第二章 绿色化学原理
绿色化学-第二章
➢ We could compare and select the most favorable substance and method under specified conditions.
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进一步认识绿色化学 Deeper viewpoints on Green Chemistry
Scientific viewpoints: Green Chemistry concerns new research area of
chemistry. It rejuvenates(更新) the contents of chemistry. Economical viewpoint: Green Chemistry provides fundamental principles and techniques to utilize effectively the starting materials(resources) and energy, meanwhile the cost of the production is reduced, thus satisfying the requirements of sustainable development.
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绿色化学的目标 ☺ No pollution should be accompanied in chemical
processes, this is to say, eliminate the potential(潜 力) of pollution before it occurs. ☺ The realization of this goal means no environmental control is needed, because there will be no pollution.
第2章 绿色化学原理 [兼容模式]
![第2章 绿色化学原理 [兼容模式]](https://img.taocdn.com/s3/m/487b469702d276a200292e5b.png)
开发新一代苯与烯烃烷基化 无毒无害固体酸催化剂
加快已有基础的负载型杂多酸的开发 利用悬浮催化蒸馏等新工艺 力争开发具有中国特色的独特先进新催化 剂和工艺 继续研究纳米分子筛复合材料、离子液体 等新催化材料
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超临界二氧化碳代替有毒、有害 溶剂正在推广应用
挥发性有机溶剂有广泛用途
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绿色化学工程技术12条原则
设计的产品、工艺及所有系统应该是输出的“牵 引” 而不是靠输 物 和能量的“推动” 引”，而不是靠输入物质和能量的“推动”。 当设计选择再生、循环利用和其他有益的处理时， 应对内在的复杂性有充分的研究和认识。 设计方案的目标产物要强调耐久性，而不是永久 性。 设计方案应着重于满足需要，使过量最小化。
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不同工业部门生产中的废物排放量
工业部门 炼油 大宗化学品 精细化工 制药 每吨产品排放的废物（吨/吨） ~0 0.1 1 1~5 5~20 25~100
制药 精细化 ——更需开发原子经济反应 制药、精细化工 更需 发 济 应
大力开发医药等精细化工产品 “原子经 大力开发医药等精细化工产品 济”反应，力争实现废物 济” 反应，力争实现废物“零排放” “零排放”
医药、农药、功能化学品的研究
——绿色化学最活跃的前沿领域 • 大力研究原子经济反应和手性合成 等 • 医药、农药等产品要引进多种官能 团和调整化学结构，生产往往经过 多步反应 需要配套开发技术 才 多步反应，需要配套开发技术，才 能推向工业化
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绿色化学后12条原则
利物浦大学化学系Leverhulme催化创新 中心的Neil Winterton提出 从技术、经济和商业等角度出发 评估一个工艺过程的绿色化，并与其他 工艺相比较
第2章 绿色化学原理
4. 设计安全化学品(Design safety of
chemicals ):应设计化工产品使其保留功效，但
降低毒性。
