绿色化学导论 固体酸和碱
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《绿色化学》PPT课件
O
C l
+
O
O O H
O
O
C l
+
O O H
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
2021/2/1
完整版课件ppt
24
环境友好催化剂
COCl
O
envirocat EPZG
OH
OH
OH
OH
OH OH
2021/2/1
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28
使用安全的化学品(1)
发展与应用对人和环境无毒且无危险性的试剂和溶剂 以及其他实用化学品是绿色化学的重要一环。
O 1.HCN
2.H2SO4
3.MeOH
H2SO4
O
MeO
原子利用率46%
+ (NH4)HSO4
H3CC
CH + CO + CH3OH
聚氨酯是一种热缩性树脂，1995年世界总消耗量为650万吨， 80%作泡沫塑料，广泛应用于建材、家具、汽车、制革、纤维等行 业。
7
工业化学品对生态环境的影响
类别
炼油产品 大宗化学品 精细化学品 药物
化工产品生产规模与环境因子
生产规模 /ｔ
106～ 108 104～ 106 102～ 104 10～ 103
环境因子 （ｋｇ副产物 /ｋｇ主产物）
< 0.1 <1～ 5
5～ 50 2 5～ 1 0 0以上
精细化工生产对生态环境造成的影响最为突出 。
绿色化学课件
作为一位化
学工作者，设 计生产某化工 产品，为了实 现清洁生产、 保护环境，你 将从哪些方面 考虑?
“一室不扫，何以扫天 下”。胸怀大志的青年 朋友，让我们携起手来 从身边做起吧!
保护环境 从我做起
专业 无机化学
学 20110805
姓名 张恋
号
绿
绿
绿
这是多么迷人的自然美景 ！ 然而，如今的地球正在遭受着 前所未有的灾难：
大气污染
水污染
海洋污染
酸雨的危害
光化学烟雾污染
臭氧层空洞
固体废弃物污染
土壤污染
沙尘暴
Save Our Soul
保护地球 保护环境
中国环境保护徽
什么是绿色化学？ 什么是绿色化学？
期望产物的总质量 原子利用率 100 % 全部生成物总质量
如无公害氧化剂过氧化氢的制备可采用 乙基蒽醌法，此反应原子利用率为 100%，体现了原子经济性，减少废物 的生成和排放,是典型的零排放例子.
H2 + O2 Pd
H2 O2
1.防止污染优于污染治理
2.提高原子经济性 3.尽量减少化学合成中的有毒原 料、产物； 4.设计安全的化学品
绿色化学又称“环境无害化学”、“环境友好化学”、 “清洁化学”，绿色化学是近十年才产生和发展起来的， 是一个 “新化学婴儿”。 按照美国《绿色化学》(Green Chemistry)杂志的定义，绿 绿色化学又称“环境无害化学”、“环境友好化学”、 色化学是指:在制造和应用化学产品时应有效利用(最好可再 “清洁化学”，绿色化学是近十年才产生和发展起来 生)原料,消除废物和避免使用有毒的和危险的试剂和溶剂。
绿色化学的核心：原子经济性
原 子 经 济 性 的 概 念 是 由 Trost 在 1991年首次提出的。 化学反应原子经济性的目标是使原料 分子中的原子更多或全部转化成最终 所希望的产品的原子，以减少污染物 的生成和排放，是从源头上消除污染 的一项措施。
2024版年度绿色化学课件
2024/2/3
选择性催化剂
实现高选择性反应，减少 副产物和不必要的化学转 化。
可回收催化剂
降低催化剂使用成本，减 少环境污染。
16
生物技术在绿色合成中应用
生物催化
利用酶或微生物进行高效、高选择性的化学反应。
生物转化
利用生物体系将废弃物转化为有用产品。
生物传感器
监测和控制绿色合成过程中的关键参数。
22
06
绿色化学实验室建设与 管理
2024/2/3
23
实验室布局规划与设计要求
2024/2/3
功பைடு நூலகம்区域划分
根据实验流程和需求，合理规划实验室功能区域，如准备区、实 验区、仪器区、废弃物处理区等。
通风与采光设计
确保实验室具有良好的自然通风和采光条件，减少能源消耗，同 时保障实验人员的舒适度和健康。
绿色化学课件
2024/2/3
1
目录
2024/2/3
• 绿色化学概述 • 绿色化学反应原理 • 绿色化学溶剂与助剂选择 • 绿色合成方法与策略 • 废弃物处理与资源化利用 • 绿色化学实验室建设与管理 • 绿色化学教育推广与实践活动
2
01
绿色化学概述
2024/2/3
3
定义与发展历程
定义
绿色化学是一门研究如何利用化学原 理和技术从源头上减少或消除污染的 科学。
安全检查与隐患排查
定期对实验室进行安全检查，及时发 现和整改安全隐患，确保实验室安全 稳定运行。
应急预案制定与演练
制定完善的应急预案，并定期组织演 练活动，提高实验室应对突发事件的 能力。
