1、主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容綠色化學的定義與發(fā)展綠色化學的定義與發(fā)展綠色化學的基本原理綠色化學的基本原理工業(yè)生態(tài)學原理工業(yè)生態(tài)學原理綠色化學的研究方向綠色化學的研究方向綠色化學的應用綠色化學的應用主要內(nèi)容主要內(nèi)容第八章第八章 綠色化學的基本原理與應用綠色化學的基本原理與應用綠綠 色色 化化 學學8-1 8-1 綠色化學及其發(fā)展概況綠色化學及其發(fā)展概況一、概述一、概述 從七八百年前人類開始用煤產(chǎn)生的空氣污染，發(fā)展到當代多方面的全球環(huán)境問題，無不與化學科學密切相關(guān)?；瘜W工業(yè)的迅猛發(fā)展，在為人類創(chuàng)造大量物質(zhì)財富的同時，產(chǎn)生的大量排放物對生態(tài)環(huán)境造成極大的威脅。 在環(huán)境污染中，由化學物質(zhì)引起的污染約占809

2、0。因此為了保護環(huán)境和促進經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展，要為環(huán)境而設計化學，大力研究和開發(fā)從源頭上減少和消除污染的綠色化學。 傳統(tǒng)化學工業(yè)在將物質(zhì)經(jīng)化學變出轉(zhuǎn)化為人類有用的產(chǎn)品的同時，也給人類環(huán)境帶來了十分嚴重的污染?；瘜W工業(yè)能否潔凈地生產(chǎn)化學品?如何保護好環(huán)境?如何合理開發(fā)和利用資源？面對這樣的問題，環(huán)境化學與綠色化學便隨之產(chǎn)生。然而，近年來，環(huán)境化學雖然在污染物的種類及來源，污染物在自然環(huán)境中的化學變化過程產(chǎn)生的化學生態(tài)效應及污染物控制和防治等環(huán)境監(jiān)測分析方面發(fā)揮了重要的作用，但是要從源頭上完全解決環(huán)境污染問題，必須尋求綠色化學的新途徑。 綠色化學又稱環(huán)境無害化學、環(huán)境友好化學、潔凈化學，即用化學技

3、術(shù)和方法把使用和生產(chǎn)對人類健康和安全、生態(tài)環(huán)境有害的原材料、產(chǎn)物及副產(chǎn)物減少到最低限度。二、綠色化學的定義二、綠色化學的定義8-1 8-1 綠色化學及其發(fā)展概況綠色化學及其發(fā)展概況綠綠 色色 化化 學學 綠色化學也叫可持續(xù)化學（sustainable chemistry），是指利用一系列原理來降低或消除在化工產(chǎn)品的設計、生產(chǎn)及應用中有害物質(zhì)的使用和產(chǎn)生的科學。它是從最基本的分子科學出發(fā)提供解決環(huán)境問題的根本辦法，而不是以“繃帶和補丁”的方式來降低危害。從1991年綠色化學概念的形成到現(xiàn)在，綠色化學已成為全球研究的熱點。研究內(nèi)容涉及再生的原材料、溶劑、催化劑、試劑、設計安全的化學品及合成方法等領

4、域。面對生態(tài)環(huán)境問題的挑戰(zhàn)，綠色化學及技術(shù)將成為人類強有力的武器而發(fā)揮重要作用。 綠色化學是貫徹可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的一個不可分割的部分。綠色化學是指化學反應和過程以“原子經(jīng)濟性”為基本原則，即在獲取新物質(zhì)的化學反應中充分利用參與反應的單個原料原子，實現(xiàn)“零排放”。綠色化學的核心是利用化學原理從源頭消除污染，不僅充分利用資源，而且不產(chǎn)生污染;并采用無毒、無害的溶劑、助劑和催化劑，生產(chǎn)有利于環(huán)境保護、社區(qū)安全和人身健康的環(huán)境友好產(chǎn)品。綠色化學化工的目標是:尋找充分利用原材料和能源且對各個環(huán)節(jié)都潔凈和無污染的反應途徑和工藝。三、綠色化學的重要性三、綠色化學的重要性綠綠 色色 化化 學學 迄今為止，化學工