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•5.安全的溶剂和助剂（Security solvents and additives ）： 应尽可能避免使用辅助物质（如溶剂、分离剂）， 如用时应是无毒的。 •6.能量效率设计(Energy Efficiency Design ):应考虑到能 源消耗对环境和经济的影响，并应尽量少地使用能 源。如有可能合成应在常温和常压下进行。 •7.使用可再生原料(Use of renewable raw materials ):只要 技术和经济上可行，原料应是可再生的，而不是将 耗竭的。 •8.减少衍生步骤(Reduce the derived step ):应尽可能避 免不必要的衍生化（阻断基团，保护／脱保护，物 理和化学过程的暂时修饰）因为这些步骤需要添加 3 试剂并可能产生废物。
Байду номын сангаас
（8）创造超过已有的或占有绝对优势的工程实施方案，对工 艺的改进革新和发明都要符合“可持续发展”的原则。 （9）要使社会团体和资本占有者积极参与工程解决方案的设 计与开发。 绿色化学工程技术就是要把当前工艺技术的原则和实践转 变到促进可持续发展的原则和实践中来。绿色化学工程技术将 具体体现技术和经济可行产品、工艺和系统的开发与实施，提 高人类的福利，保护人类健康，并将提高生物圈的保护作为化 学工程技术解决方案的标准。为保证彻底实施绿色化学工程技 术解决方案，化工工程师需要使用如上所述的“绿色化学工程 技术九条附加原则”。 绿色化学和绿色化学工程技术原则，可作为开发和评估一 条合成路线、一个生产过程、一个化学工程工艺设计、一个实 验方案、一个化合物是不是环境友好的重要标准。
绿色化学第二版知识点总结
绿色化学第二版知识点总结第一章：绿色化学导论绿色化学是以人为中心的理念，旨在提供环境友好、经济可行和社会可持续的解决方案。
绿色化学的原则包括原子经济、减少有害物质使用、能源效率、生物多样性保护、安全和健康。
第二章：设计绿色合成路线设计绿色合成路线的关键是使用尽可能少的原料，减少废弃物和副产品的产生，并确保合成过程中的安全性和可持续性。
绿色合成路线的设计需要考虑原料的可获得性、反应条件的温和性以及产物的纯度和性能。
第三章：使用可再生原料可再生原料是指那些能够通过自然过程得以更新并得以持续使用的原料。
在绿色化学中，使用可再生原料可以减少对有限资源的依赖，降低对环境的影响，并带来更可持续的生产和消费方式。
第四章：理解绿色溶剂的优势在绿色化学中，选择合适的溶剂非常重要。
绿色溶剂应具有良好的生态和毒理性能，并且在生产和使用过程中能够降低对环境和健康的不利影响。
第五章：开发绿色催化剂绿色催化剂是绿色化学中的重要组成部分，它们可以在较低的温度和压力下促进化学反应的进行，减少能量消耗和废弃物的产生。
绿色催化剂的设计需要考虑其对环境和健康的影响，并确保其在反应过程中的高效性和选择性。
第六章：开发可降解的塑料塑料制品的生产和使用给环境带来了严重的污染和危害。
在绿色化学中，开发可降解的塑料是一个重要的研究方向，它可以减少对有限资源的挥霍，降低对环境的影响，并为循环经济和可持续发展提供可能。
第七章：推广绿色化学理念推广绿色化学理念是绿色化学发展的一个重要环节，它需要政府、企业和公众的共同努力。
通过宣传教育、立法法规和市场激励等方式，推广绿色化学理念，促进绿色产品和技术的应用，为建设美丽中国和美丽世界作出贡献。
第八章：绿色化学的未来展望绿色化学是未来化学发展的重要方向，它将在能源、环境、材料和生命科学等领域发挥越来越重要的作用。
未来，绿色化学将逐渐成为化学领域的主流方向，带来更多的技术创新和商业机会，为人类社会的可持续发展提供更多的可能性。
[工学]绿色化学第2章绿色化学
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2020/11/14
第二节 为什么要大力发展绿色化学
许多排放物能在环境中残留和积累 , 对环境造成破 坏。另外，化工生产中的偶然事故也会对人类和环境造 成突发性的影响，比如， 1983 年印度 Seveso 农药厂异 氰酸甲酯的泄漏造成 2000 人死亡， 30 万人中毒等。但 是，目前人类社会发展到今天已无法离开造成我们当前 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。
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2020/11/14
第一节 什么是绿色化学
由于物质及人类活动本身有其内在的运动规律，因此， 任何物质和人类活动对人类本身及环境均会有或多或少 的影响，那是不是意味着“没有什么物质是友好的，我 们追求的完美无缺的绿色化学仅仅是一种理想状态而无 法实现的”呢？目前绿色化学领域取得的进展已经对此 作出了否定的回答。这方面取得的成果不仅解决了传统 方法造成的对环境、对人类健康的危害，同时在经济技 术指标、原料有效利、过程效益等方面均取得了良好效 果，因此，已成为市场驱动和利益驱动的技术。诚然， 要绝对区分哪一物质、哪一过程对环境更加无害是十分 困难的，很难构筑一张物质过程对环境危害的定量表。