26
07
绿色化学教育推广与实 践活动
2024/2/3
选择性催化剂
实现高选择性反应，减少 副产物和不必要的化学转 化。
可回收催化剂
降低催化剂使用成本，减 少环境污染。
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生物技术在绿色合成中应用
生物催化
利用酶或微生物进行高效、高选择性的化学反应。
生物转化
利用生物体系将废弃物转化为有用产品。
生物传感器
监测和控制绿色合成过程中的关键参数。
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06
绿色化学实验室建设与 管理
2024/2/3
23
实验室布局规划与设计要求
2024/2/3
功பைடு நூலகம்区域划分
根据实验流程和需求，合理规划实验室功能区域，如准备区、实 验区、仪器区、废弃物处理区等。
通风与采光设计
确保实验室具有良好的自然通风和采光条件，减少能源消耗，同 时保障实验人员的舒适度和健康。
绿色化学课件
2024/2/3
1
目录
2024/2/3
• 绿色化学概述 • 绿色化学反应原理 • 绿色化学溶剂与助剂选择 • 绿色合成方法与策略 • 废弃物处理与资源化利用 • 绿色化学实验室建设与管理 • 绿色化学教育推广与实践活动
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01
绿色化学概述
2024/2/3
3
定义与发展历程
定义
绿色化学是一门研究如何利用化学原 理和技术从源头上减少或消除污染的 科学。
安全检查与隐患排查
定期对实验室进行安全检查，及时发 现和整改安全隐患，确保实验室安全 稳定运行。
应急预案制定与演练
制定完善的应急预案，并定期组织演 练活动，提高实验室应对突发事件的 能力。
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07
绿色化学教育推广与实 践活动
2024/2/3
固体酸碱的定义及分类
固体酸碱的定义及分类
固体酸碱是指在常温常压下呈固态的酸和碱。
它们与液态酸碱相比，具有更高的稳定性和更广泛的应用领域。
根据它们的化学性质和结构特点，固体酸碱可以分为多种类型。
一、固体酸的定义及分类
固体酸是指在常温常压下呈固态的具有酸性的物质。
它们可以通过释放质子（H+）来与碱反应，产生盐和水。
常见的固体酸包括硫酸、硝酸、磷酸、氯化氢等。
根据它们的化学性质和结构特点，固体酸可以分为以下几类：
1. 氧化酸：由氧元素和非金属元素组成的酸，如硫酸、硝酸等。
2. 非氧化酸：由非金属元素组成的酸，如氯化氢、氢氟酸等。
3. 多元酸：由多个酸基团组成的酸，如磷酸、硼酸等。
4. 质子酸：可以释放质子的化合物，如氨基酸、有机酸等。
二、固体碱的定义及分类
固体碱是指在常温常压下呈固态的具有碱性的物质。
它们可以通过接受质子（H+）来与酸反应，产生盐和水。
常见的固体碱包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铝等。
根据它们的化学性质和结构特点，固体碱可以分为以下几类：
1. 金属氢氧化物：由金属离子和氢氧根离子组成的碱，如氢氧化钠、氢氧化钾等。
2. 金属氧化物：由金属离子和氧元素组成的碱，如氧化钠、氧化钾等。
3. 氨基碱：由氨基团和金属离子组成的碱，如氨水、乙醇胺等。
4. 氢氧化铝：由铝离子和氢氧根离子组成的碱，如氢氧化铝等。
固体酸碱是化学中重要的概念，它们的定义和分类对于理解化学反应和应用化学知识都具有重要的意义。
在实际应用中，固体酸碱广泛应用于化学工业、医药、环保等领域，对于人类社会的发展和进步起到了重要的作用。
绿色化学-第四章
与木质素分离 (2) 稀释的酸溶解 (3) 有机溶胶提取技术 (4) 超临界萃取等，将纤维素提取出
26
第二节 原料绿色化
一、 无毒、无害的原料 4. 生物质利用前景 利用可再生资源生产大宗有机化工产品方兴未艾 以植物为主的生物质资源是一个可再生的巨大资源宝库，
利用可再生资源可以消除污染，用之不竭，实现可持续 发展 开发生物催化技术是关键
2
化工生产应遵循“绿色化学12条原则”
(1) 预防（prevention)：防止废物产生优于废物产生 后再处理或清理。
(2) 原子经济性（atom economy）：应设计合成方法 使其能把反应过程中利用的所有材料尽可能多地转 化到最终产物中。
(3) 低毒化学合成（iess hazardous chemical synthesis）：只要可行，应设计合成方法使其利用和 产生的物质对人类健康和环境无毒性或很低毒性。
O
O
O
+ Cl
C Cl
ROH -HCl
Cl
RNH2 C OR -HCl
H RN
C OR
O
O
