21世纪的化学——绿色化学
马应会
（中南大学化学化工学院，长沙410083）
摘要：绿色化学又称环境无害化学，是利用化学来防止污染的一门科学。本文简要总结了绿色化学基本概念、原则和主要研究内容。评述了近年来对原料、化学反应、产品、催化剂和溶剂的绿色化开展的一些主要研究及目前取得的进展。另外还简要介绍了绿色化学在化工行业的应用。
关键字：绿色化学；研究发展；环境保护；应用
Chemistry of 21st Century一Greean Chemistry
Xiao Yan Fei
(College of Chemistry and Chemical Engineering,Central South
University,Changsha 410083)
Abstract:Green chemistry is also called chemistry harmless to environment. It is a branch of science which uses chemistry to prevent pollution . The paper gives a review on the fundamental theories and principles and major contents of Green Chemistry 。Some main studies and present progress obtained which are processed in green raw material, chemical reaction, product, catalyst and solvent in recent years are also reviewed in the articl.the paper also
presents the applications of Green Chemistry in chemical industry.
Key words: Green Chemistry；Study and Development；enviornmental portection；Application .
1 绿色化学的兴起
化学是现代高科技发展和社会进步的基础和先导之一，是一门有着很大社会需求的中心科学，以化学为基础的化学工业极大地推动了人类物质生产和生活的进步。从钢铁冶金、水泥陶瓷、酸碱肥料、塑料橡胶、合成纤维，直到医药、农药、日用化妆品等无不与化学息息相关，现代社会生活已完全离不开化学。然而，科学技术是一把双刃剑，化学在给人类带来益处的同时也给人类造成了一些有害的影响。主要是未能有效地利用资源，并产生了大量的有害物质。随着环境污染问题日趋恶化，一些人对化学产生了一种恐惧感，认为化学是环境污染的罪魁祸首，化学几乎成了“有毒”、“有害”的代名词，如在一些食品的标签上，经常看到“本品不含化学添加剂”、“纯天然制品”等字样。其实，从本质上说，所有的天然品都可以看成是化学品，厌恶化学、把化学看成环境污染的罪魁祸首是一种偏见。事实上，化学污染严格地说并非化学本身之过，而是在人们实际应用中产生的。化学污染的真正源头是化学的实际应用即化学工艺过程中存在的种种问题，由此造成对人类生存环境乃至整个生态系统的破坏。在研究环境问题时，应当持积极、科学和辩证的态度。科学技术和工业发展带来的环境问题不可能靠抑制甚至取消科学技术和工业发展来解决，而需要靠科学技术和工业的“合乎理性”的进步来解决，当前世界化学界对此十分关注。从60年代，化学废弃物的危害被发现以后，经过30多年的努力，化学污染的防治已取得巨大成绩。然而，以往解决化学污染问题的诸多办法基本上是以减少接触为基础，即以治理为主，实践表明这类办法的效果是有限的。同时，由于人们环境意识的提高，各种严格的环境保护的法律法规不断建立，化工生产过程中“三废”治理所需的费用急剧攀升而使得化工企业不堪重负。1996年美国
Dupont公司的化学品销售总额为180 亿美元，环保费用为10亿美元。问题的另一方面是，我们已无法摆脱造就我们当前物质文明的化学工业和化工产品，化学和化学家面临着前所未有的挑战。在这种形势下，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”（Green Chemistry）”应运而生[1]。
绿色化学的提出及有关的科学研究，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。早在1990 年美国就颁布了污染防止法案，将污染防治确立为美国的国策。绿色化学正是实现污染防治的基础与重要工具，它从源头上消除污染，发展不产生污染的新化学反应和化学产品。1990年美联邦政府通过了“防止污染行动”的法令，将污染的防止确立为国策，该法案条文中第一次出现了“绿色化学”一词。1995年3月16日，美国总统克林顿宣布设立“绿色化学挑战计划”，随后在1996 年设立了总统绿色化学挑战奖。新任美国化学会会长P.Anderson在就职文章中指出，更安全的化学应是化学家在21世纪要学习研究的首要领域[1]。l998年美国国家实验室、企业和大学联合成立了绿色化学院，专门从事化学工业绿色化学研究。英国1999年在英国皇家化学会创办了名为《Green Chemistry》的国际性化学期刊，专门报道有关清洁技术的化学研究，以及能减少对环境作用的化学品的制造方法等绿色化学的研究成果，并设立了绿色化学奖，此奖于2000年开始颁发，该奖分为3类：一是被称作“Jerwood Salters”(环境奖)的年度学术奖。另2项年度奖用于奖励在技术、产品或服务方面做出成绩的英国公司。日本于2000年提出“绿色可持续发展化学(GSC)”的概念。制定了21世纪重建绿色地球新阳光计划，提出了“简单化学(Simple Chemistry)的概念。德国联邦政府在1997年正式通过了“为环境而研究”的计划[2]。
我国在绿色化学方面的活动逐渐活跃[3].1995年，中国科学院化学部确定了《绿色化学与技术》的院士咨询课题.1996年，召开了“工业生产中绿色化学与技术”研讨会，并出版了《绿色化学与技术研讨会学术报告汇编》.1997年，国家自然科学基金委员会与中国石油化工集团公司联合立项资助了“九五”重大基础研究项目“环境友好石油化工催化化学与化学反应工程”;中国科技大学绿色科技与开发中心在该校举行了专题讨论会，并出版了“当前绿色科技中的一些重大问题论文集;香山科学会议以“可持续发展问题对科学的挑战——绿色化学”为主题召开了第72次学术讨论会.1998年在合肥举办了第一届国际绿色化学高级研讨会，《化学进展》杂志出版了“绿色化学与技术”专辑;四川大学也成立了绿色化学与技术研究中心.上述活动已推动了我国绿色化学的发展.2001年4月2- 5日在上海复旦大学举行了第二届海峡两岸催化学术会议.邓景发院士任大会主席，与会代表42人，其中台湾代表17人，大陆代表24人，美国EXXON公司代表1人.用环境友好的绿色化学技术代替过去以牺牲环境为代价的化工过程，被列为重点发展的四个研究领域之首，以实现化学工业的可持续发展.
