綠色化工部分概念(修訂版)

綠色化工綠色化學(xué)的核心就是要利用化學(xué)原理和新化工技術(shù)，以原子經(jīng)濟(jì)性為基本原則，從源頭上減少或消除污染，最大限度的滿足人類可持續(xù)發(fā)展的需求，實(shí)現(xiàn)人和自然的和諧。八大公害事件：比利時(shí)馬斯河谷煙霧事件美國(guó)多諾拉煙霧事件倫敦?zé)熿F事件洛杉磯光化學(xué)煙霧事件日本水俁病事件日本富山骨痛病事件日本四日市哮喘病事件日本米糠油事件源頭治理末端治理綠色化學(xué)又稱環(huán)境無害化學(xué)，環(huán)境友好化學(xué)，清潔化學(xué)，綠色化學(xué)即是用化學(xué)的技術(shù)和方法去減少或消滅那些對(duì)人類健康，社區(qū)安全，生態(tài)環(huán)境有害的原料，催化劑，溶劑和試劑，產(chǎn)物，副產(chǎn)物等的使用和產(chǎn)生。我國(guó)綠色化學(xué)三方面研究重點(diǎn)：綠色合成技術(shù)，方法學(xué)和過程的研究可再生資源的利用和轉(zhuǎn)化中的基本科學(xué)問題綠色化學(xué)在礦物資源高效利用中的關(guān)鍵科學(xué)問題綠色化學(xué)的研究?jī)?nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面設(shè)計(jì)或重新設(shè)計(jì)對(duì)人類健康和環(huán)境更安全的化合物，這是綠色化學(xué)的關(guān)鍵部分；探求新的，更安全的，對(duì)環(huán)境更友好的清潔合成路線和生產(chǎn)工藝，這可從研究，變換基本原料和起始化合物以及引入新試劑入手；改善化學(xué)反應(yīng)條件，降低對(duì)人類健康和環(huán)境的危害，減少?gòu)U棄物的生產(chǎn)和排放；提高原料的能源的利用率，大量使用可再生資源；生物技術(shù)和生物質(zhì)的利用；新的分離技術(shù)；綠色技術(shù)和工藝過程的評(píng)價(jià)；發(fā)展適時(shí)分析技術(shù)以便監(jiān)控有害物質(zhì)的形成；綠色化學(xué)的教育，用綠色化學(xué)變革社會(huì)生活，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。綠色化學(xué)的特點(diǎn)充分利用資源和能源，采用無毒，無害的原料；在無毒，無害的條件下進(jìn)行反應(yīng)，以減少?gòu)U物向環(huán)境排放；提高原子的利用率，力圖使所有作為原料的原子都被產(chǎn)品所消納，實(shí)現(xiàn)零排放；生產(chǎn)出有利于環(huán)境保護(hù)，社區(qū)安全和人體健康的環(huán)境友好的產(chǎn)品。綠色化學(xué)前12條原則預(yù)防原子經(jīng)濟(jì)性低毒害化學(xué)合成設(shè)計(jì)較安全的化合物使用較安全的溶劑和助劑有節(jié)能效益的設(shè)計(jì)使用可再生資源作原料減少運(yùn)用衍生物催化反應(yīng)設(shè)計(jì)可降解產(chǎn)物及時(shí)分析以防止污染采用本身安全，能防止發(fā)生意外的化學(xué)品綠色化學(xué)后12條原則鑒別與量化副產(chǎn)物報(bào)道轉(zhuǎn)化率，選擇性與生產(chǎn)率建立整個(gè)工藝的物料衡算測(cè)定催化劑，溶劑在空氣與廢水中的損失研究基礎(chǔ)的熱化學(xué)估算傳熱與傳質(zhì)的極限向化學(xué)或工藝工程師咨詢考慮全過程中選擇化學(xué)品與工藝的效益促進(jìn)開發(fā)并應(yīng)用可持續(xù)性量度量化和減用輔料與其他投入了解何種操作是安全的，并與減廢要求保持一致監(jiān)控，報(bào)道并減少實(shí)驗(yàn)室廢物的排放綠色化學(xué)工程技術(shù)12條原則設(shè)計(jì)者要盡可能保證所有輸入和輸出的能量及材料是無毒，無害的。