(Cl3CO)2CO
NH
Et3N
O
C
NN
N
Cl
Cl
N
NH
Cl
Cl
36
第三节 试剂绿色化
三、绿色的氧化剂
1、烯烃臭氧化反应的应用
CH2CH CH2
CH CHCH3
O O
KOH
O O
O3
Na2Cr2O7 H2SO4
ONa
O
+I
+ NaI
该反应的非原子经济性程度是由所用特定试剂和反应
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第二节 原料绿色化
一、 无毒、无害的原料 4. 生物质利用前景 利用可再生资源生产大宗有机化工产品方兴未艾 以植物为主的生物质资源是一个可再生的巨大资源宝库，
利用可再生资源可以消除污染，用之不竭，实现可持续 发展 开发生物催化技术是关键
2
化工生产应遵循“绿色化学12条原则”
(1) 预防（prevention)：防止废物产生优于废物产生 后再处理或清理。
(2) 原子经济性（atom economy）：应设计合成方法 使其能把反应过程中利用的所有材料尽可能多地转 化到最终产物中。
(3) 低毒化学合成（iess hazardous chemical synthesis）：只要可行，应设计合成方法使其利用和 产生的物质对人类健康和环境无毒性或很低毒性。
O
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第三节 试剂绿色化
三、绿色的氧化剂
1、烯烃臭氧化反应的应用
CH2CH CH2
CH CHCH3
O O
KOH
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O3
Na2Cr2O7 H2SO4
ONa
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+I
+ NaI
该反应的非原子经济性程度是由所用特定试剂和反应
绿色化学——第一章 绿色化学概论ppt课件
ppt课件 11
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
14
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
ppt课件 18
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；
ppt课件
2
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
ppt课件 13
世界化学工业生产能力分布
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
14
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
ppt课件 18
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；
ppt课件
2
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
ppt课件 13
世界化学工业生产能力分布
绿色化学(全套课件)四川大学(2024)
2024/1/29
色谱分离原理
利用物质在固定相和流动相之间的分配平衡，实现不同组分的分 离。
色谱法的分类
根据固定相和流动相的不同，可分为液-液色谱、气-液色谱、气固色谱等。
色谱分离技术应用
在石油化工、环境监测、食品药品分析等领域有广泛应用，如油品 组成分析、大气污染物监测、药物成分分析等。
22
结晶分离技术
06
绿色分析测试与评价方法
2024/1/29
24
绿色分析测试方法
原子经济性和E因子评价法
通过计算化学反应中原子的利用效率和环境负 荷来评估其绿色程度。
绿色溶剂选择
选择环境友好的溶剂，如离子液体、超临界流 体等，以减少对环境的污染。
2024/1/29
绿色催化剂设计
开发高效、可回收和可重复使用的催化剂，以降低化学反应的能耗和废弃物产 生。
成功开发出多种高效分离纯化技术， 如超临界流体萃取、膜分离等，这些 技术在化工、制药等领域具有重要应 用。
02
分离纯化过程优化与 节能研究
对多个分离纯化过程进行了优化研究 ，提高了分离效率和能源利用效率， 减少了废弃物排放和能源消耗。
03
新型分离纯化材料的 探索与应用
积极探索并应用新型分离纯化材料， 如分子筛、金属有机框架材料等，在 气体分离、液体分离等领域取得了重 要进展。
2024/1/29
32
THANKS
2024/1/29
33
经济发展
绿色化学可以推动化学工业的转型 升级，促进经济的可持续发展。
7
02
绿色合成技术
2024/1/29
8
原子经济性反应
03
原子经济性概念
原子经济性反应类型
色谱分离原理
