高中化學(xué)第二單元 綠色與可持續(xù)發(fā)展課件蘇教版選修二

綠色化學(xué)綠色化學(xué)的概念綠色化學(xué)的概念 綠色化學(xué)綠色化學(xué)( (Green Chemistry ) )又稱環(huán)境無害化學(xué)又稱環(huán)境無害化學(xué)( (environmentally benign chemistry) )、環(huán)境友好化學(xué)、環(huán)境友好化學(xué)( (environmentally friendly chemistry) )、清潔化學(xué)、清潔化學(xué)( (clean chemistry) )。 綠色化學(xué)即用化學(xué)的技術(shù)和方法去減少或消滅那些對綠色化學(xué)即用化學(xué)的技術(shù)和方法去減少或消滅那些對人類健康、社區(qū)安全、生態(tài)環(huán)境有害的原料、催化劑、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。綠色化溶劑和試劑、產(chǎn)物、副產(chǎn)物等的使用和產(chǎn)生。綠色化學(xué)的理想在于不再使用有毒、有害的物質(zhì)，不再產(chǎn)生學(xué)的理想在于不再使用有毒、有害的物質(zhì)，不再產(chǎn)生廢物，不再處理廢物。它是一門從源頭上阻止污染的廢物，不再處理廢物。它是一門從源頭上阻止污染的化學(xué)。治理污染的最好辦法就是不產(chǎn)生污型?；瘜W(xué)。治理污染的最好辦法就是不產(chǎn)生污型。綠色化學(xué)的理論基礎(chǔ)綠色化學(xué)的理論基礎(chǔ) 按照按照R.Sheldon的說法，要達(dá)到無害環(huán)境的綠色的說法，要達(dá)到無害環(huán)境的綠色化學(xué)目標(biāo)，在制造與應(yīng)用化工產(chǎn)品時，要有效地利用化學(xué)目標(biāo)，在制造與應(yīng)用化工產(chǎn)品時，要有效地利用原材料，最好是再生資源；減少廢棄物量，并且不用原材料，最好是再生資源；減少廢棄物量，并且不用有毒與有害的試劑與溶劑。有毒與有害的試劑與溶劑。 為了達(dá)到此目標(biāo)，為了達(dá)到此目標(biāo)，Anastas Warner提出了著提出了著名的十二條綠色化學(xué)原則名的十二條綠色化學(xué)原則( (Twelve Principles of Green Chemistry) )， 作為開發(fā)環(huán)境無害產(chǎn)品與工藝的指導(dǎo)，作為開發(fā)環(huán)境無害產(chǎn)品與工藝的指導(dǎo)，這些原則涉及合成與工藝的各個方面。例如溶劑、分這些原則涉及合成與工藝的各個方面。例如溶劑、分離、能源與減少副產(chǎn)物等，簡稱十二條，離、能源與減少副產(chǎn)物等，簡稱十二條，從而為綠色從而為綠色化學(xué)的進一步發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)?；瘜W(xué)的進一步發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。 預(yù)防：防止產(chǎn)生廢物，污染環(huán)境預(yù)防：防止產(chǎn)生廢物，污染環(huán)境 原子經(jīng)濟性：設(shè)計合成方法時，應(yīng)盡可能使用于生產(chǎn)加原子經(jīng)濟性：設(shè)計合成方法時，應(yīng)盡可能使用于生產(chǎn)加工過程的材料都進入最后的產(chǎn)品中。工過程的材料都進入最后的產(chǎn)品中。 盡量減少化學(xué)合成中的有毒原料和有毒產(chǎn)物。盡量減少化學(xué)合成中的有毒原料和有毒產(chǎn)物。 設(shè)計無危險的化學(xué)品，設(shè)計生產(chǎn)的產(chǎn)品性能要考慮限制設(shè)計無危險的化學(xué)品，設(shè)計生產(chǎn)的產(chǎn)品性能要考慮限制其毒性。其毒性。 使用安全的溶劑和助劑，所使用的輔助物質(zhì)包括溶劑、使用安全的溶劑和助劑，所使用的輔助物質(zhì)包括溶劑、分離試劑、和其他物品應(yīng)是無害的。分離試劑、和其他物品應(yīng)是無害的。 提高能源經(jīng)濟性提高能源經(jīng)濟性 減少官能團的引入減少官能團的引入 新型催化劑的開發(fā)新型催化劑的開發(fā)十二條綠色化學(xué)原則十二條綠色化學(xué)原則產(chǎn)品的易降解性以降低環(huán)境污染為宗旨的現(xiàn)場實際分析防止生產(chǎn)事故的安全生產(chǎn)工藝綠色化學(xué)的一些主要內(nèi)容綠色化學(xué)的一些主要內(nèi)容 原子經(jīng)濟性原子經(jīng)濟性 美國美國Stanford大學(xué)的大學(xué)的B.M.Trost教授在教授在1991年首次提年首次提出了反應(yīng)的出了反應(yīng)的“原子經(jīng)濟性原子經(jīng)濟性”新概念。