預(yù)防廢物的產(chǎn)生比廢物產(chǎn)生以后進(jìn)行處理為好產(chǎn)品分離和純化操作應(yīng)盡量減少能量和材料的消耗設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，工藝及其整個(gè)系統(tǒng)要使用質(zhì)量，能量，空間和時(shí)間效率最大化設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，工藝及所有系統(tǒng)應(yīng)該是輸出的牽引，而不是靠輸入物質(zhì)和能量的推動(dòng)當(dāng)設(shè)計(jì)選擇再生，循環(huán)利用和其他有益的處理時(shí)，應(yīng)對(duì)內(nèi)在的復(fù)雜性有充分的研究和認(rèn)識(shí)設(shè)計(jì)方案的目標(biāo)產(chǎn)物要強(qiáng)調(diào)耐久性，而不是永久性設(shè)計(jì)方案應(yīng)著重于滿足需要，使過量最小化減少?gòu)?fù)雜組成產(chǎn)品中材料的多樣性，盡量保存原料的價(jià)值設(shè)計(jì)中應(yīng)綜合考慮可用原料和能源的相關(guān)情況，加強(qiáng)當(dāng)?shù)匚镔|(zhì)流和能量流和整合產(chǎn)品，工藝及其所有系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮他們的使用功能結(jié)束后的處理和再利用設(shè)計(jì)中采用的材料和能源應(yīng)是可再生的9條附加原則產(chǎn)品和工程設(shè)計(jì)要采用系統(tǒng)分析方法，應(yīng)將環(huán)境影響評(píng)價(jià)工具視為工程的重要組成部分當(dāng)設(shè)計(jì)保護(hù)人類健康和社會(huì)福利的計(jì)劃時(shí)，要考慮如何保護(hù)及改善生態(tài)系統(tǒng)在所有的工程活動(dòng)中要有生命周期的思想要確保所有輸入和輸出的材料與能源是安全及環(huán)境友好的盡可能減少自然資源的消耗盡量避免產(chǎn)生廢物所開發(fā)和實(shí)施的工程解決方案應(yīng)符合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況及要求，要得到當(dāng)?shù)氐牡乩砗臀幕恼J(rèn)同。對(duì)工藝的改進(jìn)革新和發(fā)明要符合可持續(xù)發(fā)展的原則要使社會(huì)團(tuán)體和資本占有者積極參與工程解決方案的設(shè)計(jì)和開發(fā)綠色化學(xué)的5R原則減量重復(fù)使用回收再生拒用原子利用率=目標(biāo)產(chǎn)物的分子量/反應(yīng)物的分子量總和一是最大限度的利用了反應(yīng)原料，最大限度的節(jié)約了資源二是最大限度的減少了廢物排放（零廢物排放），因而最大限度的減少了環(huán)境污染，或者說從源頭上消除了由化學(xué)反應(yīng)副產(chǎn)物引起的污染。原料的綠色化學(xué)評(píng)價(jià)原料本身有無危害性原料的起源原料的可更新性原料選擇對(duì)下游的影響選用該原料制備化學(xué)品的工藝過程的復(fù)雜程度和線路的長(zhǎng)短生物質(zhì)作為化學(xué)化工原料的利弊生物質(zhì)可給結(jié)構(gòu)多樣的產(chǎn)品材料，通常具有特定的立體結(jié)構(gòu)和光學(xué)特征結(jié)構(gòu)，使用者可在合成過程中利用這些已有分結(jié)構(gòu)因素。生物質(zhì)的結(jié)構(gòu)單元通常比原油的結(jié)構(gòu)單元復(fù)雜，如能在最終產(chǎn)品中利用這種結(jié)構(gòu)單元在結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜性，則可減少副產(chǎn)物的生成。由原油的結(jié)構(gòu)單元衍生物所得物質(zhì)，通常是沒有被氧化的，而在碳?xì)浠衔镏幸胙醯姆椒ㄊ菢O其有限的，且經(jīng)常需要使用有毒試劑，造成環(huán)境污染，而由生物質(zhì)衍生物所的物質(zhì)常常已是氧化產(chǎn)物，無需再通過氧化反應(yīng)引入氧。