第八章 绿色化学的原理与应用

第八章绿色化学的原理与应用

第一节绿色化学的诞生和发展简史

一绿色化学的产生缘自可持续发展战略

二绿色化学的定义和发展简史

第二节绿色化学的原理

一绿色化学的12条原理

二绿色化学与绿色工程

三工业生态学原理

第三节绿色化学的应用

一绿色化学的主要研究方向

二绿色化学的应用

本章介绍一个颇具生命力的一门新兴交叉学科－绿色化学的诞生和发展过程，讨论了绿色化学的原理和应用。

学习中要充分理解和体会绿色化学的重要学术意义和实用价值；掌握绿色化学的12条原理及其与绿色工程和工业生态学原理的相互联系；明确绿色化学的主要研究方向，并从典型应用实例中学习灵活运用绿色化学原理解决实际问题的学术思路，认识绿色化学在保护生态环境、促进可持续发展战略方针贯彻方面的巨大作用

第一节绿色化学的诞生和发展简史

一绿色化学的产生缘自可持续发展战略

1992年在巴西里约热内卢举行的联合国环境与发展峰会上一致肯定了可持续发展（Sustainable Development）战略思想－即工业增长、经济发展必须既符合当代人类社会需要，又能为后代保护资源和环境。此后，这一长远发展的战略思想逐渐被世界各国政府和广大人民群众所认知。

当前世界范围最关注的化学污染物主要是持久性有机污染物（Persistent organic pollutants, POPs），具有致突变(mutagenic)、致癌变(carcinogenic)和致畸变(teratogenic)作用的所谓“三致”化学污染物，以及环境内分泌干扰物(environmental endocrine disrupters, EEDs)。

二，绿色化学的定义和发展简史

绿色化学（green chemistry）亦称可持续的化学（sustainable chemistry）。绿色化学就是研究利用一套原理在化学产品的设计、开发和加工生产过程中减少或消除使用或产生对人类健康和环境有害物质的科学。发展史

第二节绿色化学的基本原理

1. 绿色化学的12条原理

（1）预防（Prevention）。防止产生废物比在它产生后再处理或清除更好。

（2）原子经济性（Atom Economy）。设计合成方法时，应尽可能使用于生产加工过程的材料都进入最后的产品中。

（3）无害（或少害）的化学合成（Less Hazardous Chemical Syntheses）。所设计的合成方法应该对人类健康和环境具有小的或没有毒性。

（4）设计无危险的化学品（Design Safer Chemicals）。化学产品应该设计为使其有效地显示所期望的功能而毒性最小。

（5）安全的溶剂和助剂（Safer Solvents and Auxiliaries）。所使用的辅助物质包括溶剂、分离试剂和其他物品，当使用时都应是无害的。

（6）设计要讲求能效（Design for Energy Efficiency）。化学加工过程的能源要求应该考虑它们的环境的和经济的影响并应尽量节省。如果可能，合成方法应在室温和常压下进行。

（7）使用可再生的原料（Use Renewable Feedstocks）。当技术和经济上可行，原料和加工厂粗料都应可再生。

（8）减少衍生物（Reduce Derivatives）。如果可能，尽量减少和避免利用衍生化反应。因为，此种步骤需要添加额外的试剂并且可能产生废物。

（9）催化作用（Catalysis）。采用具有高选择性的催化剂比化学计量学的助剂要优越的多。

（10）设计要考虑降解（Design for Degradation）。设计化学产品应使它们在功能终了时，分解为无害的降解产物并不在环境中长期存在。

（11）为了预防污染进行实时分析（Real-Time Analysis for Pollution Prevention）。需要进一步开发新的分析方法，使其可进行实时的生产过程监测并在有害物质形成之前予以控制。

（12）防止事故发生的固有安全化学（Inherently Safer Chemistry for Accident Prevention）。在化学过程中使用的物质和物质形态的选择，应使其尽可能地减少发生包括释放、爆炸以及着火等化学事故的潜在可能性。

绿色化学的12条原理是相互关联的，综合的考虑施行当然更为有效。然而，在一项绿色化学研究项目中不易同时体现这12条原理，实质上最关键的核心精神就是在化学品的创造、应用乃至报废的整个过程中做到少废、无废和无毒、无害

第三节绿色化学的应用

一、绿色化学的主要研究方向

1.探索利用化学反应的选择性（包括化学的、区域的、和立体选择性）来提高化学反应的原子经济性，降低产品不良的生态效应，增强对环境的友好程度；

2.发展和应用对环境和人类无毒无害的试剂和溶剂，特别是开发以超临界流体、离子液体和水为反应介质的化学反应；

3.大力开发新型环境友好催化剂以提高反应的选择性和效率；

4.采用新型的分离技术等。

二、绿色化学的应用

1.提高化学反应原子经济性和环境友好程度的应用举例。

原子经济性是衡量化学反应中反应物转变为最终产品的程度。有机合成化学中常见的几种反应类型，如分子重排反应（rearrangement）、加成反应(addition)、取代反应(substitution)、消除反应(elimination)等，按其各自反应的性质，它们的反应原子经济性各有不同。要想提高化学反应的原子经济性通常可采取选用合适的新合成原料，改变反应途径和条件，或开发新型催化剂，乃至综合运用各种手段效果更佳。

2.发展无毒无害的反应介质

（1）超临界流体

（2）离子液体

3.开发新型环境友好催化剂

前在此领域的主要成果包括环境友好的酸碱催化剂（含固体酸碱催化剂、杂多酸及负载型杂多酸催化剂），分子筛催化剂，选择性氧化催化剂，生物催化剂，手性合成或不对称合成催化剂，超临界非均相催化剂，以及包含光催化、声波和超声波的替换催化作用等。

为了响应中共十六届五中全会关于加快建设资源节约型，环境友好型社会的号召，除重要基本政策导向之外，大力发展和应用环境友好的科学技术是关键措施之一。要立足于人与自然和谐，发展和应用环境友好的科学技术，形成资源消耗少、资源和能源利用效率高、废弃物排放少的生产和消费体系，使人类对自然的开发和利用控制在生态环境能够自我更新的范围之内。

绿色化学的主旨，研究方向和应用领域是完全符合上述精神的。