利用物质在固定相和流动相之间的分配平衡，实现不同组分的分 离。
色谱法的分类
根据固定相和流动相的不同，可分为液-液色谱、气-液色谱、气固色谱等。
色谱分离技术应用
在石油化工、环境监测、食品药品分析等领域有广泛应用，如油品 组成分析、大气污染物监测、药物成分分析等。
22
结晶分离技术
06
绿色分析测试与评价方法
2024/1/29
24
绿色分析测试方法
原子经济性和E因子评价法
通过计算化学反应中原子的利用效率和环境负 荷来评估其绿色程度。
绿色溶剂选择
选择环境友好的溶剂，如离子液体、超临界流 体等，以减少对环境的污染。
2024/1/29
绿色催化剂设计
开发高效、可回收和可重复使用的催化剂，以降低化学反应的能耗和废弃物产 生。
成功开发出多种高效分离纯化技术， 如超临界流体萃取、膜分离等，这些 技术在化工、制药等领域具有重要应 用。
02
分离纯化过程优化与 节能研究
对多个分离纯化过程进行了优化研究 ，提高了分离效率和能源利用效率， 减少了废弃物排放和能源消耗。
03
新型分离纯化材料的 探索与应用
积极探索并应用新型分离纯化材料， 如分子筛、金属有机框架材料等，在 气体分离、液体分离等领域取得了重 要进展。
2024/1/29
32
THANKS
2024/1/29
33
经济发展
绿色化学可以推动化学工业的转型 升级，促进经济的可持续发展。
7
02
绿色合成技术
2024/1/29
8
原子经济性反应
03
原子经济性概念
原子经济性反应类型
绿色化学第2章绿色化学
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2013-7-29
第二节 为什么要大力发展绿色化学
发展绿色化学是科学技术和经济发展的需要。 在整个工业体系中，化学工业占有很大的比例。 在历史上，德国依靠化学工业技术革命，使世界 科学技术中心由英国转移到了德国。而美国则重 复着德国的历史。二战后，依靠以石油化工技术 为代表的技术创新取得化学工业的领先地位，使 世界科学技术中心由德国转移到了美国。化学工 业是美国最大的工业部门之一，十几年前 （ 1990 年）的销售额就达 2920 亿美元，雇员达 110 万人，是美国少数几个产生贸易顺差的工业 部门之一，在所有工业贸易中居第二位 。
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2013-7-29
第三节 化学反应的原子经济性
• 新的催化法克服了有毒有害原料 Cl 2 的使用，氧化剂 H 2 O 2 对设备的要求远不及 Cl 2 的要求严格，尽管原子 利用率仅为 76% ，但该反应唯一的副产物是水，它对 环境是友好的，因此，该方法的环境友好程度明显高于 传统方法。 • 再如，甲基丙烯酸甲酯的合成，传统方法是利用制 取苯酚的副产物丙酮和丙烯腈工业的副产物 HCN 经两 步反应制取。这虽然是一个废物充分利用的典型例子， 但其原料原子利用率仅为 46% ，每生产 1 公斤 目标产 物相应要生成 1.15 公斤 废物 NH 4 HSO 4 ，同时还涉及 到剧毒物质 HCN 的使用。
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2013-7-29
第三节 化学反应的原子经济性
由上可见，一旦要利用的化学反应计量式被确 定下来，则其最大原子利用率也就确定了。比如 ，只要采用氯醇法生产环氧乙烷，不管怎样改进 工艺，其最大原子利用率仅能达到 25% ，如果 中间步骤中反应的选择性、反应物的转化率达不 到 100% ，则该过程的原子利用率还达不到 25% ，但是，如果选用银催化剂催化氧化方法 ，则只要该步的转化率和选择性达到 100% ，该 反应的原子利用率就可达到 100% 。
初三化学酸和碱的中和反应的专项培优练习题附答案
初三化学酸和碱的中和反应的专项培优练习题附答案一、初中化学酸和碱的中和反应1．“绿色化学”是当今社会提出的一个新概念，其中包含“化学反应绿色化”，即要求原料中的原子全部转入到产品中．下列反应一定符合“化学反应绿色化”要求的是（）A．置换反应B．分解反应C．化合反应D．复分解反应【答案】C【解析】试题分析：要使原料中的原子全部转入到产品中，做到零排放，从生成物来看，生成物必须是一种．A、置换反应的产物是两种，其中有一种是单质，一种是化合物，不是一种，所以错误．B、分解反应的特点是一种物质生成两种或两种以上的物质，不符合要求，所以错误．C、化合反应的特点是多种物质变成一种物质，所以正确．D、复分解反应的产物是两种化合物，不是一种，所以错误．考点：绿色化学．2．在含有大量H+、Na+、SO42－的溶液中，还可能大量存在的是A．NH4+B．Ba2+C．OH－D．HCO3－【答案】A【解析】试题分析：B中钡离子会和硫酸根离子反应得到硫酸钡沉淀，氢氧根离子会和氢离子发生反应得到水，碳酸氢根离子会和氢离子发生反应，得到二氧化碳气体。