增大生物質(zhì)的使用量可延長(zhǎng)原油的使用時(shí)間，為可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)，為必須使用石油作原料的產(chǎn)品的生產(chǎn)提供保證。使用生物質(zhì)可減少二氧化碳在大氣中的濃度的量，從而減緩溫室效應(yīng)。在形成過程中要吸收二氧化碳，故在大氣中二氧化碳濃度的凈增加會(huì)受到抑制，甚至達(dá)到平衡態(tài)。化學(xué)工業(yè)使用更多的可再生資源可使其本身在原料上更有保障。生物質(zhì)資源比原油有更大的靈活性。綠色催化劑綠色催化劑應(yīng)具有高活性，高選擇性、性能穩(wěn)定、無毒無害、成本低、原料易得、制備過程對(duì)環(huán)境無害、容易回收利用等特點(diǎn)。傳統(tǒng)催化劑存在的問題由于催化劑本身也是各種化學(xué)物質(zhì)，因此它們的使用就有可能對(duì)人們及環(huán)境構(gòu)成危害腐蝕生物催化劑工業(yè)用生物催化劑是游離或固定化的酶或活細(xì)胞的總稱。酶是具有催化功能的蛋白質(zhì)酶催化劑特性催化效率高高度專一性溫和的反應(yīng)條件酶的活性可以調(diào)節(jié)和控制環(huán)境友好多樣性酶催化的缺點(diǎn)是酶在水溶液中一般不是很穩(wěn)定，而且酶與底物只能作用一次，不經(jīng)濟(jì)，克服這一缺點(diǎn)的方法是采用固定化技術(shù)。仿酶催化模擬酶，就是從天然酶中挑選出起主導(dǎo)作用的一些因素，如活性中心結(jié)構(gòu)、疏水微環(huán)境、與底物的多種非共價(jià)鍵相互作用及其協(xié)同效應(yīng)等，用以設(shè)計(jì)合成既能表現(xiàn)酶的優(yōu)異功能又比酶簡(jiǎn)單，穩(wěn)定得多的非蛋白質(zhì)分子或分子集合體，模擬酶對(duì)底物的識(shí)別，結(jié)合及催化作用，開發(fā)具有綠色化學(xué)特點(diǎn)的新合成反應(yīng)或方法。分子篩催化劑分子篩是一種具有立方晶格的硅鋁酸鹽化合物。分子篩具有吸附能力高，熱穩(wěn)定性強(qiáng)等其他吸附劑沒有的優(yōu)點(diǎn)。電催化分為氧化-還原電催化非氧化-還原電催化手性催化（不對(duì)稱催化）手性催化反應(yīng)使用催化劑的不對(duì)稱中心來誘導(dǎo)產(chǎn)物的手性。手性催化包括兩部分：手性配體和中心過渡金屬。耐水性Lewis酸催化劑全氟烷基磺酸鹽無氟磺酸金屬鹽綠色溶劑離子液體離子液體是指室溫或低溫下為液體的鹽，它一般由有機(jī)陽離子和無機(jī)陰離子組成。離子液體的特點(diǎn)離子液體具有無味、無惡臭、無污染、不易燃、易于產(chǎn)物分離、易回收、可反復(fù)多次循環(huán)使用、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。液態(tài)范圍寬，從低于或接近室溫到300℃以上，有高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性蒸汽壓非常小，不揮發(fā)，在使用，貯存中不會(huì)蒸發(fā)散失，可以循環(huán)使用，消除了揮發(fā)性有機(jī)化合物環(huán)境污染的問題。電導(dǎo)率高，電化學(xué)窗口大，可作為許多物質(zhì)電化學(xué)研究的電解液通過陰陽離子的設(shè)計(jì)可調(diào)節(jié)其對(duì)無機(jī)物，水，有機(jī)物及聚合物的溶解性，并且其酸度可調(diào)至超酸具有較大的極性可調(diào)控性，黏度低，密度大，可以形成兩相或多相體系，適合作分離溶劑或構(gòu)成反應(yīng)分離偶合新體系對(duì)大量無機(jī)和有機(jī)物質(zhì)都表現(xiàn)良好的溶解能力，且具有溶劑和催化劑的雙重功能，可以作為許多化學(xué)反應(yīng)溶劑