利用度 = 44/173 =25%
+ CaCl2 + H2O 111 18
催化剂 2CH2=CH2 + O2
O
H2C
CH2
CH3 N CH3
8步 , 总 收 率 8%
Cl
H
N N
如合成树脂、合成橡 胶、合成纤维、表面 活性剂等
Ⅲ 精细化学品
如中间体、医药和农 药的原药等
Ⅳ 专用化学品
如医药成药、农药配 剂、各种助剂、水处 理剂等
低
科 技 开 发 投 资
高
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工业化学品的特征
特征 生产周期 生产规模 生产范围 产品价格 产品差别 服务差别 附加值 R&D重点
细化工中的应用); 生物质化学化工(可再生资源的结构与性能,改性方法,生物质资源在精
细化工中应用)。
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第一章绿色化学和绿色化工
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化工产品的c.kline分类
大 固 定 资 产 投 资
小
无差别产品
Ⅰ 通用化学品
如硫酸、碳酸钠、 烯烃、芳烃等
有差别产品
Ⅱ 有差别的通用 化学品
3-氯过氧化苯甲酸氧化剂,原子经济性42%,产生3-氯苯甲酸废物 绿色工艺
O + H2O2
O
O + H2O
锡/β-沸石
负载锡的沸石催化剂,过氧化氢氧化剂,原子经济性86%,副产物只有水
绿色化学第一章课件.doc
一绪论化学与社会化学与坏境可持续发展与绿色化学现代化工在国民经济中的地位V化工是强大的传统基础产业之一乂是战略产业(从1970, s开始化工及其产站在全球经济战略中一直扮演重要角色)V 也是当代高科技的基础同时与人类的衣食住行用有着密切的关系化学与8大公害事件痛痛病事件多诺拉事件马斯河谷事件伦敦烟雾事件洛杉矶光化学烟雾四FI市哮喘事件米糠油事件水俣病事件环境污染类型的划分:按污染物性质可分为生物污染、化学污染和物理污染;化学污染占80-90%可持续发展绿色化学技术绿色化学,又称“可持续发展化学”,上要是为了减少或消除化学反应对环境的污染和生态的破坏,研究新的化学反应体系,包括新的合成方法和路线,探索新的反应条件,寻求新的包括工物资源在内的化学原料,开发能够代替挥发性有机溶剂的溶剂、无毒无害的高效催化剂、减少副产物产生的合成方法,设计和研究新的绿色化学品等。
二绿色化学的基本概念V绿色化学的诞生绿色化学的定义绿色化学的内容绿色化学的原则原子经济性V绿色化学奖简介绿色化学的理论基础(1)1991年,美国著名有机化学家Trost在《Science》上提出了“原子经济性(原子利用率)"的概念;(2)1992年,荷兰有机化学家Sheldon提出了“E■因子”的概念。
这两个重要的绿色化学基本概念的提出,引起了人们极大的关注,也标志着绿色化学的萌芽。
>1994年8月于美国华盛顿市召开的208届美国化学会全国年会环境化学分会,首次以“绿色化学” 为主题。
>Paul T. ANASTAS 1995 年编辑岀版《绿色化学》(Green Chemistry )。
>1996年6月,克林顿颁发了美国首届“总统绿色化学挑战奖”。
>1999年初,英国皇家化学会创办了国际性的“Gwen Chemistry”学术刊物。
——这儿个重大事件,正式宣告了绿色化学的诞牛。
绿色化学定义V绿色化学就是用化学的技术和方法去减少或消灭那些对人类健康、社区安全、生态环境冇害的原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物等的使用和产生。
绿色化学第1章绪论
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第一节、环境问题
大洋中的一些岛屿、大陆沿海的低洼地就会 被海水淹没。同时,气候变化还会对农业、 林业、水资源、生态环境和人类的生活、健 康等造成广泛、长远而深刻的影响。
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第一节、环境问题
二、核冬天的威胁
《绿色化学》电子教案
第一章 绪论
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目录
第一节、环境问题 第二节、资源问题 第三节、健康问题 第四节 可持续发展问题
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第一章、绪论
化学作为一门“核心、实用、创造性”的 科学,从其诞生到今天,已经取得了巨大的 成就。它的方法、它的结构以及化学反应方 面的研究目前仍在主导其他学科;它在开发 天然资源以满足人类的生活需要方面作出了 巨大的贡献。基于化学的产业利用天然资源 制取大量的化肥、农药、农膜、塑料、钢铁 、水泥等原料,并生产大量的合成纤维和橡 胶等以弥补农业、林业的不足;
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第一节、环境问题
另一方面,汽车尾气、火力发电厂 的烟气等中所含的 NOx 类化合物臭 氧进入平流层后,会催化的臭氧分 解反应,从而破坏臭氧层。由于人 类向大气中排放的能破坏的物质增 加很快,因而臭氧层的破坏已日趋 严重。目前在南极上空已形成了近 万平方公里的“臭氧空洞”。
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第一节、环境问题
温室气体主要有二氧化碳、氮氧化物、卤代 烃类等。据估计,如果按照现在各国二氧化 碳排放量增加的速度继续排放, 21 世纪中 叶地球表面的平均温度将升高 1.4 ~ 1 .5 ℃ ,两极冰雪将会加速融化,海平面将上 升 0.25 ~ 0 .65m 。由于海平面的上升, 势必使风暴潮灾害加剧、洪涝威胁增大,导 致海水倒流内侵、海岸内缩,这不仅会增大 排污的难度,而且使现有的江海堤防工程不 能满足需要,因而减灾能力不断降低。
绿色化学-第一章
化学是一个“核心、实用和创造性”的学科 (Central, useful and creative)
• Chemistry touches many other scientific field.