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2020/11/14
第三节 化学反应的原子经济性
• 例如，由乙烯制备环氧乙烷，采用经典的氯化 乙醇法时，假定每一步反应的产率、选择性均 为 100% ，这条合成路线的原子利用率也只能 达到 25% ：
绿色化学第二章
和世界上首家实现三产品联产，实现了零排放。 创出了产量高、成本低、效益好、无污染、低 能耗、清洁生产的新路子。使得中国在这个领 域登上了当今世界科学的高峰。 这项技术除需要消耗一些燃料能源外，原料 成本达到了最小化。其重要经济利益在于： 第一，以工业废料为原料，大幅度降低了生 产成本； 第二，将不同的产品依其内在的生产联系， 科学地排列组合成一套新的工艺，减少了原料 运输等过程，大大地节约了成本。
2. 什么是环境因子？环境因子与原 子利用率之间有什么关系？ 3.原子经济性与产率有什么区别？ 4.通过哪些途径可以提高反应的原
子经济性？
三、原子经济性与环境效益
为了衡量生产过程对环境的影响， 1992年荷兰化学家Sheldon提出了环境因 子的概念，其定义为
废物质量 E 目标产物质量
原子利用率越低，环境因子就越大， 生产过程产生的废物就越多，造成的资 源浪费和环境污染就越大。
几个行业的环境因子
生产规模/kg E因子
石油精炼 基本化工 精细化工 制药
在化学和化工研究及生产中，有机合成 占有十分重要的地位。原子经济化概念可 以引导人们如何去设计有机合成，在设计 合成的途径中，如何经济地利用原子，避 免使用保护基，这样设计的合成方法就不 会有废物，而且是对环境友好的。 一个有效的有机合成反应不但要有高度 的选择性，而且必须具备较好的原子经济 性。
艺，以甲基乙炔、甲醇、一氧化碳为
原料，二价钯化合物作催化剂，一步
制得MMA，原子利用率为100%，反
应选择性高达99.9%，单程转化率高
达98.9%。具有很高的经济效益和环
境效益。
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中国绿色化学的拓荒者——冯怡生
山东鲁北化工企业集团董事长冯怡生经过十 多年的潜心研究，建成了世界上第一家以一种 产品的废弃物作为另一种产品的原料而循环生 产的化工厂，成功地推出了“年产3万吨磷铵、 4万吨磷石膏制硫酸联产6万吨水泥”的装置。 该联产装置把磷铵、硫酸、水泥三套装置有 机地组合在一起，利用生产磷铵排放的废渣磷 石膏制硫酸联产水泥，硫酸用来制磷铵，硫酸 尾气回收后制取液体二氧化硫用于生产溴素， 废水封闭循环利用，四种产品同时连体而生， 形成了一个无“三废”排放的良性循环。在中
绿色化学的原理和应用
绿色化学的原理和应用1. 绿色化学的概述•绿色化学是一种以可持续发展理念为基础的化学研究和应用方法。
它旨在减少对环境的污染和资源的消耗，同时提高化学过程的效率和安全性。
•绿色化学强调使用环境友好的溶剂、催化剂以及实现废物无害化处理等方面的技术。
•绿色化学的应用领域包括有机合成、能源转换、材料科学等，对于推动可持续发展具有重要意义。
2. 绿色化学的原理绿色化学的原理是通过改变传统化学反应的条件、催化剂和溶剂等要素，实现高效率反应、废物转化和环境友好的化学过程。
具体包括以下几个方面：2.1 替代有毒物质•绿色化学中的一个重要原则是尽量替代有毒的化学物质。
通过研究和开发更环保的替代品，可以减少对环境和健康的危害。
2.2 最大限度地利用原料•绿色化学追求尽量利用原料，减少废物产生和资源浪费。
例如，利用废弃物或副产物作为原料进行再利用，达到资源的最大化利用效果。
2.3 优化反应条件•绿色化学考虑到反应条件对环境和能源的影响，通过改进反应条件来提高反应效率。
例如，降低反应温度和压力，减少能源的消耗。
2.4 使用可再生能源•绿色化学倡导使用可再生能源来驱动化学反应，减少对传统能源的依赖，从而减少对环境的污染和资源的消耗。
3. 绿色化学的应用3.1 有机合成•绿色化学在有机合成领域的应用非常广泛。
例如，利用催化剂和溶剂的选择来实现高选择性和高收率的有机反应。
同时，利用可再生原料和废物转化技术来减少废物产生。
3.2 药物研发•绿色化学在药物研发中的应用可以减少对大量有机溶剂和有毒试剂的使用，降低对环境和人体的风险。
研究人员通过改进合成路线、优化反应条件和使用环境友好的催化剂等手段来实现绿色药物研发。
3.3 能源转换•绿色化学在能源转换领域的应用包括太阳能电池、燃料电池等领域。
通过研究新型催化剂和光敏材料，实现能源的高效转换和储存，以减少对传统能源的依赖。
3.4 材料科学•绿色化学在材料科学中的应用旨在研发环境友好的材料，减少对环境的污染。