或催化活性載體離子液體的應(yīng)用氫化反應(yīng)傅-克反應(yīng)Heck反應(yīng)Diels-Alder反應(yīng)不對(duì)稱催化反應(yīng)分離提純技術(shù)電化學(xué)研究超零界流體（SCF）超臨界二氧化碳是指溫度和壓力均在其臨界點(diǎn)（31.26℃7.39MPa）以上的二氧化碳流體近臨界水無溶劑三種情況原料本身可以互溶反應(yīng)可在熔融的狀態(tài)下進(jìn)行反應(yīng)可在固體表面進(jìn)行無溶劑合成的優(yōu)點(diǎn)經(jīng)濟(jì)經(jīng)常是計(jì)量反應(yīng)，易于純化反應(yīng)速率高對(duì)環(huán)境好缺點(diǎn)并非所有的反應(yīng)都能在無溶劑條件下進(jìn)行散熱問題分離問題因反應(yīng)系統(tǒng)無流動(dòng)性，粘滯性高，組織大規(guī)模的，自動(dòng)化水平高的生產(chǎn)較難。綠色化學(xué)產(chǎn)品綠色化學(xué)產(chǎn)品有兩個(gè)特征產(chǎn)品本身不會(huì)引起環(huán)境污染和健康問題，包括不會(huì)對(duì)野生生物，有益昆蟲或植物造成損害當(dāng)產(chǎn)品被使用后，應(yīng)能再循環(huán)或易于在環(huán)境中降解為無害物質(zhì)設(shè)計(jì)安全無毒化學(xué)品的一般原則外部效應(yīng)原則內(nèi)部效應(yīng)原則設(shè)計(jì)更安全化學(xué)品方法與策略確定危害性的作用機(jī)理結(jié)構(gòu)-活性相關(guān)性消除毒性功能團(tuán)降低生物利用率提高可降解性污染物處理綠色化吸附法混凝法化學(xué)氧化法電化學(xué)法生物處理法膜分離技術(shù)法等離子體法微波技術(shù)微波的特性似光性穿通性信息性非電離性微波加熱是一種內(nèi)在加熱方式，加熱速率快，只需加熱1/100-1/10的時(shí)間即可完成，受熱體系溫度均勻，無滯后效應(yīng)，熱效率高。微波有機(jī)合成又分為有機(jī)干反應(yīng)和有機(jī)濕反應(yīng)干反應(yīng)是指以無機(jī)固體為介質(zhì)的無溶劑反應(yīng)微波輻射無溶劑的有機(jī)合成反應(yīng)大致有三種反應(yīng)類型無溶劑介質(zhì)的有機(jī)合成反應(yīng)以礬土，硅土，黏土等無機(jī)物為固相載體的有機(jī)合成反應(yīng)相轉(zhuǎn)移催化有機(jī)合成反應(yīng)微波加熱反應(yīng)具以下顯著的特點(diǎn)與傳統(tǒng)的加熱方式相比，所用有機(jī)溶劑更少，甚至可以不采用有機(jī)溶劑熱傳導(dǎo)，對(duì)流性質(zhì)不好的物質(zhì)可以再短時(shí)間內(nèi)等以加熱，均勻性更好可以對(duì)目標(biāo)物選擇性的進(jìn)行加熱，加熱效率高，更節(jié)省能量可以對(duì)熱損失系數(shù)較大的物質(zhì)可選擇性的進(jìn)行加熱熱傳導(dǎo)較差和幾何形狀不規(guī)則的物質(zhì)可以在短時(shí)間內(nèi)得以加熱可以通過感應(yīng)器來對(duì)溫度進(jìn)行控制，反應(yīng)自動(dòng)化程度得以提高密閉加熱，可以進(jìn)行有壓力反應(yīng)和排除空氣干擾超聲波技術(shù)超聲波可在氣體，液體，固體，固溶劑等介質(zhì)中有效傳播超聲波可傳遞很強(qiáng)的能量超聲波會(huì)產(chǎn)生反射，干涉，疊加和共振現(xiàn)象超聲波在液體介質(zhì)中傳播時(shí)，可在界面上產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊和空化現(xiàn)象超聲波的作用原理空化現(xiàn)象超聲波對(duì)有機(jī)合成的促進(jìn)作用的特點(diǎn)加速化學(xué)反應(yīng)，提高反應(yīng)收率降低反應(yīng)條件縮短反應(yīng)誘導(dǎo)時(shí)間改變反應(yīng)歷程快（時(