• The study on chemical principium, methodology and reactions,
Human activities are the origin of these effects, Cooking, Lighting, Warming, Transportation,
air pollution) 酸雨(Acid rain) 生物多样性锐减(Rapid reduction of living things
manifoldness) 森林的破坏(Disrupt of forest) 荒漠化(desolation and boudlessness)
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gives still directions for other discipline.
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材料科学 (Material science): metals, inorganic materials, bio-medical materials
生命科学(Life science): molecular level life science, molecular biology
The clothing, feeding and nutrition, residence, transportation and daily necessities of humanbeings depend greatly on
chemistry
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绿色化学第一讲ppt课件
绿色化学
化学工业的 E 因子
生产量 石油制品 基础化学品 精细化学品 医、农药 10-6 ~ 10-8 10-6 ~ 10-8 10-6 ~ 10-8 10-6 ~ 10-8 E-因子 约0.1 <1~5 5~50 25~>100
E-因子:废物与目标产物的质量比
绿色化学
目标 : a 减少大量的化学工艺、化学制品所带来的环境 负荷 。 b 提高化学产品的经济性、效益性。 经济性没有的话,普及绿色化学是困难的、 不可能的。环境负荷的降低与经济性是平衡关 系,因此要求:环境负荷减少并且产品具有竞 争力。 c 构筑化学与社会之间信赖关系。确保绿色在社 会上的重视。
例三
对人类健康的危害性和对环境、生态的破坏
1961年在欧洲引起了一起对药物Thalidomide的恐 慌。妇女在孕期为了减少恶心和呕吐而服用这个药物, 却发现所生的小孩带有严重的缺陷。估计全世界有1万 人之多,引起了社会关注,合成化学品作为药物对人类 产生的影响。
例四
1962年海洋生物学Rachael Corson所著的《寂静 的春天》,书中详细地叙述了DDT和其它杀虫 剂对各种鸟类产蛋的影响,这些化学试剂通过 皮肤、消化道进入人体,使人中毒。并在地球 大气循环的作用下,被带到世界各地,甚至在 北极的海豹和南极的企鹅体中也发现了DDT, 因而DDT于1941年上市至1972年禁止使用,长 达30余年间。
绿色化学的12原则
2. 设计的合成方法应使生产过程所采用的原料最 大量地进入产品中。(原子效率)
对于一个化学反应,若所使用的所有材料均转化至最 终目标产物中,则该反应就没有废物或副产物排放。这种 反应的效率最高、量节约能源与资源,同时也避免了废物 或副产物的分离与处理等过程.是化学反应的理想目标 Trost于1991年提出了“原子经济化学”(Atom Economy) 的概念。原子经济考察一个合成程中所有反应物转化成最 终产物的情况。
绿色化学——第一章 绿色化学概论ppt课件
中国7大环境污染
山东沂南涑河砷化物水污染 2009年4月,亿鑫化工有限公司将产生的大量含 砷有毒废水排放在一处蓄意隐藏的污水池存放。 7月2 0日、2 3日深夜,该公司为节省处理污水费 用,趁当地降雨,附近一河流水量增加之际,用 水泵将含砷量超标2.7254万倍的生产废水排放到 南涑河中,致使水体严重污染。
ppt课件
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Facts & Figures 2000