5、業(yè)的絕大多數(shù)工藝都是20多年前開發(fā)的。近年來，由于化學工業(yè)向大氣、水和土壤等排放了大量有毒、有害的物質(zhì)。1992年，美國化學工業(yè)用于環(huán)保的費用為1150億美元，清理已污染地區(qū)花去7000億美元。1996年美國Dupont公司的化學品銷售總額為180億美元。環(huán)保費用為10億美元。所以從環(huán)保、經(jīng)濟和社會的要求看化學工業(yè)不能再承擔使用和產(chǎn)生有毒。有害物質(zhì)的費用.需要大力研究與開發(fā)從源頭上減少和消除污染的綠色化學。從科學觀點看從科學觀點看化學科學基礎的創(chuàng)新化學科學基礎的創(chuàng)新從環(huán)境觀點看從環(huán)境觀點看從源頭上消除污染從源頭上消除污染從經(jīng)濟觀點看從經(jīng)濟觀點看合理利用資源和能源，降低生產(chǎn)成本合理利用資源和能源

6、，降低生產(chǎn)成本 符合經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展的要求符合經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展的要求8-1 8-1 綠色化學及其發(fā)展概況綠色化學及其發(fā)展概況一、綠色化學的主要內(nèi)容一、綠色化學的主要內(nèi)容綠綠 色色 化化 學學無毒無害原料無毒無害原料可再生資源可再生資源環(huán)境友好產(chǎn)品環(huán)境友好產(chǎn)品 回歸自然回歸自然廢物回收利用廢物回收利用無毒無害無毒無害催化劑催化劑 無毒無害無毒無害溶劑溶劑原子經(jīng)濟反應原子經(jīng)濟反應8-2 8-2 綠色化學基本原理綠色化學基本原理一、綠色化學的一、綠色化學的12條原理及應用條原理及應用8-2 8-2 綠色化學基本原理綠色化學基本原理綠綠 色色 化化 學學 防止廢棄物的產(chǎn)生，而不是產(chǎn)生后的處理和

7、清除。 合成方法的設計應考慮到將所有的原材料都轉(zhuǎn)化到目的產(chǎn)物中去。即原子經(jīng)濟性，實現(xiàn)零排放。 合成方法的設計應考慮到所使用的和所產(chǎn)生的物質(zhì)對人類和環(huán)境低毒或無毒。 生產(chǎn)中所得到的化合物在具有降低毒性的同時，要保留高的有效性（活性）。 盡可能避免使用助劑（溶劑），即使使用，也必須是無害的。 合成方法應該設計成在常溫、常壓下進行，以降低能量的消耗。 原材料是可再生的。 避免不必要的衍生化（保護或脫保護）。 催化劑（特別是選擇性的）的使用，優(yōu)于化學計量試劑。 所設計的化合物，在它們被利用后，可被降解為非殘留的、無害的物質(zhì)。發(fā)展對生產(chǎn)工藝能實時檢測的分析方法，以便在有毒物質(zhì)生成前對它們加以控制?；瘜W工

8、藝所選擇的物質(zhì)應盡可能具有低的潛在化學事故的危險性（如：泄漏、爆炸、火災等）。一、綠色化學的一、綠色化學的12條原理及應用條原理及應用8-2 8-2 綠色化學基本原理綠色化學基本原理綠綠 色色 化化 學學1、預防（、預防（prevention)：防止廢物產(chǎn)生優(yōu)于廢物產(chǎn)生后再處理或清理2、原子經(jīng)濟性（、原子經(jīng)濟性（atom economy）：）：應設計合成方法使其能把反應過程中利用的所有材料盡可能多地轉(zhuǎn)化到最終產(chǎn)物中3、低毒化學合成（、低毒化學合成（iess hazardous chemical synthesis）：）：只要可行，應設計合成方法使其利用和產(chǎn)生的物質(zhì)對人類健康和環(huán)境無毒性或很低毒