绿色化学的原理与应用
绿色化学的原理与应用绿色化学是一种注重环境、可持续性和可再生性的化学方法，其目的在于让化学合成变得更加环保。
绿色化学不仅可以提高合成过程的效率和经济性，还可以减少废弃物和污染物的生成，尽可能地节约能源和资源。
在这篇文章中，我将探讨绿色化学的原理和应用，以及它对我们社会和环境的重要性。
一、绿色化学的原理1.1 最小逆境原则在绿色合成中，最小逆境原则是一个非常重要的原则。
它要求尽可能在温和的条件下使用少量的化学品，减少有害废物或过程的排放，并在分离、纯化、垃圾处理等方面采用环保方法。
1.2 可再生性资源的使用绿色化学还注重使用可再生性资源，例如生物基化合物。
这些化合物可以替代从石油中提取的化学品，并且更加环保和可持续。
1.3 无毒无害和可降解的化学品绿色化学致力于使用无毒无害和可降解的化学品。
这意味着在合成过程中，使用的化学品应该对人体和环境无害，并且尽可能在合成结束后可以迅速降解。
1.4 原子经济学原子经济学是一种重要的绿色化学原则。
它强调将化学反应设计为使用较少的原子，从而减少原材料的浪费和废弃物的生成。
二、绿色化学的应用2.1 转化废物为资源绿色化学的应用有很多，其中之一是转化废物为资源。
通过使用环保的化学方法，可以对含有农药或重金属的污染废物进行处理。
这些污染物可以通过化学反应转化为相对无害的物质，并转化为有价值的产品，实现资源的再利用。
2.2 生物基化学品的制备随着对环境友好型材料需求的不断增加，生物基化学品的制备成为一个非常重要的研究领域。
这些化合物可以用于替代传统的石油基材料，例如塑料，从而减少对石油的使用，达到环境友好、可持续的目标。
2.3 医药品研发绿色化学在医药品研发方面也得到广泛应用。
绿色化学方法的使用可以减少对生物学制品（例如蛋白质、核酸等）的使用，改善合成过程的效率和纯度，从而提高医药品的质量和可靠性。
三、绿色化学的重要性绿色化学的原则和应用已经在全球范围内获得了广泛的重视。
第二章绿色化学原理详解演示文稿
传统方法（Traditional way）
CH3CH=CH2 + Cl2 + Ca(OH)2
42 71
74
C3H6O + CaCl2 + H2O
58
111 18
58 111+ 18 = 129
58
58
=
╳ 100% =
╳ 100% = 31%
111+ 18 + 58
42+ 71 + 74
绿色化学方法（New greener way）
Pd(OAc)2
原子经济性反应
传统反应： A + B
C +D
原子经济性反应：E + F
C
常见有机反应类的原子经济性：
重排反应、加成反应、取代反应、消除反应
100% 100% <100% <100%
2.3 绿色化学合成
❖ 有机合成原料 光气（COCl2） 氰化物（HCN、KCN、NaCN） 硫酸二甲酯[(CH3)2SO4]
28+16
44
Silver catalyst（银催化剂） is used to convert ethylene directly to the target molecule by using oxygen as the oxidant, which gives 100% atom utilization.
44
111 18
44
111+ 18 = 129
44
44
=
╳ 100% =
╳ 100% = 25%
111+ 18 + 44
28+ 71 + 74
绿色化学原理
Examples
传统方法（Traditional way）
CH2=CH2 + Cl2 + H2O
ashsska
ClCH2CH2OH + HCl
ashsska
ClCH2CH2OH + Ca(OH)2 + HCl
设计安全化学品的方法
对于了解作用机制的，确保该分子功能的前提下，使毒性反应不再发生。
01
对于毒性机理不明确的，应分析结构与毒性的关系，避免引入毒性基团。
02
对于有毒物质，还可降低有毒物质的生物利用率。
03
举例：局部麻醉药 可卡因 α-优卡因 阿索方 新阿索方 苯佐卡因 普鲁卡因
2.5 采用安全的溶剂和助剂
05
进行预防污染的现场实时分析
06
使用安全工艺
绿色化学十二条附加原则
鉴别副产品，尽可能地定量描述。
报告转化率、选择性和产率。
在生产过程中进行完整的质量平衡计算。
定量核算生成过程中催化剂和溶剂的损失。
充分研究基本的热化学，特别是放热规律，以保证安全。
预测其他潜在的质量和能源的传输限制及规律。
绿色化学十二条附加原则
光气(phosgene)
异氰酸酯传统合成方法 新方法：
替代光气的绿色原料
按照化学
RNH2 + COCl2
RNCO + 2HCl
RNHCO2R1
按照化学
RNH2 + CO2
RNCO + H2O
RNHCO2R1
按照化学
2CH3OH + COCl2
第二节 绿色化学的基本原理
4、全面改变反应条件
方法之一是使过去的分步操作变 为“一锅煮”。
