绿色化学-总复习

nullnull考试时间：12月16日（周三） 19:00～21:00考试地点：3601，3609题型：填空、名词解释、简答、 计算、问答题。课件下载邮箱：greenchemistry@yahoo.cn 密码：123456null结课总复习第一章 绿色化学兴起的历史沿革和定义1、温室气体大量排放导致全球变暖2、臭氧层破坏3、生物多样性减少4、酸雨成灾 （PH值<5.6的雨水就称为酸雨） 5、森林锐减 6、土地沙漠化 7、大气污染 8、淡水资源污染 9、海洋污染 10、垃圾围城——最严重的城市病 一、人类面临的环境危机null 环境保护经历的三个时期 二、环境保护运动呼唤绿色化学  1962年，美国女科学家Rachel Carson所著《Silent Spring》出版。被誉为环境保护的警世之作。1. 20世纪中期以前——稀释废物来防治污染时期 2. 20世纪中期至八十年代末——末端治理时期 3. 20世纪九十年代以后——污染预防为主，末端治理为辅时期 null三、什么是绿色化学？  1. 绿色化学的概念 绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学。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 。null2.  绿色化学的特点 ①从科学观点看，绿色化学是对传统化学思维方式 的创 新和发展。 ②从经济观点看，绿色化学为我们提供合理利用资源和 能 源、降低生产成本、符合经济持续发展的原理和方法。 ③从环境观点看，绿色化学是从源头上消除污染，保护环 境的新科学和新技术方法。 绿色化学是更高层次的化学 。null3.   绿色化学与环境化学和环境治理的区别 环境化学是一门研究污染物的分布、存在形式、运行、迁移及其对环境影响的科学。 绿色化学是从源头上阻止污染物生成的新学科，它是利用化学原理来预防污染，不让污染产生，而不是处理已有的污染物。 环境治理则是对已被污染了的环境进行治理，即研究污染物对环境的污染情况和治理污染物的原理和方法。null4. 绿色化学应用的原则 （1）防止污染优于污染治理；（3）尽量减少化学合成中的有毒原料、产物； （5）使用无毒无害的溶剂和助剂；  （2）提高原子经济性；（4） 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 安全的化学品； （6）合理使用和节省能源；null（7）利用可再生资源代替消耗性资源合成化学品；  （9）采用高选择性催化剂优于使用化学计量助剂； （11）发展 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 方法，对污染物实行在线监测和控制； （12）减少使用易燃易爆物质，降低事故隐患。 （8）减少不必要的衍生化步骤； （10）产物的易降解性； null第二章  不产生三废的原子经济反应一、原子经济性的概念 原子经济性是指反应物中的原子有多少进入了产物，一个理想的原子经济性的反应，就是反应物中的所有原子都进入了目标产物的反应，也就是原子利用率为100％的反应。原子经济性可用原子利用率衡量： null如何利用原子利用率比较不同合成方法的原子经济性？ 从原子利用率来考察合成方法对环境影响，可以得出：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。例题： 计算由乙烯制备环氧乙烷反应的原子利用率。 （1）传统方法（氯乙醇法） 二步法 CH2=CH2 + Cl2 + H2O → ClCH2CH2OH + HCl  ClCH2CH2OH + Ca(OH)2 +HCl → C2H4O + 2CaCl2+2H2Onull（2）新方法  一步法 解： （1）总包反应为分子量原料目标产物∴null（2） C2H4 + ½ O2 →C2H4O  44 2816 分子量原料目标产物∴由于第二种方法的原子利用率高于第一种方法，所以第二种方法的原子经济性要好于第一种方法。null原子利用率达到100％的反应的特点:(1)最大限度地利用了反应原料．最大限度地节约了资源；(2)最大限度地减少了废物排放(因达到了零废物排放)，因而最大限度地减少了环境污染，或者说从源头—亡消除了由化学反应副产物引起的污染。注意： ▲ 原子经济的反应√ ▲ 高的反应物转化率√ ▲ 高的目标产物选择性√ 是实现资源合理利用、避免污染缺一不可的。null二、原子经济性与环境效益环境因子（E因子）：环境因子就是指的每生产1公斤产品所伴生的副(废)产物的数量。对于原子利用率为100％的原于经济性反应，其环境影响因子为0.null环境负担因子(Environment Load Factor ELF)定义为：每个产一个单位产品所需的原料、溶剂、催化刑等的总重量。