他認(rèn)為化學(xué)合成新概念。他認(rèn)為化學(xué)合成應(yīng)考慮原料分子中的原子進入所希望產(chǎn)品中的數(shù)量，應(yīng)考慮原料分子中的原子進入所希望產(chǎn)品中的數(shù)量，原子經(jīng)濟性的目標(biāo)就是在設(shè)計合成路線時盡量使原料原子經(jīng)濟性的目標(biāo)就是在設(shè)計合成路線時盡量使原料分子中的原子更多或全部地變成最終預(yù)期產(chǎn)品中的原分子中的原子更多或全部地變成最終預(yù)期產(chǎn)品中的原子。子。 原子經(jīng)濟性（原子經(jīng)濟性（%）=（被利用原子的質(zhì)量（被利用原子的質(zhì)量/反應(yīng)中所使反應(yīng)中所使用全部反應(yīng)物分子的質(zhì)量）用全部反應(yīng)物分子的質(zhì)量）100 (1-1) 根據(jù)上式可知，原子利用率越高，反應(yīng)產(chǎn)生的廢棄根據(jù)上式可知，原子利用率越高，反應(yīng)產(chǎn)生的廢棄物越少，對環(huán)境造成的污染也越少。物越少，對環(huán)境造成的污染也越少。 原料綠色化原料綠色化 現(xiàn)在，在人工合成的有機化學(xué)品中，絕大多數(shù)是現(xiàn)在，在人工合成的有機化學(xué)品中，絕大多數(shù)是從石化原料制備的。要經(jīng)氧化、加氧或類似的過從石化原料制備的。要經(jīng)氧化、加氧或類似的過程。傳統(tǒng)上，這個氧化過程是化學(xué)合成中污染環(huán)程。傳統(tǒng)上，這個氧化過程是化學(xué)合成中污染環(huán)境最嚴(yán)重的步驟之一。農(nóng)業(yè)性原材料和生物性原境最嚴(yán)重的步驟之一。農(nóng)業(yè)性原材料和生物性原材料是很好的非傳統(tǒng)原材料。這些原材料的分子材料是很好的非傳統(tǒng)原材料。這些原材料的分子中多數(shù)都含有大量的氧原子，所以用它們?nèi)〈卸鄶?shù)都含有大量的氧原子，所以用它們?nèi)〈妥髌鹗荚峡梢韵廴緡?yán)重的氧化步驟。探油作起始原料可以消除污染嚴(yán)重的氧化步驟。探索和開發(fā)非傳統(tǒng)的可再生原材料是綠色化學(xué)的另索和開發(fā)非傳統(tǒng)的可再生原材料是綠色化學(xué)的另一主要內(nèi)容。一主要內(nèi)容。 綠色原料綠色原料 一、生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為化學(xué)品一、生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為化學(xué)品現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)上用苯合成己二酸現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)上用苯合成己二酸 利用苯作為起始原料合成己利用苯作為起始原料合成己二酸會引發(fā)環(huán)境和健康問題。二酸會引發(fā)環(huán)境和健康問題。 苯是一種易揮發(fā)的有機物苯是一種易揮發(fā)的有機物(VOC)(VOC)，在室溫下容易汽化，長期，在室溫下容易汽化，長期少量吸入大氣中的苯可導(dǎo)致白血少量吸入大氣中的苯可導(dǎo)致白血病和癌癥。病和癌癥。 此外，苯是由石油生產(chǎn)的產(chǎn)此外，苯是由石油生產(chǎn)的產(chǎn)品，消耗的是不可再生的資源品，消耗的是不可再生的資源。從葡萄糖合成己二酸從葡萄糖合成己二酸溶劑綠色化溶劑綠色化 在傳統(tǒng)的有機合成反應(yīng)中有機溶劑是在傳統(tǒng)的有機合成反應(yīng)中有機溶劑是最常用的反應(yīng)介質(zhì)。這些有機溶劑大部最常用的反應(yīng)介質(zhì)。這些有機溶劑大部屬于揮發(fā)性有機化合物，而且很多都對屬于揮發(fā)性有機化合物，而且很多都對環(huán)境和人類健康有害，還大多易燃易爆。環(huán)境和人類健康有害，還大多易燃易爆。因此，選擇環(huán)境友好的反應(yīng)介質(zhì)是綠色因此，選擇環(huán)境友好的反應(yīng)介質(zhì)是綠色化學(xué)研究的一個重要方面?；瘜W(xué)研究的一個重要方面。例如：發(fā)泡劑問題 過去用于生產(chǎn)聚苯乙烯泡沫塑料的發(fā)泡劑有過去用于生產(chǎn)聚苯乙烯泡沫塑料的發(fā)泡劑有CFC-12CFC-12等。