方法之二是用水或超临界流体为反应介质取 代有挥发性的有毒有机溶剂。
三、绿色化学与绿色工程 绿色工程的12条原理：
（1）材料的输入和输出尽可能是无害的；
（2）预防比处理更好； （3）分离和纯化尽量减少能耗和材料的使用；
（4）尽量增大物质、能源、空间和时间的效率；
分子筛催化，直接把苯气相氧化成苯酚。 产率可达99%，副产物是无毒害的氮气。
ZSM-5分子筛催化
分子筛催化 如环氧丙烷的生产，传统工艺为：
以钛硅分子筛催化，丙烯与H2O2可一步反应生成:
由于生成的副产物是水，因此不会污染环境。
仿酶催化
开发人工酶已成为当代化学与仿生科技领 域的重要课题之一。
模拟酶：就是从天然酶中挑选出起主导作用的
择性可增高约750倍。
4、原子经济性
绿色化学的原理和应用实例
绿色化学的原理和应用实例1. 绿色化学的概述•定义：绿色化学是指在化学研究和应用过程中，以合理利用资源、减少或避免对环境和健康的危害为目标，提倡使用更安全、更环保的化学品和工艺的一种方法。
•背景：随着环境问题的日益凸显和可持续发展的倡导，绿色化学作为一种新型的化学研究和应用方法逐渐受到重视。
2. 绿色化学的原理绿色化学的原理是基于以下几个方面： - 原子经济性：倡导最大限度地利用原料的所有原子，减少废物和副产物的产生。
- 原料的选择：选择可再生资源，减少对有限资源的依赖。
- 能源效率：优化反应条件，提高反应效率，减少能源的消耗和浪费。
- 合成路径的最优化：通过合理的合成路径设计来减少废物产生。
- 无毒性和低毒性：选择无毒性和低毒性的物质，降低对环境和健康的影响。
- 废物的处理：通过可再生利用、回收和高效处理等方法减少废物对环境的影响。
3. 绿色化学的应用实例3.1 绿色溶剂•传统溶剂的问题：传统的有机溶剂如苯、甲苯等对人体健康和环境造成较大的危害。
•绿色溶剂的特点：绿色溶剂是一种对环境友好、无毒性或低毒性的溶剂，如水、乙醇等。
•应用实例：绿色溶剂在有机合成、反应催化、涂料和清洗剂等领域得到广泛应用。
3.2 绿色催化剂•传统催化剂的问题：传统催化剂如过渡金属催化剂使用中存在环境和健康的问题。
•绿色催化剂的特点：绿色催化剂是指对人体和环境友好的催化剂，如生物催化剂和金属有机骨架材料等。
•应用实例：绿色催化剂在化学合成、环境修复和能源转化等领域有广泛的应用前景。
3.3 绿色合成方法•传统合成方法的问题：传统合成方法常常使用大量的有机溶剂和反应副产物，造成环境污染。
•绿色合成方法的特点：绿色合成方法是指使用更环保、更高效的合成方法，如微波辅助合成、超临界流体合成等。
•应用实例：绿色合成方法在药物合成、材料制备和能源开发等领域有重要的应用潜力。
3.4 绿色分析技术•传统分析技术的问题：传统的分析技术往往需要使用大量的有机溶剂和荧光物质，对环境造成污染。
绿色化学的原理
绿色化学的原理
绿色化学是一种以最小化对环境和人类健康的危害为目标的化学方法。
它的原理在于减少或完全消除对有毒化学品的使用，最大限度地提高化学反应的效率和产物的可持续性。
绿色化学的设计基于以下原则：
1. 原子经济性：绿色化学鼓励最大限度地利用化学反应中的原子，减少废物的产生。
2. 使用可再生材料：优先选择可再生资源，如植物提取物或生物可降解聚合物，以减少对有限资源的依赖。
3. 使用无毒或低毒物质：避免使用有害的化学物质，使用对人体和环境影响较小的替代品。
4. 节能减排：采用低温、低压和非有害溶剂等条件，减少能源消耗和废气排放。
5. 设计环境友好的反应条件：通过调整反应条件，如温度、压力和催化剂的选择，最大限度地提高反应的选择性和产率。
6. 减少废物产生：优化反应路径和产品回收技术，以最大限度地减少废物生成并最大程度地回收和循环利用废物。
7. 生物降解性：设计可生物降解的产物，减少对环境的持久性影响。
通过应用绿色化学的原理，化学家们可以设计出更加环境友好和可持续的化学过程和产品，从而减少对环境的破坏并保护人类健康。
绿色化学——第二章 绿色化学研究内容及评价标准
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绿色化学研究内容
计算化学与绿色化学化工结合 借助于量子化学计算的结果，精确地选择底物分子、催 化剂、溶剂以及反应途径，使用尽可能少的实验达到预 期目标，大大减少实验次数，在研发阶段从根本上减少 了原料的消耗，相应减少环境污染的排放，大大提高研 究效率。 模拟是绿 色化技术开发的重要工具，是在计算机上 快速建立试验模型，具有比实验室和工厂成本低和快速 的特点，将重点用于研究原料、反应器设计、过程开发、 经济和商业模型模拟等复杂问题
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绿色化学研究内容