故选A.考点：离子共存3．有三瓶失去标签的无色溶液，只知道它们分别是稀盐酸、澄清石灰水和氯化钠溶液中的各一种．下列四种试剂中，能将上述三种无色溶液一次鉴别出来的是（）A．CaCO3粉末 B．MgCl2溶液 C．KNO3溶液 D．石蕊试液【答案】D【解析】有三瓶失去标签的无色溶液，只知道它们分别是稀盐酸、澄清石灰水和氯化钠溶液中的各一种．能将上述三种无色溶液一次鉴别出来的是D. 石蕊试液，遇稀盐酸变红，遇澄清石灰水变蓝。
点睛∶本题主要考查物质的性质。
4．“盐酸化性乌龟壳，一头一尾四只脚”——如图是小王归纳的稀盐酸的化学性质，X的物质类别与图中其他物质不同，则物质X是下列物质中的（）A ．硝酸钾B ．氧化铜C ．碳酸钙D ．氢氧化钾【答案】C【解析】根据题意，X 的物质类别与图中其他物质不同；A ．硝酸钾不与稀盐酸反应，故A 错误；B ．氧化铜能与稀盐酸反应，与氧化铁均属于金属氧化物，故B 错误；C ．碳酸钙能与盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳，且碳酸钙属于盐，故C 正确；D ．氢氧化钾能与稀盐酸反应，属于碱，与氢氧化钠类别相同，故D 错误；故选C 。
绿色化学的知识点总结
绿色化学的知识点总结1. 原则和原则绿色化学的一个关键概念是12项原则，由美国发明家艾萨克·阿克莱斯特（Isaac Asimov）在1998年提出，后来被扩展为更广泛的原则。
这些原则包括尽量减少使用有害物质，优化合成方法，最大限度地减少副产物，使用可再生资源，设计能够降解的化合物等。
这些原则为绿色化学提供了指导，帮助化学家开发环境友好的产品和过程。
2. 绿色溶剂传统的有机溶剂通常是挥发性有机化合物，对环境和人体健康有害。
绿色化学致力于寻找更安全、更环境友好的替代品。
例如，超临界流体（超临界二氧化碳等）被广泛用于取代挥发性有机化合物。
此外，水也是一种优选的绿色溶剂，尤其是对于生物催化反应和有机合成反应。
3. 生物催化生物催化是使用酶或其他生物体催化反应的一种方法。
这种方法通常比传统的化学方法更环保，因为它使用温和的条件进行反应，产生少量的废物，并且不需要过量的溶剂。
绿色化学鼓励进一步发展生物催化技术，以减少对化学品的依赖。
4. 可持续的合成方法在绿色化学中，合成方法是一个重要的研究领域。
传统的化学合成方法通常使用多步反应和高能耗过程，产生大量的废物。
绿色化学鼓励寻找更简洁、更有效率的合成路径，以减少资源消耗和环境影响。
例如，使用微波反应、超声波反应和流动化学技术可以显著提高合成效率并减少废物。
5. 可降解的聚合物传统的聚合物通常难以降解，并且在大量投放到环境中后对环境造成负面影响。
绿色化学致力于寻找可降解的替代品。
例如，生物可降解聚合物使用可再生资源制备，且在使用后可以被微生物降解。
此外，可循环聚合物也是一种绿色的替代品，可以被多次回收再利用。
6. 可再生资源可再生资源是指可以在可预见的时间内再生的资源，例如植物材料、生物质和废弃物。
利用这些资源来替代有限的化石燃料和化学品是绿色化学的一个重要目标。
例如，利用生物质制备生物基化合物，如生物基塑料和生物燃料，可以减少对石油的依赖，减少温室气体排放，从而更加环保。
绿色化学-第五章-绿色催化剂
原理
模板法是一种通过使用模板作为形状导向剂，制 备具有特定形貌和结构的催化剂的方法。
特点
模板法制备的催化剂具有高比表面积、高孔隙率 和良好的机械稳定性。
应用
广泛应用于制备有序介孔材料、多孔碳材料以及 多孔金属材料等。
05 绿色催化剂的未来发展与 挑战
提高催化效率与选择性
优化催化剂结构
通过调整催化剂的组成 和结构，提高其活性和 选择性，从而提高催化 效率。
绿色化学-第五章-绿色催化剂
目录
• 绿色催化剂概述 • 常见绿色催化剂的种类与特性 • 绿色催化剂的应用领域 • 绿色催化剂的制备方法与技术 • 绿色催化剂的未来发展与挑战
01 绿色催化剂概述
定义与特点
• 定义：绿色催化剂是一种在催化反应过程中能尽 可能减少或消除对人类健康、 磷酸、硅酸盐、沸石等。
特性
固体酸催化剂具有高活性、高选择 性、低腐蚀性、易回收等优点，适 用于酯化、烷基化、水解等反应。
应用
固体酸催化剂在化工、医药、农药 等领域广泛应用，如生产苯酚、异 丙醇等。
金属氧化物催化剂
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03
种类
常见的金属氧化物催化剂 包括氧化铝、氧化锌、氧 化钛等。
特点
溶胶凝胶法制备的催化剂具有高活性和高选择性，同时操作简单、 条件温和。
应用
广泛应用于制备氧化物、复合氧化物以及金属氧化物催化剂。
化学气相沉积法
原理
化学气相沉积法是一种在加热条件下，使气态物质发生化学反应并 沉积在固体表面形成催化剂的方法。