9、性。4、設計安全化學品、設計安全化學品(designing safer chemicals):應設計化工產(chǎn)品使其保留功效，但降低毒性5、安全的溶劑和助劑（ater solvents and auxiliaries）：應盡可能避免使用輔助物質(zhì)（如溶劑、分離劑），如用時應是無毒的6、能量效率設計(design for energy efficiency):應考慮到能源消耗對環(huán)境和經(jīng)濟的影響，并應盡量少地使用能源。如有可能合成應在常溫和常壓下進行一、綠色化學的一、綠色化學的12條原理及應用條原理及應用8-2 8-2 綠色化學基本原理綠色化學基本原理綠綠 色色 化化 學學7、使用可再生原料、使用可再生

10、原料(use renewable feedstocks):只要技術(shù)和經(jīng)濟上可行，原料應是可再生的，而不是將耗竭的8、減少衍生物、減少衍生物(reduce derivatives):應盡可能避免不必要的衍生化（阻斷基團，保護脫保護，物理和化學過程的暫時修飾）因為這些步驟需要添加試劑并可能產(chǎn)生廢物9、催化(catalysis):催化試劑（有盡可能好的選擇性）優(yōu)于化學計量試劑10、降解設計(design for degradation):應設計化工產(chǎn)品使其在完成使命后不在環(huán)境中久留，并降解為無毒的物質(zhì)11、防止污染的快速分析(real-time analysis for pollution prev

11、ention):分析方法須進一步發(fā)展，以能夠進行即時的和在線的跟蹤及控制有害物質(zhì)的生成12、本身安全、能防止意外事故的化學(inherently safer chemistry for accident prevention):在化學轉(zhuǎn)換過程中，所用的物質(zhì)和物質(zhì)的形態(tài)應盡可能地降低發(fā)生化學事故的可能性，包括：泄漏、爆炸、和火災二、綠色化學的研究進展二、綠色化學的研究進展8-2 8-2 綠色化學基本原理綠色化學基本原理綠綠 色色 化化 學學1、非傳統(tǒng)原材料、非傳統(tǒng)原材料 一個反應類型或一個合成路線在很大程度上是因起始物的最初選擇而定的，因此原材料的選擇在綠色化學的決策過程中是非常重要的。目前所合

12、成的有機化學品，大多數(shù)是從石化原料制備的。石油精煉過程不僅消耗大量能源，而且在使原油轉(zhuǎn)化為化學品的方法中，要經(jīng)過氧化、加氧或類似過程。傳統(tǒng)上，這個氧化過程曾是所有化學合成中污染環(huán)境最嚴重的步驟之一。而農(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，由于這些起始原料的分子中多數(shù)含有大量的氧原子，用它取代石油可以消除污染嚴重的氧化步驟。 在生物質(zhì)原料的應用方面，利用生物合成的方法制備以多糖為基礎的聚合物，實現(xiàn)了聚合物單體的無害化。在制備日用化學品時，葡萄糖是很好的替代原料。Draths等報道了采用葡萄糖作為原料的各種合成方法，如制備苯二酚、鄰苯二酚和乙酸等。另外，螃蟹和其它海生物的殼質(zhì)可被開發(fā)成為

13、殼聚糖等材料。在分子水平上，基因工程可以制備出化學品，如使用埃希氏大腸桿菌葡萄糖可制備鄰苯二酚和脂肪酸。二、綠色化學的研究進展二、綠色化學的研究進展8-2 8-2 綠色化學基本原理綠色化學基本原理綠綠 色色 化化 學學2、非傳統(tǒng)性溶劑、非傳統(tǒng)性溶劑 溶劑的問題已超出了對人類和野生生物健康的直接影響，而進入到對我們所居住的環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響的范疇，如氟氯烴（CFCs）對平流層臭氧的耗竭；揮發(fā)性有機化合物（VOCs）引起大氣中臭氧的生成和造成有機煙霧。因此綠色化學研究的一個重要方面是圍繞著在進行合成轉(zhuǎn)化時反應介質(zhì)的選擇。（1）超臨界流體（）超臨界流體（SCF） 超臨界流體是近二三十年來研究得比