绿色产品设计步骤 建立一个已知的有机合成反应尽可能全的资料库 确定目标产物，找出一切可产生目标产物的反应 将这些反应的原料作为中间目标产物找出一切可产生它 们的反应 依此类推下去，直到得出一些反应路线正好使用预定的 原料 在搜索过程中，计算机按评估方法自动比较所有可能的 反应途径，随时排出不适合的，以便最终找出价廉物美、 不浪费资源、不污染环境的最佳途径
wwwzlcoolcomcrystalfaraday协会在2004年提出8个技术领域绿色产品设计原料反应催化溶剂工艺改进分离技术实现技术wwwzlcoolcom绿色产品设计原则全生命周期设计再循环和再使用设计降低原料和能量消耗设计以及利用计算机技术设计问题只考虑自己直接控制的产品生命周期部分造成化工产品全生命周期的想法尚不能深入化学工业界绿色化设计的积极性急需提升企业被大环境所逼而致绿色化设计的标准和方法尚未建立wwwzlcoolcom绿色产品设计步骤建立一个已知的有机合成反应尽可能全的资料库确定目标产物找出一切可产生目标产物的反应将这些反应的原料作为中间目标产物找出一切可产生它们的反应依此类推下去直到得出一些反应路线正好使用预定的原料在搜索过程中计算机按评估方法自动比较所有可能的反应途径随时排出不适合的以便最终找出价廉物美不浪费资源不污染环境的最佳途径wwwzlcoolcom原料的绿色化利用可再生资源做为原料如超临界二氧化碳加氢生成甲酸采用低毒或无毒无害的原料代替高毒原料如在羰基化反应中用碳酸二甲酯dmc代替剧毒的光气cocl2绿色氧化剂如氧气双氧水因最终的氧化产物为水已经在多类反应过程中替代传统的氧化剂反应条件更加温和选择性更高酶反应大多条件温和设备简单选择性好副反应少产品性质优良不产生新的污染酶将取代许多现在使用的化学催化剂wwwzlcoolcom绿色催化剂生物催化剂在生物细胞中形成可加速体内化学反应的物质
人教高一化学必修2-解读绿色化学
解读“绿色化学”一、诠释绿色化学原理绿色化学的核心就是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。
最理想的“原子经济”就是反应物的原子全部转化为期望的最终产物，这时原子利用率为100%。
绿色化学具体内容：（1）反应物为无毒无害原料和可再生资源；（2）选择无毒无害的溶剂；（3）选择无毒无害的催化剂；（4）安全的生产工艺；（5）提高能源的利用率；（6）产物为环境友好产品（安全、能降解、可再利用）。
二、应用绿色化学原理1. 评价化学工艺最理想的原子经济就是产物只有一种的反应，如加成反应、加聚反应、化合反应等，其原子利用率均为100%。
原子利用率是评价化学工艺的重要指标，原子利用率越高的工艺，越接近“绿色化学”反应工艺；原子利用率越高，副产物越少。
2. 计算原子利用率，选择化学工艺%100%100⨯=⨯=反应物总质量目标产物质量产物总质量目标产物质量原子利用率，原子利用率越高，化学工艺越好。
3. 设计绿色化学工艺根据绿色化学核心内容及原子经济性反应的要求设计。
例1 下列有机物制备工艺中，最理想的绿色化学工艺组合是（ ）。
①对苯二甲酸与乙二醇在一定条件下通过缩聚反应制备涤纶；②苯乙烯和丙烯按一定比例混合，在一定条件下通过加聚反应制备高聚物；③工业上，电解熔融的氧化铝和冰晶石混合物冶炼铝；④工业上，在一定条件和催化剂作用下，乙烯与水反应制备乙醇；⑤乙醇催化氧化制乙醛；⑥工业上，利用合成气（CO+H 2）在一定条件下反应制甲醇（CH 3OH ）；⑦工业合成氨A. ①③④⑦B. ②⑤⑥C. ②④⑥⑦D. ③④⑦解析 理想的绿色化学工艺，其原子利用率为100%。
产物只有一种的反应是理想的绿色化学反应。
①对苯二甲酸与乙二醇反应生成涤纶和水，目标产物是涤纶，原子利用率小于100%；②苯乙烯和丙烯在一定条件下发生加聚反应，其产物只有一种，原子利用率为100%；③电解熔融氧化铝属于分解反应，其目标产物是铝，原子利用率小于100%；④在一定条件下，CH 2=CH 2+H 2O 催化剂△ CH 3CH 2OH ，产物只有一种，原子利用率为100%；⑤乙醇催化氧化制乙醛，另一种产物是水，目标产物是乙醛，原子利用率小于100%；⑥2H 2+CO 催化剂△ CH 3OH ，原子利用率为100%；⑦3H 2+N 2 催化剂 高温高压 2NH 3，产物只有一种，原子利用率为100%。
绿色化学的原理和应用
绿色化学的原理和应用随着环境问题越来越受到关注，绿色化学也逐渐成为了一个热门话题。
绿色化学是指在生产和使用化学品过程中尽可能减少对环境和人类健康的影响，同时确保产品质量和效益。
绿色化学的核心原则是最大化原始资源的有效利用，最小化废弃物和污染的排放。
那么绿色化学的原理和应用是什么呢？一、绿色化学原理1. 原子经济性：亦称为“有效性”，是指过程中循环利用原子的多减少废弃物的生成。
这一原则要求在化学反应中，力求不生成废弃物或少生成废弃物。
2. 考虑来源：指从石油开采到化学品生产，再到环境污染处理等全过程，逐环节捕捉碳足迹，优化使用过程，尽量降低环境污染的同时降低碳排放的数量。