特点
化学气相沉积法制备的催化剂具有高纯度、高密度和均匀的微观结 构。
药物合成
绿色催化剂在药物合成中，能够实现高效、环保 的药物合成过程，降低生产成本和减少环境污染。
模板法是一种通过使用模板作为形状导向剂，制 备具有特定形貌和结构的催化剂的方法。
特点
模板法制备的催化剂具有高比表面积、高孔隙率 和良好的机械稳定性。
应用
广泛应用于制备有序介孔材料、多孔碳材料以及 多孔金属材料等。
05 绿色催化剂的未来发展与 挑战
提高催化效率与选择性
优化催化剂结构
通过调整催化剂的组成 和结构，提高其活性和 选择性，从而提高催化 效率。
绿色化学-第五章-绿色催化剂
目录
• 绿色催化剂概述 • 常见绿色催化剂的种类与特性 • 绿色催化剂的应用领域 • 绿色催化剂的制备方法与技术 • 绿色催化剂的未来发展与挑战
01 绿色催化剂概述
定义与特点
• 定义：绿色催化剂是一种在催化反应过程中能尽 可能减少或消除对人类健康、 磷酸、硅酸盐、沸石等。
特性
固体酸催化剂具有高活性、高选择 性、低腐蚀性、易回收等优点，适 用于酯化、烷基化、水解等反应。
应用
固体酸催化剂在化工、医药、农药 等领域广泛应用，如生产苯酚、异 丙醇等。
金属氧化物催化剂
01
02
03
种类
常见的金属氧化物催化剂 包括氧化铝、氧化锌、氧 化钛等。
特点
溶胶凝胶法制备的催化剂具有高活性和高选择性，同时操作简单、 条件温和。
应用
广泛应用于制备氧化物、复合氧化物以及金属氧化物催化剂。
化学气相沉积法
原理
化学气相沉积法是一种在加热条件下，使气态物质发生化学反应并 沉积在固体表面形成催化剂的方法。
特点
化学气相沉积法制备的催化剂具有高纯度、高密度和均匀的微观结 构。
药物合成
绿色催化剂在药物合成中，能够实现高效、环保 的药物合成过程，降低生产成本和减少环境污染。
第二章 绿色化学
因此，我们即要为开创更加美好的未来生活而发展化学和工业， 又不能让化学产品生产过程和化学品破坏我们的环境。这就要 求我们大力发展即支撑经济发展，又能满足环境要求，以保证
可持续发展的新的化学——绿色化学。所以，大力发展绿色化
学是人类社会可持续发展和必然要求。
第三节、化学反应的原子经济性
一、原子利用率
当前物质文明的化学产品和化学工业而退回到更上一个世
纪，去过那种田园生活。尽管我们处在可怕的白色污染的 包围之中，但我们完全无法想像没有今天的高分子聚合物 产品，我们的日常生活还能否正常进行，尤其是在都市中， 这种情况更为突出。
二、发展绿色化学是科学技术和经济发展的需要。
在整个工业体系中，化学工业占有很大的比例。在历 史上，德国依靠化学工业技术革命，使世界科学技术中心 由英国转移到了德国。而美国则重复着德国的历史。二战 后，依靠以石油化工技术为代表的技术创新取得化学工业
在合成反应中，要减少废物排放的关键是提高反应的选择
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：
用原子利用率可以衡量在一个化学反应中，生产一定量目 标产物到底会生成多少废物。
近年来，开发原子经济性反应已成为绿色化学研究的热点
之一。例如，环氧丙烷是生产聚氨酯塑料的重要原料，传统 上主要采用二步反应的氯醇法，不仅使用可能带来危险的氯 气，而且还产生大量污染环境的含氯化钙废水，国内外均在 开发催化氧化丙烯制环氧丙烷的原子经济反应新方法。实现
学物质污染有关。据有关统计，在所有释放有毒有害物质
的工业中，化学工业处于第一位，是处于第二位的冶金工
业的 4 倍，而且该调查仅涉及 70000 多个商用化学品中
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6.1 引言
目前该反应的固体催化剂已经实现产业化。
1
ABB Lummus 和 Akzo Nobel 拥有 “AlkyClean”工 艺过程。使用沸 石在70-90 oC产 生96辛烷汽油。
2
UOP “烯烃” 过程使用 AlCl3/Al2O3 流化 床在10-40 oC氢 化再生。
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6.2 聚合磺酸
聚合磺酸在苯胺的烷基化反应中非常有用，此反应不 能在通常的离子交换树脂上完成，因为它的最高使用 温度是120oC。
由于二氢喹啉副产物，因此不能由丙酮与苯胺直接形 成。
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6.2 聚合磺酸
环氧化物的溶液通过一根10cm的Nafion H柱子就可以 完成烷基化反应。
四面体单元，通过共享的氧原子相连，没有相邻的氧化铝 单元。对于氧化铝来说，为了达到电中性，必须存在一个 碱或碱土金属的另个正电荷。
这些沸石的结构中含有一个、两个或者三个方向的通 道，两个通道相交时可能形成一个大的笼。孔道中含 有碱金属或者碱土金属正离子。如图