14、較活躍的體系。它的許多物理化學性質(zhì)介于氣體和液體之間，并具有兩者的優(yōu)點，無毒、不可燃、廉價，且作為溶劑反應產(chǎn)物易分離，因此在化學工業(yè)上占有很大優(yōu)勢。SCF已廣泛地應用于合成、萃取、材料制備、相轉(zhuǎn)移催化劑等領域。二、綠色化學的研究進展二、綠色化學的研究進展8-2 8-2 綠色化學基本原理綠色化學基本原理綠綠 色色 化化 學學2、非傳統(tǒng)性溶劑、非傳統(tǒng)性溶劑（1）超臨界流體（）超臨界流體（SCF） SCFCO2被用做羰基化反應，C-C鍵的形成，F(xiàn)isher-Tropsch合成，加氫化反應和氧化反應的溶劑。在聚合反應中SCFCO2備受親睞。在SCFCO2中合成各種含氟聚合物，可以避免傳統(tǒng)溶劑氯氟烴的使

15、用。與常規(guī)溶劑體系相比，上述反應沒有經(jīng)歷中間物，只是大多數(shù)試劑在SCFCO2中的溶解度相對較低。 從綠色化學的角度看，SCFH2O作為溶劑具有獨特的性能，但所要求的條件更為苛刻（pc=22.089 MPa，tc=374.31），這樣的高溫條件使很多有機化合物不能穩(wěn)定存在。Sato等曾研究在SCFH2O中苯酚與異丙醇的反應，反應不用催化劑，且烷基化優(yōu)先發(fā)生在苯酚的鄰位，反應僅需3 min,產(chǎn)率達83。二、綠色化學的研究進展二、綠色化學的研究進展8-2 8-2 綠色化學基本原理綠色化學基本原理綠綠 色色 化化 學學2、非傳統(tǒng)性溶劑、非傳統(tǒng)性溶劑（2）離子液體（）離子液體（ionic liquid，

16、IL） 離子液體就是完全由離子組成的液體，是在室溫或室溫附近呈液態(tài)的鹽液態(tài)的鹽。由于離子液體沒有可測的蒸汽壓，不揮發(fā)，不易燃，對熱穩(wěn)定性高，并且對有機物、無機物和聚合物都有一定的溶解性等突出優(yōu)點，近年來作為新型綠色溶劑引起了廣泛重視。 離子液體最早是用于電化學研究，常被用來作為電池的電解液。 在清潔生產(chǎn)方面，IL被用來替代原有的有機溶劑作為有機和催化反應介質(zhì)，開展Diels-Alder反應，F(xiàn)riedel-Crafts反應，過渡金屬催化反應，區(qū)域選擇烷基化反應等領域研究。離子液體的高極化潛力及弱的配合離子，可以提高有機反應的速度和選擇性，并且用離子液體作溶劑易于產(chǎn)物的分離以及催化劑的重復使用。

17、二、綠色化學的研究進展二、綠色化學的研究進展8-2 8-2 綠色化學基本原理綠色化學基本原理綠綠 色色 化化 學學2、非傳統(tǒng)性溶劑、非傳統(tǒng)性溶劑（2）離子液體（）離子液體（ionic liquid，IL） 在分離萃取方面，用IL萃取低揮發(fā)性有機化合物，再用超臨界流體從離子相中除去，IL不會污染萃取相和被萃物。 IL還可以從發(fā)酵液中有效回收正丁醇，從水環(huán)境中萃取痕量金屬污染物。 作為一種替代溶劑離子液體的應用研究已展現(xiàn)出強大的生命力，但很多理論還有待于進一步探索。二、綠色化學的研究進展二、綠色化學的研究進展8-2 8-2 綠色化學基本原理綠色化學基本原理綠綠 色色 化化 學學3、非傳統(tǒng)催化劑、非

