05 绿色化学的应用实例

绿色漂白剂、消毒剂的开发 （三）过氧化氢
以氯为活性组分的消毒剂，如氯气、次氯酸钠（NaClO）， 具有杀菌效果明显的优点。但是，为明确达到杀菌效果，含氯 消毒剂的使用方法规定必须达到一定的残留，这更容易引起副 作用。 以过氧化氢为活性组分的绿色消毒剂，不仅具有良好的 杀菌效果，而且无色无味，其残留物过氧化氢在水中会很容易 分解为氧气和水，无任何有害残留物，因此是环保型消毒剂。 这类产品可广泛应用于家庭及医院、学校等公共场所，也可以 应用于饮料行业挥手包装物及生产装置的消毒。
绿色漂白剂、消毒剂的开发 （五）超临界水
据报道，日本一家公司正在研究用“超临界水”作高级蔬 菜的消毒剂。这种特殊的水不会污染环境，是清洁绿色蔬菜的 理想洗涤剂。 “超临界水”是水处于临界温度 374 摄氏度、 225 个大气 压以上状态的存在形式，它既不是气体，也不是液体。水在这 种状态下具有较强的消毒功能，通常在常温常压下无法分解的 物质，如二恶英等在这种状态下也会被分解。 虽然超临界水的制造成本较高，但是由于它不存在残留药 物等危险性，因此仍有利用价值，可望用于喷洒人参及名贵蔬 菜。
绿色漂白剂、消毒剂的开发 （二）臭氧
造纸术是华夏子孙为之自豪的中国四大发明之一，但造纸 行业所带来的污染却让我们深感头痛。当今世界各国的造纸厂 多用氯和次氯酸钠漂白纸浆，这种工艺严重污染环境，且氯导 致致癌物的产生。 但臭氧作为“绿色试剂”，也可应用于自来水消毒、纸浆 漂白。在漂白纸浆的过程中，严格控制臭氧漂白和反应器中水 的注入量，以便进行水洗并将纸浆分离出来，因而不存在用硫 磺处理时的废气和臭味，基本上消除了氯气漂白所带来的污染。 臭氧可用臭氧机生产，通以11万伏的高压，便可产生，而 且效率越高，成本越低。若应用无污染造纸新技术，定能使造 纸业在具有5000年文明的古国中再铸辉煌。
二、绿色漂白剂、消毒剂的开发 ~(^-^)~
有漂白、消毒作用的氯气的代用品，可用二氧化氯 （ClO2）或不含氯的过氧化氢（H2O2）、臭氧（O3） 等物质，使用它们的无污染漂白、消毒技术，将对传统的 有严重环境污染的造纸厂纸浆氯化漂白和次氯酸盐漂白， 以及自来水消毒等产生绿色革命。
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ClO2是一种易爆的气体，易分解，因此通常现场制备、现场使
2KClO3 + H2C2O4 + H2SO4 = 2ClO2↑+ 2CO2↑+ K2SO4 + 3H2O
绿色漂白剂、消毒剂的开发
（一）二氧化氯
亦可用甲醇（CH3OH）代替草酸进行上述制备而不必通入 N2。 6KClO3+ CH3OH +3H2SO4=6ClO2↑+CO2↑+3K2SO4+5H2O ClO2不仅可以用于自来水消毒、杀菌，也可以用于纸浆等 的漂白，同样不会生成二恶英等有害的有机氯化物，因此ClO2 被称为“绿色试剂”。 另外，国内外也开发了以稳定二氧化氯作为主要成分的洗 涤消毒剂。该类产品多以液体状态为主，可广泛用于家庭中洗 涤水果、蔬菜、餐具等，并能杀灭多种病菌。
绿色漂白剂、消毒剂的开发 （四）高铁酸盐
高铁酸盐早在 1702 年就被发现，但高铁酸钾（ K2FeO4 ）。 作为一种新型水处理剂是20世纪70年代以后开发成功的。 高铁酸盐（钠、钾）是六价铁盐，具有很强的氧化性，溶 于水中能释放大量的原子氧，从而非常有效地杀灭水中的病菌 和病毒。同时，自身被还原成新生态氢氧化铁 [Fe(OH)3] ，作 为一种品质优良的无机絮凝剂高效地除去水中的微细悬浮物。 由于其强烈的氧化和絮凝共同作用，高铁酸盐的消毒和除 污效果，全面优于含氯消毒剂和高锰酸盐。更为重要的是，它 在整个对水的消毒和净化过程中，不产生任何对人体有害的物 质。因此，高铁酸盐被科学家们公认为绿色消毒剂。
（一）二氧化氯
用，其制备原理是氯酸盐（如氯酸钾，KClO3）与还原剂（如二氧化 硫，在反应体系中由亚硫酸钠和硫酸直接产生）的反应。 2KClO3 + Na2SO3 + H2SO4 = 2ClO2↑+ K2SO4 + Na2SO4 + H2O
为了防止ClO2爆炸，在上述制备过程中要通入氮气（N2）将ClO2冲淡 并吹出。如果使用草酸（HOOC-COOH，C2H2O4）为还原剂，则可不必 通入N2，这是因为反应体系本身有二氧化碳（CO2）生成，能起到冲淡并 吹出ClO2的作用。
二恶英——传统消毒、漂白剂氯气带来的危害 （二）二恶英的产生
OH Cl
+ 3 Cl2
Cl Cl O---H Cl Cl
OH
+ 3 HCl
Cl
Cl
O
Cl
+
Cl Cl H---O Cl
+ 2 HCl
Cl
O
Cl
除氯气消毒、漂白可能会产生二恶英外，使用卤 代酚为原料的化学反应（如2,4-D的合成——第七章）、 森林燃烧、焚烧垃圾（尤其是含氯等卤素的垃圾，如 PVC的焚烧处理——第十一章）等，都可能生成二恶 英。
院广 西 师 级 范 大 学 化 学 化 工 学 2011
按照美国《绿色化学》 (GreenChemistry)杂志的定义，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。
一、二恶英——传统消毒、漂白剂氯气带来的危害
在传统的 消毒 、 漂白 领域，常用的试剂是 氯气 （ Cl2 ） ，利用的是其生成的 次氯酸（ HClO ） 的 氧化性。
二恶英是一类具有高毒性的芳香族化合物的总称， 母体结构如 A 所示。毒性很强的一类化合物是 A 的各种 氯代物（单氯代或多氯代）。因为芳环上可被氯取代的 氢很多，因此各种氯代二恶英数目惊人（仅A的二氯代 化合物就有10种异构体） 。
O O A
Cl Cl
O O B
Cl Cl
研究表明，二恶英类化合物中毒性最强的是A的 一种四氯代物B，其二个氯原子处于相邻的位置，且结 构具有很强的对称性和“美感”。
Cl2 + H2O ⇋ HClO + HCl
但是，氯气对有机物的氯化作用，可能会导致有 毒有机物如 氯仿（ CHCl3 ） 、 二恶英 （ Dioxin ）的 生成。
特别是“谈虎色变”的二恶英的生成，使氯气由 曾经“消毒必氯气”的辉煌时代走向终结。
二恶英——传统消毒、漂白剂氯气带来的危害 二恶英的结构