“21世纪化学工程进展”专家结构预测(10 — 25年,全球)
产品重组与技术前沿 1. 生化工程产品 2.制药 3a.半导体及电子器件 3b.功能陶瓷及复合材料 4. 新型能源与燃料 5. 新型材料(塑料,高聚物,合纤等) 6. 催化剂 7a.新型食品 7b.海底资源 8. 石化产品 ppt课件 9. 其它新型功能产品
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2、绿色化学与化工
绿色化学化工作为应对21世纪挑战的关键技术与 基础,已成为21世纪世界科技研究前沿热点:
1995 年美国总统克林顿宣布设立“总统绿色化学挑战 奖”; 日本政府规划了在 21 世纪重建绿色地球的“新阳光计 划”; 英国皇家化学会主办的国际性杂志《绿色化学》1999年 1月创刊;
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世界十大环境污染事件
洛杉矶光化学烟雾事件 40年代初期于美国洛杉矶市,全市 250多万辆 汽车每天消耗汽油约 1600万升,由于汽车漏油、 汽油挥发、不完全燃烧和汽车排气,向城市上空 排放近千吨石油烃废气、一氧化碳、氮氧化物和 铅烟,在阳光照射下,生成淡蓝色的光化学烟雾, 1952年12月的一次烟雾中,65岁以上老人死亡 400人
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世界化学工业生产能力分布
绿色化学与化工导论
绿色化学与化工导论概述绿色化学是一种注重减少或消除化学过程对环境和人类健康的影响的方法和原则。
绿色化学的核心目标是提高原始材料的效率利用率,减少对有毒物质的使用,减少废弃物的产生,并在化学过程中最大程度地减少能源消耗。
绿色化学与化工导论旨在介绍绿色化学的基本原理和应用,并强调其在化工领域的重要性。
绿色化学原则绿色化学奉行一系列原则,以确保化学过程的环境友好性。
这些原则包括:1.预防污染:通过材料选择、合成设计和废物管理等途径,尽可能地消除有害物质的产生。
2.原子经济:追求高效利用,最大限度地利用所有原始材料,减少废弃物的产生。
3.能量效应:减少化学过程中的能耗,提高能源利用效率。
4.安全性设计:考虑到产品的每一个环节和化学过程,确保其对人体和环境的安全性。
5.可持续性:从可再生资源中获取原材料,降低对不可再生资源的依赖。
绿色化学在化工领域的应用催化剂设计催化剂在化工领域中起着至关重要的作用。
绿色化学注重发展高效、选择性和可再生的催化剂,以降低化学反应的温度和能源消耗。
催化剂设计的绿色原则包括减少催化剂使用量,增加催化剂的稳定性和可再生性,以及减少催化剂中有害物质的使用。
可降解材料传统的塑料制品对环境造成严重的污染。
绿色化学致力于开发可降解的塑料材料,以减少塑料对环境的影响。
这些可降解材料可以通过微生物的作用逐渐降解为无害的物质。
绿色化学通过改变塑料的结构和合成方法,使其在使用寿命结束后能够自然降解。
循环经济绿色化学倡导建立循环经济系统,通过将废弃物作为新的原始材料回收和再利用,减少资源浪费和环境污染。
循环经济可以通过废物的再加工和再利用来降低化工过程中的原始材料需求。
超临界流体技术超临界流体技术是一种使用压力和温度接近临界点的物质进行化学反应的方法。
绿色化学借助超临界流体技术可以完成高效、选择性和环境友好的反应。
此外,超临界流体还可用作溶剂替代品,减少有机溶剂对环境的污染。
绿色化学的挑战与前景尽管绿色化学在化工领域取得了一些重要的进展,但仍然面临一些挑战。
绿色化学与化工导论P133精品文档
• 通过本课程的学习,掌握绿色化学与化工的基 本概念、基本原理,了解化学、化工生产中的 资源与能源合理利用及生态环境可持续性发展 间的关系。
• 达到开阔视野,拓宽知识面,便于从整体上认 识化学学科,树立既保护环境又推动工业生产 发展的新观念。
• 同时及时了解最新最热门的科学技术成果的研 究进展以及国内外发展状况,为成为知识渊博、 研究方向明确的高素质人才打下基础。
教材及参考书
• 1、李德华.绿色化学化工导论.北京:科学技术 出版社,2019
• 2、闵恩渍. 吴巍 编著. 绿色化学与化工.北京: 化学工业出版社,20004.