18、傳統(tǒng)催化劑（1）新型酸堿催化劑）新型酸堿催化劑 酸催化反應是石油煉制，石油化工一系列重要工業(yè)的基礎，傳統(tǒng)的催化劑為H2SO4、H3PO4、AlCl3等一些無機酸或鹽。由于存在設備腐蝕嚴重，產(chǎn)物與催化劑分離困難，大量廢酸產(chǎn)生嚴重污染環(huán)境等缺點，近年來，國內(nèi)外熱衷于分子篩、雜多酸、超強酸等固體酸的開發(fā)研究。這類催化劑選擇性好、催化活性高、壽命長，具有非常重要的環(huán)境和經(jīng)濟效益。（2）夾層催化劑）夾層催化劑（3）相轉(zhuǎn)移催化劑）相轉(zhuǎn)移催化劑（4）仿酶催化劑）仿酶催化劑（5）沸石催化劑）沸石催化劑二、綠色化學的研究進展二、綠色化學的研究進展8-2 8-2 綠色化學基本原理綠色化學基本原理綠綠 色色 化化

19、學學4、原子經(jīng)濟性反應、原子經(jīng)濟性反應 Trost在l991年首先提出了原子經(jīng)濟性(Atom economy 的概念，即原料分子中究竟有原料分子中究竟有百分之幾的原子轉(zhuǎn)化成了產(chǎn)物百分之幾的原子轉(zhuǎn)化成了產(chǎn)物。理想的原子經(jīng)濟反應是原料分子中的原子百分之百地轉(zhuǎn)變成、產(chǎn)物，不生副產(chǎn)物或廢物。實現(xiàn)廢物的零排放零排放(Zero emission)。 傳統(tǒng)的合成關(guān)心合成效率如傳統(tǒng)的合成關(guān)心合成效率如：*選擇性選擇性反應的化學選擇性（即：生成所需產(chǎn)物）區(qū)域選擇性（即：在特定的位置反應）立體選擇性（即：產(chǎn)物的立體結(jié)構(gòu)）等*原子經(jīng)濟性原子經(jīng)濟性原料分子中有百分之幾的原子轉(zhuǎn)化成了產(chǎn)物 理想的原子經(jīng)濟性理想的原子經(jīng)濟

20、性該原料分子中的原子百分之百地轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。不需要附加，或僅僅需要無損耗的促進劑（催化劑）。8-2 8-2 綠色化學基本原理綠色化學基本原理綠綠 色色 化化 學學原子經(jīng)濟性原子經(jīng)濟性 40%布洛芬布洛芬鎮(zhèn)靜、鎮(zhèn)靜、止痛藥的生產(chǎn)止痛藥的生產(chǎn)二、綠色化學與綠色工程二、綠色化學與綠色工程8-2 8-2 綠色化學基本原理綠色化學基本原理綠綠 色色 化化 學學原子經(jīng)濟性原子經(jīng)濟性99%(包括醋酸包括醋酸)獲獲1997年美國總統(tǒng)年美國總統(tǒng)“綠色化學挑戰(zhàn)獎綠色化學挑戰(zhàn)獎”二、綠色化學與綠色工程二、綠色化學與綠色工程8-2 8-2 綠色化學基本原理綠色化學基本原理綠綠 色色 化化 學學5、立體化學手性異構(gòu)體、立