环境商 EQ要更为精确地评价一种合成方法、一个过程对环境的好坏，必须同时考虑废物排放量和废物的环境行为本质的综合 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现。这一综合表现可用环境商（EQ）。null三、几种常见反应的原子经济性 1. 化合反应2. 加成反应3. 重排反应4. 取代反应5. 消除反应四、提高化学反应原子经济性的途径1：开发新型催化剂2：简化合成步骤3：采用新的合成原料null第三章 无毒无害的绿色催化剂一、催化剂的定义及作用 催化剂的定义：能改变反应速率，而本身的组成、质量和化学性质在反应前后均不发生变化的物质叫做催化剂。催化剂分类 ：1.均相催化剂2.多相催化剂3.生物催化剂1.加快反应速度。催化剂的作用主要是：2.降低温度、压力。3.提高选择性。null固体酸催化剂:顾名思义以固态存在的酸性催化剂，催化功能来源于固体表面上存在的具有催化活性的酸性部位。 传统的化学反应中一般使用氢氟酸、硫酸等液体酸催化剂。缺点：在工艺上难以实现连续生产，催化剂不易与原料和产物相分离。对设备的腐蚀严重、对人身危害和产生废渣、污染环境。 二、固体酸催化剂 1、易分离，减少环境污染 2、可循环使用，节约能源 固体酸催化剂的优点： null三、仿生催化技术 仿生催化是模拟生命过程的酶催化反应的新型交叉学科。 即将生命体内的化学反应通过一定工艺转移到实验室或工业生产，并形成可以应用于工业化的生产工艺。仿生催化反应有着条件温和、环境友好、催化效率高、反应可调控、产物选择性强等诸多优点。仿生催化中的酶催化剂被称为分子机器。null第三章 无毒无害的辅助物质一、辅助物质的应用及其危害 辅助物质是指在合成和生产过程中能帮助处理和操作，但又不构成目标分子的物质。辅助物质主要有溶剂和助剂。 有机的溶剂和助剂的使用对人类健康和环境造成危害。有机溶剂中毒事件频繁发生。 null二、消除辅助物质危害的方法1. 采用超临界流体替代有机溶剂超临界流体：当流体的温度和压力处于他的临界温度和压力以上时，称该流体为超临界流体。超临界流体的特点： ① 其密度与液体接近 ② 黏度则与气体接近 ③ 这一流体具有可变性，其性质随温度和压强的变化而变化。null2.非溶剂化3.水作溶剂4.固定化溶剂—高分子溶剂5.离子液体离子液体是室温离子液体的简称，由带正电的离子和带负电的离子构成。 null三、无毒无害的溶剂—超临界二氧化碳1. 如何理解二氧化碳是无毒无害的？① 从来源上看，是生产合成氨和天然气的副产物。对它加以利用只会减少二氧化碳的排放，故不会加剧温室效应。 ② 二氧化碳虽能引起窒息，但允许浓度比有机溶剂低10～100倍，不会发生中毒和爆炸事故。③ 不燃烧，不形成光化学烟雾，也不破坏臭氧层，有利于操作人员健康。null超临界CO2作反应溶剂的优点：● 溶解能力可通过控制压力来调节，因而有可能提高某些 反应的选择性。 ● 具有很好的惰性，以它作为氧化反应的溶剂非常理想。 ● 超临界状态容易达到，设备投资不高。null 第五章 绿色能源一、自然资源的定义与分类自然资源：在一定技术经济条件下，自然界中对人类有用的一切物质和能量统称为自然资源。自然资源在一定意义上可分为：无限资源和有限资源。null不可再生资源:是指储量有限，能被用尽的资源。可再生资源：指在人类的生存周期的时间范围内容易再生的物质。绿色能源的概念绿色能源也称清洁能源，它有狭义和广义两种概念。狭义的绿色能源是指可再生能源，如水能、生物能、太阳能、风能、地热能和海洋能。这些能源消耗之后可以恢复补充，很少产生污染。广义的绿色能源则包括在能源的生产及其消费过程中，选用对生态环境低污染或无污染的能源，如天然气、洁净煤和核能等。null二、生物质生物质：由光合作用产生的所有生物有机体的总称，包括植物、农作物、林产物等。其中含有淀粉、纤维素、木质素等成分。 生物质特点：1.可再生，储量丰富。仅每年再生的纤维素和木质素折合成能量相当于石油年产量的15～20倍。2.大部分已高度氧化，作为化工原料可避免氧化步骤。3. 比矿物原料更清洁。生物质来源于CO2，燃烧后不增加大气中CO2的含量 。4. 季节性强，产量、质量不稳定。5. 需要大量土地。 null生物质的转化方法：物理法，化学法，生物法。酶和酶催化的特点：酶是一类由生物细胞产生的、以蛋白质为主要成分的、具有催化活性的生物催化剂。①反应条件温和②高度专一性.③活化能低，催化效率极高。 酶催化的特点：④ 多样性。null太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。三、太阳能利用太阳能途径：①光热转换②光电转换③光化学转换太阳能光热转换是指将太阳光直接或通过聚光照射于集热器上，使光能直接转化为热能。日前主要用于太阳能热水器和太阳热能发电。