等。CFC-12CFC-12（CClCCl2 2F F2 2）之所以用做發(fā)泡劑，是因為它價格便宜，）之所以用做發(fā)泡劑，是因為它價格便宜，性質(zhì)不活潑且不燃燒，操作安全，并且它在較大的溫度范性質(zhì)不活潑且不燃燒，操作安全，并且它在較大的溫度范圍內(nèi)可保持氣態(tài)。但是，圍內(nèi)可保持氣態(tài)。但是，CFC-12CFC-12的使用會導(dǎo)致環(huán)境問題的使用會導(dǎo)致環(huán)境問題CO2為發(fā)泡劑以以COCO2 2代替代替HCFCsHCFCs、CFCsCFCs和脂肪烴作發(fā)泡和脂肪烴作發(fā)泡劑，有如下優(yōu)點：劑，有如下優(yōu)點： 1 1） COCO2 2不會消耗臭氧；不會消耗臭氧； 2 2） COCO2 2不會形成煙霧；不會形成煙霧； 3 3） COCO2 2不能燃燒，操作更安全；不能燃燒，操作更安全； 4 4） COCO2 2更廉價。更廉價。 但是，但是，COCO2 2會造成會造成“溫室效應(yīng)溫室效應(yīng)”更多優(yōu)點：以以COCO2 2作發(fā)泡劑除了環(huán)境效益之外，作發(fā)泡劑除了環(huán)境效益之外，DOWDOW公司還發(fā)現(xiàn)，以公司還發(fā)現(xiàn)，以COCO2 2作發(fā)泡劑生產(chǎn)作發(fā)泡劑生產(chǎn)的泡沫型聚苯乙烯韌性更強，這意味的泡沫型聚苯乙烯韌性更強，這意味著以著以COCO2 2作發(fā)泡劑比以作發(fā)泡劑比以HCFCsHCFCs、CFCsCFCs作作發(fā)泡劑生產(chǎn)的泡沫袋使用壽命更長。發(fā)泡劑生產(chǎn)的泡沫袋使用壽命更長。超臨界二氧化碳超臨界二氧化碳 二氧化碳在溫度高于臨界溫度二氧化碳在溫度高于臨界溫度Tc=31.26、壓力高于臨界、壓力高于臨界壓力壓力Pc=7.2MPa的狀態(tài)下，性質(zhì)會發(fā)生變化，其密度近的狀態(tài)下，性質(zhì)會發(fā)生變化，其密度近于液體，粘度近于氣體，因而具有驚人的溶解能力。用它于液體，粘度近于氣體，因而具有驚人的溶解能力。用它可溶解多種物質(zhì)，如碳原子數(shù)在可溶解多種物質(zhì)，如碳原子數(shù)在20以內(nèi)的脂肪烴、鹵代烴、以內(nèi)的脂肪烴、鹵代烴、醛、酮、酯等。同量也是高級營養(yǎng)品和高級香料的提取劑。醛、酮、酯等。同量也是高級營養(yǎng)品和高級香料的提取劑。在得到的營養(yǎng)品和香料中不殘留任何溶劑。在得到的營養(yǎng)品和香料中不殘留任何溶劑。 催化劑綠色化催化劑綠色化 催化劑的正確選擇，對合成化學(xué)反應(yīng)催化劑的正確選擇，對合成化學(xué)反應(yīng)速度、反應(yīng)的選擇性和轉(zhuǎn)化率，以及減速度、反應(yīng)的選擇性和轉(zhuǎn)化率，以及減少或消除產(chǎn)生副產(chǎn)物等有重要影響。無少或消除產(chǎn)生副產(chǎn)物等有重要影響。無毒無害和高效催化劑的研究和開發(fā)是綠毒無害和高效催化劑的研究和開發(fā)是綠色化學(xué)的一個重要研究方向。色化學(xué)的一個重要研究方向。生物催化生物催化生物材料在利用資源和發(fā)展綠色技術(shù)方面均十分重要。生物材料在利用資源和發(fā)展綠色技術(shù)方面均十分重要。 生物催化選擇性高、副反應(yīng)少、反應(yīng)條件溫和、設(shè)備簡生物催化選擇性高、副反應(yīng)少、反應(yīng)條件溫和、設(shè)備簡單，因此是綠色生產(chǎn)技術(shù)。單，因此是綠色生產(chǎn)技術(shù)。 生物技術(shù)的研究始于生物技術(shù)的研究始于5050、6060年代，但直到年代，但直到9090年代，基因年代，基因重組工程和生物篩選技術(shù)的改進和新的穩(wěn)定生產(chǎn)技術(shù)的開重組工程和生物篩選技術(shù)的改進和新的穩(wěn)定生產(chǎn)技術(shù)的開發(fā)成功，生物催化劑才開始應(yīng)用于多種工業(yè)生產(chǎn)過程發(fā)成功，生物催化劑才開始應(yīng)用于多種工業(yè)生產(chǎn)過程綠色化學(xué)產(chǎn)品綠色化學(xué)產(chǎn)品 特點：產(chǎn)品的使用不會引起人類的健康問題和環(huán)境污染問題，不會對生態(tài)環(huán)境造成危害，產(chǎn)品失去使用價值后，可以再循環(huán)利用制造成新產(chǎn)品，或者可以在環(huán)境中降解成無害物質(zhì)。如： 更安全的腈的設(shè)計更安全的腈的設(shè)計 海洋船舶防垢劑海洋船舶防垢劑 低毒殺蟲劑低毒殺蟲劑 聚天冬氨酸作阻垢劑聚天冬氨酸作阻垢劑 過氧化氫漂白活化劑過氧化氫漂白活化劑 謝謝！