21、體化學手性異構(gòu)體 一對對映異構(gòu)體在非手性環(huán)境中性質(zhì)完全相同，但是在手性環(huán)境中則性質(zhì)常常相異。采用有效的不對稱合成的方法，即可大大減少不需要的異構(gòu)體的產(chǎn)生，既可以避免對需要的異構(gòu)體的性質(zhì)產(chǎn)生破壞和影響，又可以避免副產(chǎn)物的毒性等環(huán)境和生物影響，同時還可以提高原子經(jīng)濟性。6、能源技術(shù)、能源技術(shù) 利用能源替代傳統(tǒng)的反應試劑或傳統(tǒng)能源，減少污染物的產(chǎn)生。 微波加熱用于某些化學反應時，反應速度比采用傳統(tǒng)加熱方式快得多。微波應用于有機合成，能大大加快化學反應速率,縮短反應時間，特別是以無機固體物為載體的無溶劑的微波有機合成反應，操作簡便，溶劑用量少。產(chǎn)物易于分離，產(chǎn)率高。（1）微波技術(shù)：）微波技術(shù)：二、綠色

22、化學與綠色工程二、綠色化學與綠色工程8-2 8-2 綠色化學基本原理綠色化學基本原理綠綠 色色 化化 學學6、能源技術(shù)、能源技術(shù) 利用能源替代傳統(tǒng)的反應試劑或傳統(tǒng)能源，減少污染物的產(chǎn)生。 超聲波降解有機污染物原理，當聲能足夠強時，在疏松的半周期內(nèi)，液相分子間的吸引力被打破，形成空化核?？栈说膲勖鼮?.1s，它在爆炸的瞬間可產(chǎn)生約4 000 K和100 MPa的局部高溫和高壓環(huán)境，并產(chǎn)生速度約為110 m/s的具有強烈沖擊力的射流。該條件足以使所有的有機物在空化氣泡內(nèi)發(fā)生化學鍵斷裂、高溫分解或自由基反應而使廢水中的有機污染物降解。（2）超聲波）超聲波（3）光）光 特別是利用太陽光進行的各種光化

23、學、光催化反應。三、工業(yè)生態(tài)學原理三、工業(yè)生態(tài)學原理8-2 8-2 綠色化學基本原理綠色化學基本原理綠綠 色色 化化 學學1、工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)演化、工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)演化 IE是一門以提高工業(yè)過程中原料使用效率、降低廢物排放率為目的是一門以提高工業(yè)過程中原料使用效率、降低廢物排放率為目的,研究工業(yè)系統(tǒng)及研究工業(yè)系統(tǒng)及其與環(huán)境之間相互關(guān)系的應用生態(tài)學其與環(huán)境之間相互關(guān)系的應用生態(tài)學。 自從IE提出以來,工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)一直是其主要研究對象。參照自然生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展演化過程，可將工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)劃分為低級低級、高級高級和頂級頂級等三級生態(tài)系統(tǒng)。 在低級生態(tài)系統(tǒng)低級生態(tài)系統(tǒng)中，工業(yè)過程中的物流、能流呈線性，即物質(zhì)、能量

24、從環(huán)境流向工業(yè)過程，經(jīng)簡單的加工制造后，最終以廢物和廢棄產(chǎn)品的形式流出工業(yè)過程。低級生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)經(jīng)濟效率低,其運行方式，簡單地說，就是開采資源和拋棄廢料，這是環(huán)境問題的根源。工業(yè)革命初期的工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)屬于低級生態(tài)系統(tǒng)。 在高級生態(tài)系統(tǒng)高級生態(tài)系統(tǒng)中，資源減少，物質(zhì)變得重要，部分“廢物”和廢棄的產(chǎn)品能被重新回收利用。目前的工業(yè)系統(tǒng)屬于高級生態(tài)系統(tǒng)。在高級生態(tài)系統(tǒng)中，雖然原料使用效率有所提高，部分“廢物”和廢棄的產(chǎn)品也被回收利用，但仍需向自然界索取資源和能源，并排放廢物，且由于生產(chǎn)規(guī)模擴大，對生態(tài)環(huán)境的影響空前。三、工業(yè)生態(tài)學原理三、工業(yè)生態(tài)學原理8-2 8-2 綠色化學基本原理綠色化學基本原理