太阳能的光电转换是指太阳的辐射能光子通过半导体的光伏效应原理进行光电转换，通常叫做“光生伏打效应”，太阳电池就是利用这种效应制成的。null太阳能光化学转换包括： 光合作用、光电化学作用、光敏化学作用及光分解反应等。null第六章 绿色化学产品对人类和环境无害的化学产品称为绿色化学产品 。一、绿色化学产品的定义及特点：绿色化学产品的两个特征 ：1、产品本身不会引起环境污染和健康问题，包括不会对野生生物、有益昆虫或植物造成损害； 2、当产品被使用后，应能再循环或易于在环境中降解为无害物质。 null二、化学产品或化学过程对人类健康和环境的影响的评估1、对人体的毒性评估毒性大小的三个指标：致毒途径有三种： ①接触致毒②生物吸收致毒③物质的固有毒性致毒①毒性作用的效力 ②毒性的作用点 ③毒性的可消除性 null2、对野生生物的毒性3、对环境的影响 三、设计绿色化学产品的方法和一般原则1. 三种设计方法①如果已知某一反应是毒性产生的必要条件，在确保分子的作用与性质不变的前提下可以通过改变结构使这个反应不发生，从而避免或降低该化学品的毒性。 ②对于毒性机理不明确的情况，可以根据官能团与毒性间的一般关系，除去或不引入与毒性有关的官能团来降低毒性。 null③设法降低生物利用率。无论一个化合物本身有多大毒性，只有它进入人体到达毒性发生作用的目标器官时才能起到毒害作用。因此化学家可以通过分子设计来改变分子的物理和化学性质，从而降低人体器官对它的吸收程度。2. 一般设计原则“外部”效应原则“内部”效应原则指通过分子设计，改善分子在环境中的分布、人和其他生物机体对它的吸收性质等重要物理化学性质，从而减少它的有害生物效应。指通过分子设计来达到预防毒性的目标。null四、环境友好的可降解物质1.塑料的分类根据塑料对热的变化情况可以分为热固性塑料和热塑性塑料两大类： 热塑性塑料受热时软化,冷却后形成一定形状的制品,再加热又可软化，具有可逆性。 热固性塑料加热时高分子链发生交联,一旦成型后再加热也不会软化，不具有可逆性。 null按性能和用途分类：通用塑料，工程塑料，特种塑料，增强塑料。2.塑料降解 降解塑料是指在保存期内各项性能可满足使用要求，而使用后在自然环境条件下能降解成对环境无害的物质的塑料。 降解塑料的降解主要包括：生物降解、光降解和化学降解三种类型。 生物降解塑料是指在自然环境下可被微生物作用而发生降解的塑料。null当生物降解塑料制品被丢弃到自然环境中后，环境中的微生物（主要是细菌和真菌）在代谢过程中分泌出酶并附着于塑料表面，在酶的催化作用下，组成塑料大分子中的某些化学键发生断裂，分子链变短，高聚物变为低分子化合物，塑料的物理结构被破坏。由于低分子化合物是微生物的良好碳源，使微生物迅速增长，同时被吞噬的低分子化合物由于微生物的生化作用，最终被分解成CO2和H2O。 生物降解原理：影响生物降解的因素：①微生物的种类 ②塑料中化学键的类型 ③添加剂的性质和用量  ④温度、湿度和pH值等 null光降解塑料是指在光的作用下能发生降解的塑料。 大部分聚合物的自氧化反应的活化能为41.8-167.2 kJ/mol，化学键的解离能为167-600 kJ/mol，太阳光中波长为290-400nm的紫外光的光量子能量为412.5-299.2 kJ/mol。因此，到达地面的紫外光可使塑料中的弱键断裂，发生降解反应，先变成粉末状，而后再被微生物分解，最终变为为CO2和H2O ，进入自然界生态循环。 光降解原理：影响塑料光降解性的因素：①聚合物的种类 ②添加剂的种类和含量 ③氧、热、水、力等自然环境因素。 null第七章 洁净的机动车燃料一、汽车尾气中的有害成分氮氧化物、碳氢化物、一氧化碳、二氧化硫、颗粒物（铅化合物，碳颗粒，油雾等）二、 降低汽车有害物排放的途径①改善发动机的质量②安装尾气净化装置③开发清洁汽油和清洁柴油④开发替代汽油、柴油的清洁燃料⑤以燃料电池为动力null第八章 绿色化学发展展望一、绿色化学的发展方向①新的化学反应过程研究②传统化学过程的绿色化学改造③能源中的绿色化学问题和洁净煤化学技术④资源再生和循环使用技术研究null二、我国的绿色化学研究战略我国化学和化学工业的实际情况1、在未来的相当时期内石油、煤碳、天然气仍将是我国的主要能源和基本有机化学品的主要原料。2、矿物资源没有得到环境友好的利用，制约了我国的冶金工业省环境的协调发展。3、大量生物再生资源被浪费，缺乏战略和基础研究。null①突出强调绿色合成技术、方法和过程的研究。我国绿色化学研究战略：②重视发展可持续再生资源的利用和转化技术。③加快解决矿物资源高效利用中的绿色化学问题。null考试时间：12月16日（周三） 19:00～21:00考试地点：3601，3609题型：填空、名词解释、简答、计算、问答题。课件下载邮箱：greenchemistry@yahoo.cn 密码：123456