• 3、仲崇立. 绿色化学导论.北京:化学工业出版社, 2000
• 4、贡长生、张克立. 绿色化学化工实用技术.北京: 化学工业出版社, 2019
• 第一章 绪论 :从环境问题的产生与发展,了
解绿色化学的产生、发展、重要性;掌握绿色 化学的定义和特点。
• 第二章 绿色化学原理:掌握绿色化学的12条基 本原则;掌握原子经济性反应及绿色化学手段;
• 第三章 化学工业的可持续发展:了解可持续发
展与化工清洁生产的关系;掌握化工可持续发 展的有效途径是必须采用绿色技术。
docin/sundae_meng
二、可持续发展的定义与历史沿革
联合国关于可持续发展的三次会议:
1、联合国人类环境会议(1972,瑞典,113国家 参加,发表“关于人类环境的斯德哥尔摩宣言” 及“人类环境计划”)
2、联合国环境及发展会议(1992,巴西,178国 参加,发表“关于环境与发展的里约热内炉宣言” 等5项公约等)
• 第四章 工业生态学原理:了解工业生态学发展
史及几个基本概念;熟悉工业生态学的三大研
绿色化学与化工导论Chapter1introduction
理论上的工作潜能( kJ·摩尔- 1 最后一种产品)
程序
原料
最后的
热力学的效率(%)
producta
天然气+空气-> 甲醇
1136
717
63
天然气+空气-> 氢
409
236
58
氨 (从天然气+空气) -> 氮的酸 995
43
4
铜矿石-> 铜 铁矾土->铝
•一排除任何 " 蒸气具有 ".
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绿色化学与化工导论 Chapter1introduction
1.1 化学-过去、现在的和未来
•目前,化学的贫穷图像消极是感人的要求。在英国,在大学读化学的 申请者的数字一直稳定地落下好几年 •申请者的数字读化学工程是更多惊慌(<1000 在英国的 2000 年)
•图 1.2 在英国大学学习化学的申请的数字中倾向。(来源: UCAS 大学和学院 许可服务)
• (2) 一个可重新开始的给料的产品(举例来说碳水化合物). • (3) 使用一个长生活催化剂。 • (4) 没有使用溶剂或一完全地 recyclable 良性的溶剂。 • (5) 在综合中使用步骤的最小的可能数字。 • (6) 制造依照需要的产品和尽可能接近对它被需要的地方。
• 我们一定训练新一代的化学家在化学药品制造业中想到环境、社会 而且经济的因素。
达 100%
产品(s) +废弃物酸
<100%
铬废弃物
0%
含盐的甜废弃物
0%
含盐的甜废弃物(在酸的中立化之后) 0%
产品(s) +废弃物
<<100%
绿色化学与化工导论 Chapter1introduction
绿色化学引论:第一章
Welcome to Green Chemistryv v v v v绿色化学 Green Chemistryv秦松, 四川大学副教授,硕士生导师 秦松, 承担国家自然科学基金2项 承担国家自然科学基金2 Email: qinsong@ Tel: 85415608(Lab.) 办公室地址: 第一理科楼 南 201 办公室地址: 化学学院绿色化学导论公选化学学院化学学院教材及参考书主要教材参考书1. 胡常伟,李贤均,《绿色化学原理及应用》 胡常伟,李贤均, 绿色化学原理及应用》 中国石化出版社,2002. 中国石化出版社,2002. 2. Anastas P.T., Williamson T.C. Green Chemistry, Theory and Practice, Practice, London: Oxford University Press,1998 3. Anastas P.T., Heine L. G., Williamson T.C., Green Chemical Synhesis and Processes, ACS Processes, Symposium Series 767, 2000 4. Tundo P., Anastas P. Green Chemistry Challenging Perspectives, Oxford, Perspectives, 1999 5. Clark J., Macquarrie D.Handbook of Green Chemistry and Technology, Technology, Blackwell Science, 2002化学学院化学学院参考书6. Anastas P.T., Williamson T.C. Green Chemistry, Frontiers in Benign Chemical Synthesis and Processes London: Oxford University Press,1998 7. Anastas P.T., Williamson T.C. Green Chemistry—Designing Chemistry for the Environment Washington: American Chemical Society,1996 8. 仲崇立,《绿色化学导论》 仲崇立, 绿色化学导论》 北京:化学工业出版社,2000. 北京: 化学工业出版社,2000. 9. 闵恩泽,吴巍,《绿色化学与化工》 闵恩泽,吴巍, 绿色化学与化工》 北京:化学工业出版社,2000. 北京: 化学工业出版社,2000. 10. 朱宪,《绿色化学工艺》 朱宪, 绿色化学工艺》 北京:化学工业出版社,2001 北京: 化学工业出版社,2001第一章 绪论化学是一门中心的,实用的和创造性的学科。
绿色化学与化工导论Chapter1introduction
• (1) Start with a petroleum-based feedstock. • (2) Dissolve it in a solvent. • (3) Add a reagent. • (4) React to form an intermediate chemical. • (5) Repeat (2)–(4) several times until the final product is obtained;
1.1 Chemistry—Past, Present and Future
At present, the poor image of chemistry is adversely affecting demand. In the UK, the number of applicants to read chemistry at university has been falling steadily for several years The number of applicants to read chemical engineering is even more alarming (<1000 in the year 2000 in the UK)
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1.1 Chemistry—Past, Present and Future
In the UK, a steady decline in public perception of the chemicals industries over many years is clearly evident. It is especially disturbing to analyse the survey data more closely and to note that the 16–24 year age group has the lowest opinion of the chemicals industries.