3. 精准化设计：精准化设计要求在产品和过程设计时考虑真正需要的功能，调整化学反应、工艺流程等，以减少步骤和耗费的时间和原材料。
从而减少对环境的污染和对人体健康的危害。
4. 生物可降解性：生物可降解性是指化学品在大自然中被自然微生物分解成无害的物质，而不是堆积在环境中。
绿色化学中使用的化学品应该具备良好的生物可降解性，避免环境污染。
5. 无毒性：绿色化学要求使用无毒性、低毒性的化学品，减少或消除对健康和环境的危害。
二、绿色化学应用1. 替代性物质：绿色化学使得可替代性物质越来越流行。
例如，用植物酯替代有害溶剂。
同时绿色化学技术改进了对金属的提取和分离方法，使得电子行业中有害物的使用量减少了。
2. 高效利用资源：生物质资源是绿色化学需要运用的一个积极的从来。
例如，制备可生物降解塑料的纤维素。
生物质包括农业副产品（如废弃物、食品加工副产物等）和纤维素等。
这些资源可以高效利用，减少对自然资源的开发。
3. 环保催化剂：绿色化学的另一个应用方面是环保催化剂。
催化剂是一种增加反应速率和选择性的物质，使得反应可进行和减少废弃物，避免对环境的污染。
4. 真空技术：在提取、分离过程中，使用绿色化学的真空技术。
使用真空技术可以使提取和分离的过程减少，减少对环境的损害。
《绿色化学的任务》PPT课件可修改全文
科学技术 和经济发展
的需要
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大力发展绿色化学是人类社会 可持续发展的必然要求
化学工业 造成的危害
人类 别无选择
绿色化学是 解决问题的 唯一方案
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科学技术和经济发展的需要
✓ 化学工业在整个工业体系中占有很大的比例。 ✓ 化学工业公司一方面要想方设法降低成本，一
方面又要为治理污染物而增大成本。 ✓ 绿色化学能够降低化学品生产的显性成本和隐
‹#›
绿色化学是可实现的理想
➢ 绿色化学的目标就是追求完美。 ➢ 合成效率对绿色化学十分重要。 ➢ 物质过程对人类、对环境的危害很难定量。 ➢ 我们可以在特定条件下采用对我们最有利的物
质和方法。
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绿色化学与环境保护的差异
➢ 环境保护着重于处理已有的污染物。
➢ 绿色化学利用化学来预防污染，不让污染产生。
CH3 O
‹#›
传统的二恶烷、氧硫杂环已烷的开环反应要 用重金属作催化剂，在一定试剂作用下才能 进行，而Epling等[3]则可见光作为“反应试 剂”直接使保护基团开环，避免了使用重金 属造成的环境污染
‹#›
O SS
hv
SS
CH3
hv
S S
O
OLeabharlann hvHO97%
O CH3
94%
O
91%
O
‹#›
五: 寻找安全有效的反应条件
循环的有机物质.
• 煤、石油、天然气、 • 生物质作原料的研究受到人们的普遍重视 • 生物质：淀粉+木质素 • 木质素：1640亿吨/年 利用率≺1.5% • 生物质在有效利用之前需要降解
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可再生资源为原料存在的问题
科学问题:
2绿色化学绿色化学原理
O
CH3OH
CO
Rh
185℃
CH3C
OH
原子利用率100%
18
6.1.2 E-因子的概念 为了衡量生产过程对环境的影响， 1992年荷兰化学家
Sheldon提出了E-因子的概念，其定义为：生产单位质量 （千克或吨）的产品产生废弃物的量。
原子利用率越低，生产过程产生的废物就越多，E因子就越大，造成的资源浪费和环境污染就越大。
无害化学合成
采用无毒无害的原料---- 绿色原料包括：有毒原料替代品， 石油替代品，天然可再生资源等
减少反应的毒害程度
减少化学品的暴露 降低化学品的危害
环境商（EQ）：用来衡量反应副产物对环境的影响因子。
EQ=E×Q
E-------E-因子
Q---------环境不兼容度（或环境不友好度）；
根据废物在环境中的行为所给出的对环境不友好度。
2009
13
新型过渡金属配合物催化剂
环加成反应
烯炔偶联反应
2009
14
3．新合成路线提高 反应原子经济性
Boots公司的Brown方 法合成布洛芬 —镇静、止痛药
原子经济性 ~40%
2009
15
BHC公司新发明 的绿色方法
原子经济性 ~99%
获1997年美国总统 “绿色化学挑战奖”
2009
简单！
Synthetic methods should be designed to maximize the incorporation of all materials used in the process into the final product.