shí)間短）高（產(chǎn)率高）易（操作簡(jiǎn)單）聲化學(xué)效應(yīng)能改變反應(yīng)分進(jìn)程，提高反應(yīng)的選擇性，增加化學(xué)反應(yīng)的速率和產(chǎn)率，降低能耗和減少?gòu)U物的排放膜催化劑技術(shù)膜催化反應(yīng)的特點(diǎn)催化活性高催化活性強(qiáng)載體型的膜催化劑呈現(xiàn)耐高溫，耐化學(xué)穩(wěn)定性，機(jī)械強(qiáng)度高，催化壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。膜材料的要求：具有良好的成膜性，熱穩(wěn)定性，化學(xué)穩(wěn)定性，耐酸，堿，微生物侵蝕和耐氧化性能。膜的制備方法：溶膠-凝膠法，陽極氧化法，輻射-腐蝕法，相分離-瀝取法，熱裂解法，薄膜沉積法。光化學(xué)合成技術(shù)光化學(xué)的特點(diǎn)光是一種非常特殊的生態(tài)學(xué)上清潔試劑光化學(xué)反應(yīng)條件一般比熱化學(xué)要溫和有機(jī)化合物在進(jìn)行光化學(xué)時(shí)，不需要進(jìn)行基團(tuán)保護(hù)在常規(guī)合成中，可通過插入一步光化學(xué)反應(yīng)大大縮短合成路線綠色能源狹義的綠色能源是指可再生能源廣義的綠色能源則包括在能源的生產(chǎn)及其消費(fèi)過程中，選用對(duì)生態(tài)環(huán)境低污染或無污染的能源。太陽能優(yōu)點(diǎn)普遍無害巨大長(zhǎng)久缺點(diǎn)分散性不穩(wěn)定性效率低和成本高生物質(zhì)能生物質(zhì)能是綠色植物通過葉綠素將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而儲(chǔ)存在生物中的一種能量形式，即以生物質(zhì)為載體的能量。生物質(zhì)能得特點(diǎn)可再生性儲(chǔ)量豐富可替代性低污染性廣泛分布性氫能是氫氣和氧氣反應(yīng)所產(chǎn)生的能量。氫能的特點(diǎn)氫來源廣泛，具有再生性氫本身無毒，燃燒產(chǎn)物是水，是世界上最干凈的能源高發(fā)熱值燃燒性能好導(dǎo)熱性能好可用各種方式貯存像任何其他燃料一樣可以有效的運(yùn)輸氫利用和貯存的安全性。海洋能潮汐，波浪，溫度差，鹽度梯度，海流等形式存在于海洋中海洋能四個(gè)特點(diǎn)海洋能在海洋總水體中的蘊(yùn)含量巨大，而單位體積，單位面積，單位長(zhǎng)度所擁有的能量較小，要想得到大的能量，就得從大量的海水中獲得。海洋能具有可再生性海洋能有較穩(wěn)定與不穩(wěn)定能源之分海洋能屬于清潔能源。潮汐能，波浪能，海流能，溫差能，鹽差能，海洋機(jī)械能：潮汐能，波浪能，海流能海洋熱能：溫差能海洋物理化學(xué)能：鹽差能地?zé)崮艿責(zé)崮艿膬?yōu)點(diǎn)再生能源運(yùn)轉(zhuǎn)成本低附加價(jià)值多元化地?zé)崮艿娜秉c(diǎn)初設(shè)成本高環(huán)境負(fù)荷大工安管理風(fēng)險(xiǎn)高不夠穩(wěn)定末端治理是在生產(chǎn)過程的末端即在污染物排入環(huán)境前增加治理污染的環(huán)節(jié)。它只是為防治污染而采取的一種補(bǔ)救措施，確實(shí)能對(duì)環(huán)境質(zhì)量的改善起到非常大的作用。但是化工污染物主要產(chǎn)生于生產(chǎn)過程，而末端治理卻偏重于污染產(chǎn)生后的處理上，忽視全過程控制，治標(biāo)不治本，而且治理投資和運(yùn)行費(fèi)用高。清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)是為界定一個(gè)生產(chǎn)工藝或產(chǎn)品的環(huán)境品質(zhì)的清潔狀況而設(shè)計(jì)的，為評(píng)價(jià)選定的清潔生產(chǎn)方案的實(shí)施效果提供客觀依據(jù)，是評(píng)估生產(chǎn)工藝或產(chǎn)品是否符合清潔生