左图：ZSM-5沸石通道 右图：X和Y型沸石 注：每个拐角代表一个 硅原子或铝原子 I和II表示正离子 可能存在的地方 大 连 理 工 大 学 31
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6.4 稀土金属三氟甲磺酸盐
它们也能催化一些通常的碱催化反应。它们适用于 aldol反应、Diels-Alder反应、频哪醇和开环反应。三氟 甲磺酸钇能作用于四氢呋喃聚合反应的催化剂。而三 氟甲磺酸镝可用于乙烯基异丁基醚聚合反应的催化剂 。
三氟甲磺酸铪能催化芳香化合物的酰基化和烷基化反 应。用于芳香化合物的消化时，能消除废酸。
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6.7 固体碱
层状氢氧根和碳酸根双负离子镁铝盐称为水滑石（如 Mg6Al2(OH)16CO3 ▪ H2O）。 水滑石煅烧前后生成的镁铝-氧化物都可以作固体催 化剂。也被嵌入介孔硅胶中，增加附加尺寸和选择性 。 水滑石能催化许多化学反应。
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6.7 固体碱
1
绿色化学导论
第六章 固体酸和碱
1
目 录
6.1 6.2 引言 聚合磺酸 6.6 稀土金属三氟甲磺酸盐
6.7
6.8 6.9 6.10 6.11
固体碱
沸石和相关材料 金属有机骨架材料 粘土 杂多酸化合物
2
6.3 聚合物负载路易斯酸 6.4 硫酸化的氧化锆 6.5 负载的金属氧化物
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第一节 引言
液 体
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6.1 引言
最强的布朗斯特酸是H(CHB11C11)。包含许多氟原子 的非氧化性路易斯超酸足够强时，可以和氟代苯配位 。
许多固体酸，如粘土和分子筛的形状和尺寸是可以选 择的，这些因素也会决定哪一种固体酸能够使用。下 面将介绍不同类型的固体酸。
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第二节 聚合磺酸
磺酸离子交换树脂能催化：酯化、醚化和水、乙醇对 烯烃的加成反应，此部分见第五章。Degussa 合成了 与烷基磺酸基相似的聚硅氧烷，相比聚苯乙烯的 120oC，它可以在230oC以下稳定。 杜邦公司生产了一种聚合全氟代磺酸作为Nafion H(如 图) 它是三氟甲烷磺酸的聚 合等效物 用于1,2-二醇的频哪醇 重排时，可避免脱水 用于1,4-二醇和1，5-二 醇却脱水
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第四节 硫酸化的氧化锆
硫酸化氧化锆是已知最强的固体酸，它可以用作顺2丁烯异构化丁烷与烷基异丁烯。可以由二氧化锆与硫 酸反应或通过溶胶-凝胶法由锆盐制备。 但它的结构说法不一。 硫酸锆高温分解制备材料的红外光谱的研究说明其表 面上有双硫酸盐和单硫酸盐（如图），硫酸氢或环硫 酸也是可能的。
未发生脱水产生不饱和酮
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6.7 固体碱
氧化镁、氧化钙和羟磷灰石可催化氰基三甲基硅烷对 环氧化物的反应，区域选择性为92%-99%，比在均相 反应中高。这种酞氢四磺酸钴嵌入层状双氢氧根的镁 铝盐，对2，6-二甲基苯酚的空气活性提高125倍。 这种层状化合物也可以作为一些客体化合物，如碳酸 盐、硫酸盐、磷酸盐和多金属聚合物的主体，它们通 过负离子交换置入主题化合物内。 氧化铈和氧化镁的固溶胶能催化苯酚的邻位烷基化反 应。
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6.1 引言
Hoechst-Celanese 三步法制备布洛芬取代了六步法过 程。其中，在酰基化的溶剂和催化剂中使用了氟化氢 (图6.3)。替代氟化氢含有两种方法：使用UOP-Petresa 催化剂或高表面积的聚合含氟代磺酸聚合物。
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6.1 引言
现已报道多种类型的超酸和碱。超酸是指至少和100% 硫酸一样强的酸。 酸度由指示器测定并用一个哈密顿函数H0表示。表6.1 列出了一些超酸，顶部为最强的超酸。
三（五氟苯基）硼是一种对空气稳定、耐水的路易斯 酸。在一些反应中只需2%就有效果。但循环使用未见 报道。
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第七节 固体碱