25、綠綠 色色 化化 學學1、工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)演化、工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)演化 在頂級生態(tài)系統(tǒng)頂級生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)完全封閉循環(huán)，只從自然界輸入能源，而不索取資源和排放廢物。頂級生態(tài)系統(tǒng)只有在自然界中達到，但工業(yè)系統(tǒng)應盡可能地向其發(fā)展。Frosch22指出工業(yè)系統(tǒng)須從自然生態(tài)系統(tǒng)中學習以下三點：能源和稀缺資源的消費及廢物排放需減量化；工業(yè)廢物和廢棄的產(chǎn)品須象營養(yǎng)物在自然生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)的不同有機體中循環(huán)利用一樣在工業(yè)過程間循環(huán)；工業(yè)系統(tǒng)需多樣化且有足夠彈性以應付外界干擾。2、工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 自然生態(tài)系統(tǒng)的主體是生物，工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的主體應是工業(yè)生產(chǎn)部門。仿效自然生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)劃分方法，根據(jù)工業(yè)部門的

26、原料來源不同將工業(yè)部門分為：原材料獲取部門、材料加工部門、產(chǎn)品制造部門、產(chǎn)品使用部門、廢棄產(chǎn)品和工業(yè)廢物的回收和處理部門。這種劃分方法能較好地反映出物質(zhì)和能量在工業(yè)系統(tǒng)中的流動方向。三、工業(yè)生態(tài)學原理三、工業(yè)生態(tài)學原理8-2 8-2 綠色化學基本原理綠色化學基本原理綠綠 色色 化化 學學 IE的目的是通過改進生產(chǎn)程序來減少原料消耗和廢物排放以提高生態(tài)經(jīng)濟效率。因此，其研究方法主要是工業(yè)過程中的物流物流、能流能流和信息流信息流的改善方法。當前研究重點集中于物流過程的完善，較少開展能流和信息流的研究。 能流能流的研究主要是借助自然生態(tài)系統(tǒng)的能流分析方法。能流分析要掌握三個原則： 能量的獲得和損失需

27、放在整個系統(tǒng)(包括產(chǎn)品的使用)中分析； 高質(zhì)量的能量往往更有用，但在能量流通和轉(zhuǎn)換過程中伴隨著能量的損失，因此，恰當形式的能量(熱能、動能、電磁能)通常比高質(zhì)量的能量更有用； 對能量的每次傳輸或轉(zhuǎn)換，其逆向行為的費用要作為全球系統(tǒng)的一個因素加以考慮。 工業(yè)系統(tǒng)可分為微觀、中觀和宏觀三種尺度，微觀系統(tǒng)指單個生產(chǎn)單位及其生產(chǎn)環(huán)境，中觀系統(tǒng)指區(qū)域范圍內(nèi)所有工業(yè)部門及其生產(chǎn)環(huán)境，宏觀系統(tǒng)指全國或全球范圍內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)與環(huán)境。3、工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)功能、工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)功能三、工業(yè)生態(tài)學原理三、工業(yè)生態(tài)學原理8-2 8-2 綠色化學基本原理綠色化學基本原理綠綠 色色 化化 學學 IE理論在企業(yè)范圍的應用關(guān)鍵在于貫徹產(chǎn)

28、品的生命周期分析，在產(chǎn)品的每一階段均要考慮其對環(huán)境的影響，并盡量減少其影響。在產(chǎn)品設計階段要融入環(huán)境設計思想；在原料選取階段要優(yōu)先選用無毒無害和可再生資源；在加工生產(chǎn)階段要貫徹清潔生產(chǎn)思想，采用綠色制造和綠色化學技術(shù)，進行全過程控制，減少廢物排放；產(chǎn)品包裝要進行綠色包裝;在產(chǎn)品的使用期間，廠家要及時對產(chǎn)品進行維修和更新?lián)Q代，改變傳統(tǒng)的產(chǎn)品觀念，樹立服務觀念“銷售的是服務而不是產(chǎn)品”；產(chǎn)品退役后，首先考慮回收重新利用，不能利用的要安全處置，減少環(huán)境影響。探索利用化學反應的選擇性來提高原子經(jīng)濟性；探索利用化學反應的選擇性來提高原子經(jīng)濟性；發(fā)展和應用對環(huán)境和人類無毒無害的試劑和溶劑；發(fā)展和應用對環(huán)境

