4.5.产品的绿色化
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所谓绿色产品，是指产品在使用过程中和使用后不会危害生态环 境和人体健康，产品具有合理的使用功能及使用寿命，产品易于回收、 利用和再生，报废后易于处理，在环境条件下容易降解。 如用再生纸作购物袋，用再生塑料制造各种容器，不但可节约宝 贵的资源，还可以减少固体废弃物的排放。再如目前大量使用的聚苯 乙烯发泡塑料快餐盒，使用后成为白色垃圾，在自然条件下，需数百 年方能降解，对环境带来严重的影响。为了加速它的自然降解，生产 时可在其中加入光敏剂、化学助剂等，使其在使用后几个月内即分解 成无害物质。
绿色化学及其研究进展
Contents
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1.绿色化学的概念 2. 绿色化学的特点 3. 绿色化学的原则 4. 绿色化学的研究进展
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一、绿色化学的概念
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随着全球化环境污染的日益加剧和资源的急剧耗竭,人类的发展 受到前所未有的威胁. 人类正面临着有史以来最严重的环境和生态危 机。当代全球的十大环境问题是:(1) 大气污染; (2) 臭氧层破坏; (3) 全 球变暖; (4) 海洋污染; (5) 淡水资源的紧张和污染; (6) 土地的退化和 沙漠化;(7) 森林锐减; (8) 生物多样性减少; (9) 环境公害; (10) 有害化 学品和危险废物。其中大部分与化学和化工产品的化学物质有关。 20世纪90年代初，综合考虑环保、经济、社会以及化学工业自 身发展的要求，具有全新理念的“绿色化学”应用而生。绿色化学 的提出及有关科学研究，是具有产业革命性质的跨世纪科技战略问题， 具有重大的科学、经济和社会意义。
2005年
2006年

Metabolix , Inc.公司“利用生物技术将整个酶催化反应引入到某些细 菌中,以细菌作为微型反应器制造天然塑料聚羟基烷酸酯( PHA)。
Codexis 公司采用先进的基因技术开发了一种酶基过程，改善用于合 成Lipitor R 的关键构件分子的生产过程。
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预期产物的分子量*100% 原子利用率＝ 反应物质的原子量总和
原子利用率越高，反应产生的废弃物越少，对环境造成的污染也越少。
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4.1.开发原子经济反应
LOGO 在一般的有机合成反应中： A + B = C + D
主产物 副产物
反应产生的副产物D往往是废物，因此可成为环境的污染源。绿 色有机合成应该是原子经济性的，即原料的原子100%转化成产物， 不产生废弃物。理想的原子经济性的合成反应应该是原料分子中的原 子百分之百地转变成产物,不需要附加,或仅仅需要无损耗的促进剂,即 催化剂。 对于大量基本有机原料的生产来说,选择原子经济反应十分重要。 目前,在基本有机原料的生产中,有的已采用原子经济反应,如丙烯氢甲 酰化制丁醛、甲醇羰化制醋酸、乙烯或丙烯的聚合、丁二烯和氢氰酸 合成己二腈等。
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表1 美国总统绿色化学挑战奖中关于酶催化剂的研究
年份
2000年 2001 年 2003年 2004年 2005年
成果
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Scriptps 研究所的Chihuey Wong 教授开发了不可逆的酶催化的酯转 化反应用于药品生产。 Novozymes 公司利用果胶裂解酶开发了棉纤维润湿脱脂生物制备工艺, 纺织厂节水30%～50%。 Richard A Gross教授以“温和、选择性聚合的新选择- - 脂肪酶催化聚 合”而获奖。 Buckman实验室国际股份有限公司开发新型促进纸张循环利用的 OptimyzeR 酶技术。 Archer Daniels Midland和Novozymes公司利用一种脂肪酶LipozymeR 以酶法酯交换反应,从植物油制取低反式脂肪和油脂含量的制品。
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展望
LOGO “绿色化学”已被公认为是21 世纪最重要的科学领域 之一,是实现污染预防最基本的科学手段. 尽管现在还很难 对其未来发展趋势做出准确而全面的预测,但根据现在的研 究进展可以断定,绿色化学在一些具体研究领域既具有科学 研究价值,又将产生重要的社会和经济效益。 绿色化学从原理和方法上给传统的化学工业带来了革 命性的变化,在设计新的化学工艺方法和设计新的环境友好 产品两个方面,通过使用原子经济反应,无毒无害原料、催 化剂和溶(助) 剂等来实现化学工艺的清洁生产,通过加工、 使用新的绿色化学品使其对人身健康、社区安全和生态环 境无害化。
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四、绿色化学的研究进展
LOGO 1.开发原子经济反应 2.化工原料的绿色化 3.反应溶剂的绿色化 4 .催化剂的绿色化
5 .产品的绿色化
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4.1.开发原子经济反应
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美国Stanford大学的B.M. Trost教授在1991年首次提出了反应的 “原子经济性”(Atom Economy) 的概念，他认为高效的合成应最大 限度地利用原料分子的每一个原子,使之结合到目标分子中(如完全的 加成反应:A + B＝ C) ,达到零排放。即原料中的原子得到100 %的利 用没有任何副产物。原子经济性可以用原子利用率衡量:
磷酸磷铵生产是化肥工业中的一个重要组成部分，但其生产过程 中生成大量的废渣，每生产1t磷酸要排出5t磷石膏。科技人员将排除 的“三废”作为生产过程的中间产品加以综合利用,实现了生产过程零 排放的理想目标。
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4.1.开发原子经济反应
LOGO 磷酸磷铵生产零排放处理方法：
1 利用磷矿萃取工艺中产生的废气(HF) 生产有用的化工原料Na2SiF6 , 其原理为: 4HF + SiO2 = SiF4 + 2H2O 3SiF4 + 3H2O = 2H2SiF6 + SiO2· 2O ↓ H H2SiF6 + 2Na2SO4 = Na2SiF6 ↓+ H2SO4 2 利用磷矿萃取工艺中产生的废渣生产氮、磷、钾三元复合肥料。氯 化钾铵母液再与磷铵料浆混合即制得含氮、磷、钾三大营养元素的三 元复合肥。 3 湿法磷酸生产中的含磷酸性废水(主要含H2SO4) 重新导入磷矿萃取工
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一、绿色化学的概念
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绿色化学的定义：
绿色化学又称为环境无害化学(Environmentally Benign Chemistry)、环境友好化学(Environmentally Friendly Chemistry)、清洁化学(Clean Chemistry)， 是指设计和生产没有或者尽可能小的环境负作用并 且在技术上和经济上可行的化学品和化学过程。它 是利用化学原理和方法来减少或消除对人类健康、 社区安全、生态环境有害的反应原料、催化剂、溶 剂和试剂、产物、副产物的使用和产生的新兴学科 ， 是一门从源头上减少或消除污染的化学。
传统方法
乙烯氧化催化法
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4.1.开发原子经济反应
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在许多场合，要用单一反应来实现原子经济性十分困难，甚至不 可能，但我们可以充分利用相关化学反应的集成，即把一个反应排出 的废物作为另一个反应的原料，从而通过封闭循环实现化工生产的零 排放。对于现有的一些合成反应,对其生产工艺可以进行改造,实现绿 色化。
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4.4.催化剂的绿色化
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在化学合成中使用催化剂，可以改变化学反应途径，降低反应的 活化能，从而提高产率，降低能耗。实际上催化剂在考虑和利用原子 利用率高，对环境友好的合成方法时具有重要的作用。 目前，围绕催化剂的绿色化展开的研究中仿酶催化剂、固体酸催 化剂等是值得注意的。酶催化反应具有高效性、专一性及条件温和的 特点，是较理想的绿色催化剂，但天然酶来源有限、难以纯制、对环 境敏感、易变性失活，开发与酶具有相似功能甚至更优越的人工酶已 成为绿色化学研究的重要课题之一。
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4.2.化工原料的绿色化
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另外，在现有的化工生产中，仍在大量使用一些危险的有毒的基 本原料如:氢氰酸、光气、甲醛等。今后应该通过绿色化学的研究以减 少或避免使用这些物质。 关于代替剧毒氢氰酸原料：1996 年,孟山都(Monsanto) 公司:不用 HCN 为原料生产除草剂氨基二乙酸钠。 关于代替剧毒的光气作原料：Riley 等报道了工业上已开发成功 一种由胺类和二氧化碳生产异氰酸酯的新技术。 关于代替甲醛作原料：2007 年美国总统绿色化学挑战奖的绿色 合成路线奖颁给了美国俄勒冈州立大学(Oregon State University) 的Li K. C.教授等人,他们合作开发了一种用大豆粉为原料制备黏合剂的替 代品。这种大豆基的黏合剂产品不含甲醛,也不使用甲醛为原料。
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4.3.反应溶剂的绿色化
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大量的与化学品制造相关的污染问题不仅来源于原料和产品,而 且源自在其制造过程中使用的物质. 最常见的是在反应介质、分离和 配方中所用的溶剂。 当前广泛使用的溶剂是挥发性有机化合物(VOC) ,其在使用过程 中有的会引起地面臭氧的形成,有的会引起水源污染,因此,需要限制这 类溶剂的使用。 采用无毒无害的溶剂代替挥发性有机化合物作溶剂已 成为绿色化学的重要研究方向。 在无毒无害溶剂的研究中,最活跃的研究项目是开发超临界流体 (SCF) ,特别是超临界二氧化碳作溶剂。 超临界二氧化碳是指温度和压力均在其临界点(311℃、 7477.79kPa) 以上的二氧化碳流体. 它通常具有液体的密度,因而有常规 液态溶剂的溶解度;在相同条件下,它又具有气体的粘度,因而又具有很 高的传质速度. 而且,由于具有很大的可压缩性,流体的密度、溶剂溶解 度和粘度等性能均可由压力和温度的变化来调节。超临界二氧化碳的 最大优点是无毒、不可燃、价廉等。
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4.1.开发原子经济反应