负载于氧化铝上的氟化钾就是一种固体碱。如下反应 。它能在无溶剂条件下催化苯甲醛的Tishichenko反应 。苯甲酸苄酯的收率为94%。
碱金属和碱土金属碳酸盐能催化苯甲醛与丙二腈的 Knoevenagel反应。
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6.4 稀土金属三氟甲磺酸盐
十二烷基硫酸钪在水相分散剂中可作催化剂。该反应 比在二氯甲烷中快5000倍。
钪盐用于制备聚酯时，只有伯羟基可以反应。
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6.4 稀土金属三氟甲磺酸盐
三氯化铟是另一种在水中稳定存在的路易斯酸。它已 被用作Diels-Alder反应和其他反应的催化剂，如6.25。 此反应无需加入有机溶剂就可分离出有机层。
图6.33显示了沸石孔径和碳氢化合物的尺寸。
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6.8 沸石和相关材料
沸石的命名方式很多，但最普遍的是涉及这种材料首 先被制备的地方。如ZSM-5，是 zeolite SOCONY-Mobil NO.5，SOCONY代表公式名称为Standard Oil of New York。 沸石的制备 1、可以通过硅酸钠、铝酸钠和氢氧化钠在模板氢氧化季
丙烯腈的醇加反应
异丙醇对酮的还原反应 甘油和甘油三油脂反应 生成甘油单油酸酯
4
煅烧的水滑石能催化苯
催化
2 3
胺反应，专一生成单烷 基化衍生物，如图6.28
当Aldol反应在0oC 时，得 到羟基酮，产率88%-97%
催化氰基三甲基硅烷对
醛酮的加成反应 •催化醛与活泼亚甲基的缩 合反应
尽管产率与那些用氯化锡(IV) 和三氟硼酸乙酯催化的 反应相当。具有的优点：替代用于膨胀高分子的溶剂 CH2Cl2/47 CFCl3/3 CF3CH2OH 溶剂，且无毒、不破坏臭 氧层。
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6.2 聚合磺酸
Nafion 催化剂的活性可通过硅胶、四甲基硅氧烷或四 乙基硅氧烷和二甲基溶胶法加强。约增加100倍活性 。
Exelus 使用沸石 和固定床反应器， 在60-90 oC 经1012h 烷基化后， 催化剂经氢化2h 再生。此过程产 生纯度大于98% 的辛烷汽油。
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6.1 引言
此外，也有用固体酸催化剂催化异丁烯二聚。例如， 使用离子交换树脂-大孔树脂15催化二聚，然后氢化 。
氟化氢也用在苯与线性烯烃的烷基化反应来生产烷基 洗涤剂，之后被磺化生产洗涤剂。在UOP 过程中，有 的用氟代硅烷-氧化铝催化剂代替氟化氢。
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6.4 稀土金属三氟甲磺酸盐
茴香醚能与乙酸酐发生乙酰化反应，收率99%。催化 剂也可为三氟甲酸镱。
用摩尔分数为1%的三氟甲磺酸钪作为催化剂可以很 好的催化醇的酰化反应。用甲苯作为溶剂。
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6.4 稀土金属三氟甲磺酸盐
三氟甲酸钪也能催化羰基-烯反应。
三氟甲酸稀土也能用作醛与芳环的反应。
6.8 沸石和相关材料
硅-铝比率随着典型值而变化，如沸石A（1.0）、沸石 X（1.1）、沸石Y（2.4）、无定型硅质岩。 干燥后，一些沸石大约有50%的空隙。几种典型的沸 石孔径和孔体积百分率见表6.2。孔径随着其中的正离 子变化而变化，A型和X型沸石的数据见表6.3。
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6.8 沸石和相关材料
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6.5 负载的金属氧化物
用CuFeO4作催化剂，苯被苄基化反应生成二苯甲烷， 收率81.5%。使用5次，活性不降低。 HNbMoO6 是一种强耐水性的固体催化剂，高表面的 TiN 已经用在高产率的烷基化反应中。
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第六节 稀土金属三氟甲磺酸盐
稀土金属和一些其他金属三氟甲磺酸盐对水、醇和羧 酸稳定。它们可以催化用作耐水性酸。通常不是固体 催化剂，但能循环使用且活性不减。 在聚苯乙烯微胶囊中的三氟甲磺酸钪易于过滤回收和 重复使用且不失活性。在亚胺aldol反应中，其活性比 非胶囊化的三氟甲磺酸钪的高，7次后保持活性（收 率90%）。。