29、和人類無毒無害的試劑和溶劑；大力發(fā)展新型環(huán)境友好催化劑以提高反應的選擇性和大力發(fā)展新型環(huán)境友好催化劑以提高反應的選擇性和效率；效率；采用新型的分離技術(shù)采用新型的分離技術(shù)一、研究方向一、研究方向8-3 8-3 綠色化學的應用綠色化學的應用綠綠 色色 化化 學學一、研究方向一、研究方向8-3 綠色化學的應用綠色化學的應用綠綠 色色 化化 學學1、選擇最佳反應途徑，開發(fā)原子經(jīng)濟反應、選擇最佳反應途徑，開發(fā)原子經(jīng)濟反應 在化學合成特別是有機合成中，減少廢物的關(guān)鍵是提高選擇性問題，即選擇最佳反應途徑，使反應物原子盡可能多地轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物原子,最大限度地減少副產(chǎn)物，才會真正減少廢物的生成。 美國著名有機化學家

30、Trost在1991年首先提出了原子經(jīng)濟性的概念，認為高效的有機合成應最大限度地利用原料分子的每一個原子，使之結(jié)合到目標分子中(如完全的加成反應:A+B=C)，達到零排放。 原子經(jīng)濟性的反應有兩個顯著優(yōu)點：(1)最大限度地利用了原料；(2)最大限度地減少了廢物的排放，適應了社會的要求，是合成方法發(fā)展的趨勢。開發(fā)新的原子經(jīng)濟反應應與符合綠色化學的要求有機合成結(jié)合起來,在選擇合成途徑時，除了考慮理論產(chǎn)率外,還應考慮和比較不同途徑的原子利用率?；どa(chǎn)中要盡量減少化學反應的步驟，從原料到產(chǎn)品盡可能做到直達，在生產(chǎn)過程中盡量不采用那些對產(chǎn)品的化學組成來說沒有必要的物料。現(xiàn)已有不少化工產(chǎn)品的生產(chǎn)符合原子

31、經(jīng)濟性反應，如乙烯或丙烯的聚合、丙烯氫甲基酰化制丁醛等。二、綠色化學的應用二、綠色化學的應用綠綠 色色 化化 學學8-3 8-3 綠色化學的應用綠色化學的應用2、化工原料的綠色化、化工原料的綠色化 150年前，大多數(shù)工業(yè)有機化學物品都是來自植物提供的生物質(zhì)(Biomass)，少數(shù)來自動物物質(zhì)。后來煤被用作化學原料,20世紀40年代以后，石油又逐漸成為主要的化學原料。今天95%以上的有機化學品來自石油，隨著人類逐漸認識到煤和石油化學工業(yè)對環(huán)境的負面影響，科學家已經(jīng)開始考慮如何重新利用生物質(zhì)代替煤和石油來生產(chǎn)人類所需要的化學物質(zhì)。 生物質(zhì)主要由淀粉及纖維素組成，前者易于轉(zhuǎn)化為葡萄糖，而后者則由于結(jié)晶及與木質(zhì)共生等原因，通過纖維酶轉(zhuǎn)化為葡萄糖，難度較大。Draths等報導以葡萄糖為原料,通過酶反應可制得己二酸、鄰苯二酚等，尤其是作為尼龍原料的己二酸的研究已取得了顯著進展。 由于苯是已知的致癌物質(zhì)，以經(jīng)濟和技術(shù)上可行的方式,從合成大量的有機原料中去除苯是具有競爭力的綠色化學目標。二、綠色化學的應用二、綠色化學的應用綠綠 色色 化化 學學8