绿色化学实验报告

绿色化学实验报告

绿色化学的基本介绍：

绿色化学又称“环境无害化学”、“环境友好化学”、“清洁化学”，，绿色化学是指:在制造和应用化学产品时应有效利用(最好可再生)原料,消除废物和避免使用有毒的和危险的试剂和溶剂。而今天的绿色化学是指能够保护环境的化学技术.它可通过使用自然能源,避免给环境造成负担、避免排放有害物质.利用太阳能为目的的光触媒和氢能源的制造和储藏技术的开发，并考虑节能、节省资源、减少废弃物排放量。

背景：传统的化学工业给环境带来的污染已十分严重，目前全世界每年产生的有害废物达3亿吨～4亿吨，给环境造成危害，并威胁着人类的生存。严峻的现实使得各国必须寻找一条不破坏环境，不危害人类生存的可持续发展的道路。化学工业能否生产出对环境无害的化学品？甚至开发出不产生废物的工艺？绿色化学的口号最早产生于化学工业非常发达的美国。1990年，美国通过了一个“防止污染行动”的法令。1991年后，“绿色化学”由美国化学会（ACS）提出并成为美国环保署（EPA）的中心口号，并立即得到了全世界的积极响应。

核心：

利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染。

按照绿色化学的原则、最理想的化工生产方式是：反应物的原子全部转化为期望的最终产物。

绿色化学涉及有机合成、催化、生物化学、分析化学等学科,内容广泛。它的主要特点是：

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。

重要性：迄今为止，化学工业的绝大多数工艺都是20多年前开发的，当时的加工费用主要包括原材料、能耗和劳动力的费用。近年来，由于化学工业向大气、水和土壤等排放了大量有毒、有害的物质。以1993年为例，美国仅按365种有毒物质排放估算，化学工业的排放量为30亿磅。因此，加工费用又增加了废物控制、处理和埋放。环保监测、达标，事故责任赔偿等费用。1992年，美国化学工业用于环保的费用为1150亿美元，清理已污染地区花去7000亿美元。1996年美国Dupont公司的化学品销售总额为180亿美元，环保费用为10亿美元。所以，从环保、经济和社会的要求看，化学工业不能再承担使用和产生有毒有害物质的费用，需要大力研究与开发从源头上减少和消除污染的绿色化学。

绿色化学与催化：

催化剂：催化剂是化学工艺的基础，是许多化学反应实现工业应用的关键。目前大多数化工产品的生产，均采用了催化反应技术，据统计，约85%化学品是通过催化工艺生产的，新的化工过程有80%以上是依靠催化技术来完成的。

特点：

催化剂只能实现热力学上可以发生的反应。

催化剂只能缩短或延长到达平衡的时间，而不能改变转化率。

催化剂具有选择性。

催化剂是第一步的反应物，最后一步的产物，即经过一次化学循环后又恢复到原来的组成。

绿色催化剂定义：

绿色化学要求化学品的生产最大限度地合理利用资源，最低限度地产生环境污染和最大

限度地维护生态平衡。它对化学反应的要求是：采用无毒、无害的原料；在无毒无害及温和的条件下进行；反应必须具有高效的选择性；产品应是环境友好的。这四点要求之中有两点涉及到催化剂，人们将这类催化反应成为绿色催化反应，其使用的催化剂也就称为绿色催化剂。

分类：

固体酸催化剂：1.沸石分子筛：沸石分子筛是结晶铝硅酸金属盐的水合物，其化学通式为：Mx/m[(AlO2)x·(SiO2)y]·zH2O。

应用:分子筛具有均匀的微孔结构，比表面积为200-900m2/g，孔容占分子筛晶体体积体积的50%左右，随硅铝比的提高，分子筛的酸稳定性、热稳定性增强，高硅分子筛对烃类的裂解和转化催化反应表现出相当高的活性。

2.杂多酸催化剂：由杂原子（如P、Si、Fe、Co 等）和配位原子（即多原子，如Mo、W、V、Nb、Ta 等）按一定的结构通过氧原子配位桥联组成的一类含氧多酸或为多氧簇金属配合物，常用HPA 表示。

杂多酸催化剂有两种存在形式即纯杂多酸和负载型杂多酸。

杂多酸在精细化学品合成中的应用：1、HPA酸催化烷基化。2、HPA酸催化酯化。3、HPA酸催化缩合。4、HPA酸催化硝化。5、HPA催化氧化。

3.超强酸：固体酸的强度超过100%H2SO4的酸强度，即为超强酸。

分类：固体本身型例：TiO2-SO42- H-ZSM-5

负载型例：SbF5/SiO2-Al2O3

含卤素型活性高，稳定性较差，原料价格高，有腐蚀性

不含卤素型以SO42-为促进剂的锆系（SO42-/ZrO2）、钛系、

铁系（SO42-/Fe3O4）

以金属氧化物为促进剂，如WO3/Fe3O4等

4.离子交换树脂:

固体碱催化剂:

1.异构化反应:烯的异构化反应,Al2O3、CaO和MgO对此反应有较好的催化活性。

2.氧化反应: 不饱和烯烃的环氧化作用是在固体碱催化剂作用的同时伴有过氧化氢物的加入。

3,.氨化反应：在固体碱催化剂作用下伯胺和仲胺能够与共轭双烯发生加成反应。

4.氢化反应：通常氢分子在固体碱催化剂被吸附并形成H+和H-起到氢化作用。

生物催化剂：本质是酶。

优点为反应条件温和、催化效率高和专一性强。

缺点为有机溶剂中生物催化剂的稳定性和耐受性都很低，易受到有机溶剂的破坏，此外它的催化活性还受到溶剂pH和反应温度的影响。

膜催化剂:膜还没有一个精确、完整的定义。

在膜催化反应器中，膜的功能主要有以下两种：

1、膜上反应区的一个分离元件，仅有分离功能。

2、膜具有催化活性，膜本身是催化剂或是用催化活性物质进行处理而具有催化功能，同时又有选择性透过的功能。这种膜催化剂有着常规催化剂难以比拟的优点：扩散阻力小，温度极易控制，选择性高，能进行不产生副反应产物的连串反应等。

绿色催化剂的研制与开发，是化学工作者的重大课题，也是化学工业摆脱污量对环境伤害严重局面的希望所在。催化科学反展到今天已经成为化学品、燃料生产和环境保护的支柱技术。过去在研制催化剂时只考虑其催化活性、寿命、成本及制造工艺，极少估计环境因素。