to where it is required.
• We must train the new generation of chemists to think of the environmental, social and economic factors in chemicals manufacturing.
1.2 The Costs of Waste
• In the mid-1990s in the USA, for example, only about 300 or so of the 75000 commercial substances in use were classified as hazardous.
discard all waste and spent reagent; recycle solvent where economically viable. • (6) Transport the product worldwide, often for long-term storage. • (7) Release the product into the ecosystem without proper evaluation of its long-term effects.
Atom economy
Atom economy: how many atoms of the starting material are converted to useful products and how many to waste.
A typical oxidation reaction: an alcohol → a carboxylic acid
The Costs of Waste
Figure 1.4 The costs of waste.
1.3 The Greening of Chemistry
Figure 1.5 Options for waste management within a chemical manufacturing process.
• Pharmaceuticals products In twentieth century, World population: from 1.6 to 6 billion, Life expectancy: almost 60%↑
• Crop protection and growth enhancement chemicals
C
Product(s)
Up to 100%
H
Product(s) + waste acid
<100%
Cr
Chromium waste
0%
Na
Salt waste
0%
S
Salt waste (after acid neutralisatct(s) + waste
<<100%
Atom Economy and environmental effects
• Compliance with existing environmental laws will cost new EU member states well over €10 billion; a similar amount is spent each year in the USA to treat and dispose of waste.
Where does the waste come from? Environmental factor
It is used to quantify the effects of production process to the environment Idea: All other compounds formed other than the target product are considered to be WASTE.
Figure 1.1 Trends in the favourability to the chemical industry of the general public (smoothed plots) (based on MORI Opinion Poll figures in
the period 1980–2000).
Figure 1.2 Trend in the number of applications to study chemistry in UK universities (source: UCAS Universities and Colleges Admissions Services ).
View of twentieth century chemical manufacturing
1.1 Chemistry—Past, Present and Future
Chemical products make an invaluable contribution to the quality of our lives and play a fundamental role in almost every aspect of modern society.
Hierarchy of waste management techniques
• Prevention, by far the most desirable option • Recycling, the next most favourable option • Disposal, the least desirable option • Cleaner production:
‘The continuous application of an integrated preventative environmental strategy to processes and products to reduce risks to humans and the environment. For production processes, cleaner production includes conserving raw materials, and reducing the quality and toxicity of all emissions and wastes before they leave a process.’
• Cost of waste can easily amount to 40% of the overall production costs for a typical speciality chemical product.
Production costs
Breakdown of Typical Speciality Chemical Manufacturing Cost
The recipe for the twenty-first century
• (1) Design the molecule to have minimal impact on the environment (short residence time, biodegradable).
• (2) Manufacture from a renewable feedstock (e.g. carbohydrate). • (3) Use a long-life catalyst. • (4) Use no solvent or a totally recyclable benign solvent. • (5) Use the smallest possible number of steps in the synthesis. • (6) Manufacture the product as required and as close as possible
• (1) Start with a petroleum-based feedstock. • (2) Dissolve it in a solvent. • (3) Add a reagent. • (4) React to form an intermediate chemical. • (5) Repeat (2)–(4) several times until the final product is obtained;
Chapter 1
Introduction
JAMES H. CLARK
1.1 Chemistry—Past, Present and Future 1.2 The Costs of Waste 1.3 The Greening of Chemistry
Sustainable development, Cleaner production, Atom economy, E factor, Principles of Green Chemistry, Life-cycle assessment
1.1 Chemistry—Past, Present and Future