产率
理论产量 实际产量
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“后十二条”
后十二条可用来评估一个工艺过程 的绿色性，并与其他的工艺相比较
❖ 1、鉴别与量化副产物（identify and quantify by-products） ❖ 2、报道转化率、选择性与生产率（report conversions, selectivities and productivities）. ❖ 3、建立整个工艺的物料衡算（establish full mass-balance for process）. ❖ 4、测定催化剂、溶剂在空气与废水中的损失（measure catalyst and solvent losses in air and
“从源头上防止污染”
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2.2 提高原子经济性
何谓原子经济性？Βιβλιοθήκη 实用文档2.2 提高原子经济性
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绿色化学的12条原则
（6）合理使用和节省能源(Design for Energy Efficiency) 化学过程的能源要求应考虑其环境的和经济影响并应 尽量节省。如果可能，合成应在室温和常压下进行。
（7）使用可再生资源为原料(Use Renewable Feedstocks) 若技术和经济上可行，原料和加工料都应可再生。
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绿色化学的12条原则
（11）预防污染的现场实时分析(Real-Time Analysis for Pollution Prevention) 需要进一步开发新的分析方法时可进行实时的生产过程 监测并在有害物质形成之前给予控制。
（12）防止生产事故的安全工艺(Inherently Safer Chemistry for Accident Prevention) 减少或消除制备和使用过程中的事故和隐患。
aqueous effluent）. ❖ 5、研究基础的热化学（investigate basic themochemistry）. ❖ 6、估算传热与传质的极限（anticipate heat and mass transfer limitation） ❖ 7、请化学或工艺工程师咨询（consult a chemical or process engineer） ❖ 8、考虑全过程中选择化学品与工艺的效益(consider effect of overall process on choice of
（原子经济性，高选择性）
产品的绿色化
（无毒无害化学品）
溶剂的绿色化
（无毒无害溶剂）
催化剂的绿色化
（无毒无害催化剂）
绿色实化用工文档生产
2.1 防止污染优于污染治 理
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2.1 防止污染优于污染治理
绿色化学正是在环境治理出现困境的情形下兴起的。
其最大的意义在于：
“先污染，后治理”
也是绿色化学与环境 治理的最大区别！
minimization are incompatible） ❖ 12、监控、报道并减少实验室废物的排放（monitor, report and minimize laboratory waste
emitted）
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绿色化学的框架和主要内容
能源的绿色化
原料的绿色化
（无毒无害，可再生原料）
化学反应的绿色化
为了补充Anastas & Wanner的不足，结合Glage的意见，利物浦大学化学系 Leverhulm催化创新中心的Neil Winterton提出另外的绿色化学原则十二条 （Twelve more principles of green chemistry），简称后十二条，以帮 助化学家们评估每个工艺过程的相对绿色性。
chemistry) ❖ 9、促进开发并应用可持续性量度（help develop and apply sustainability measases） ❖ 10、量化和减用辅料与其他投入（quantity and minimize use of utilities and other inputs） ❖ 11、了解何种操作是安全的，并与减废要求保持一致（recognize where safety and waste
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“后 十 二 条”
以上十二条原则习惯上被称作绿色化学的“前十二条” 原则。
《Environ. Sci. & Tech.》杂志的编辑W. H. Glage 认为：化学转化的 绿色程度，只有在放大（scale-up）、应用（application）与实践 （practice）中才能评估。这就要求在技术、经济与工业所导致的一 些竞争的因素之间做出权衡。
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绿色化学的12条原则
（8）减少衍生化步骤(Reduce Derivatives) 尽量减少和避免利用衍生化反应，此步骤需要添加 额外的试剂并可能产生废物。
（9）催化反应(Catalysis) 具有高选择性的催化剂比化学计量学的试剂优越的多。
（10）设计可降解产品(Design for Degradation) 化学产品的设计应使它们在功能终了时分解为无害的降 解产物。
所设计的合成方法应使用和产生对人类健康和环境毒 性小或没有毒性。
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绿色化学的12条原则
（4）设计安全化学品(Design Safer Chemicals)
化学产品的设计应该有效功能而毒性最小。
（5）采用安全的溶剂和助剂 (Safer Solvents and Auxiliaries)
所使用的辅助物质包括溶剂，分离试剂，和其它 物品使用时都应是无害的。
（1）防止污染优于污染治理 (Prevention) 防止产生废物比在它产生后再处理或清除更好。
（2）提高原子经济性(Atom Economy) 设计合成方法时，应尽可能使生产加工过程的材料都 进入最后的产品中。
（3）无害化学合成(Less Hazardous Chemical Syntheses)
第二章 绿色化学原理
绿色化学是一门新兴学科，有没有独立的理论基础呢？
➢ Dr. Paul T. Anastas 和麻省大学的John C. Warner
教授提出了有关绿色化学的12条原则，为绿色化学奠 定了理论基础。
这十二条原则目前已被国际化学界所公认， 成为指导绿色化学的原理。
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绿色化学的12条原则