2 绿色化学基础
2.1 绿色化学的基本概念
绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学，而在其基础上发展起来的技术称为绿色技术、环境友好技术或清洁生产技术，是利用化学原理来防止污染的一门学科[4]。绿色化学是指化学反应过程以“原子经济性”为基本原则，即在获取新物质的化学反应中充分利用参与反应的每个原料原子，实现“零”排放，不产生污染。采用无毒无害的溶剂、助剂和催化剂生产有利于环境保护、社会安全[5]。绿色化学化工的目标是寻找充分利用原材料和能源，且在各个环节都洁净和无污染的反应途径和工艺。对生产过程来说，绿色化学包括节约原材料和能源；淘汰有毒原料，在生产过程排放废弃物之前，减降废物的数量和毒性。对产品来说，绿色化学旨在减少从原料的加工到产品的最终处置的全周期的不利影响。绿色化学是解决环境污染问题的一种方法与传统污染治理方法不同，它是通过改变化学品或生
产过程的内在本质，来减少或消除有害物质的使用或产生，是非常科学的，是化学工业可持续发展的基础全和人身健康的环境友好的化学品[6]。
绿色化学作为当代化学的一个重要前沿，它是一门具有明确的社会需求和科学目标的新兴交叉学科.从科学的观点看，是对传统化学思维方式的更新和新发展;从环境观点看，是从像头上消除污染;从经济观点看，它合理利用资漂和能像，降低生产成本，符合经济可持续发展的要求;它的根本目的是把现有化学和化工生产的技术路线从“先污染、后治理”改变为“从源头上根除污染”.是发展生态经济和工业的关键，是实现可持续发展战略的重要组成部分。
2.2绿色化学的原则
绿色化学作为一门新的学科，尚有一些不成熟的地方。但经过10多年的研究与探索，该领域的先驱研究者已总结出了绿色化学的一些理论和原则，为绿色化学的今后研究工作奠定了墓础。P.T .A nastas和J.C. W aner提出的12条绿色化学的原则目前为国际化学界所公认，它反映了近年来在绿色化学领域中所开展的多方面的研究工作内容，同时也指明了未来发展绿色化学的方向。这12条原则[7]具体可概括为:
(1) 防止废物的生成比在其生成后再处理更好。
(2) 设计的合成方法应使生产过程中所采用的原料最大量地转移至最终产品中。
(3) 设计合成方法时，只要可能，应最大限度地使用或产生无毒或毒性小的物质。
(4) 设计化学产品时应尽量保持其功效而降低其毒性。
(5) 应尽可能避免使用溶剂、分离试剂等助剂，如不可避免，也要选用无毒无害的助剂。
(6) 合成方法必须考虑过程中能耗对成本与环境的影响，应设法降低能耗，最好采用在常温常压条件下的合成方法。
(7) 在经济合理和技术可行的前提下，应选用可再生资源代替消耗资源。
(8) 在可能的前提下，尽量不用不必要的衍生物，如限制性基团、保护和去保护基团等。
(9) 合成方法中采用高选择性的催化剂比用化学计量助剂更优越。
(10)化学品应设计成使用后容易降解为无害物质。
(11)分析方法应能真正实现在线检测，在有害物质生成前加以控制。
(12)选择化学生产过程的物质，使化学意外事故(包括爆炸、火灾、渗透等)的危险性降低到最小程度。
2.3绿色化学主要研究内容
绿色化学的研究主要是围绕化学反应、原料、催化剂、溶剂和产品的绿色化开展的，具体包括a新反应体系包括新合成方法和路线的研究，特别是新型催化剂和催化过程的研究.b.新化学原料.包括生物质资源的沽净转化和综合利用.c新反应条件及过程包括对超临界流体、环境无害的介质等的研究.d绿色产品的设计和研制.如下图[3]
3 目前绿色化学开展的主要研究及其取得进展
3.1 原料的绿色化
3.1.1 无毒无害的原料
在现有的化工生产中，仍有不少的产品生产使用着剧毒的HCN 和光气等原料.为了确保环境安全和人类的健康，寻找无毒、无害的原料来生产人类所需的化工产品，
是十分必要的.有关此类的研究，已经取得令人满意的成果.一种由胺类和二氧化碳生产异氰酸酯的新技术已开发成功[8].
异氰酸甲酯的原生产过程为：
光气是剧毒的，且产生副产物HCl 严重腐蚀设备，经改进的路线为：
做到了原料和产品的绿色化，且提高了原子利用率.
Komiya 开发出在固体熔融状态下，采用双酚A 和碳酸二甲酯合成聚碳酸酯的新技术[9].它替代了原来的光气合成法，且同时达到了两个绿色化学的指标2。一是不需用有毒的光气作原料，二是不使用可疑致癌物———甲基氯化物作溶剂。甲基丙烯酸甲酯的传统工业制法是以丙酮和氰化物为原料的丙酮氰醇法，其原子利用率仅为46%。1996年，Shell.Co 开发出一步催化法：
其原子利用率为100%，目标产物的选择性和收率均可大于99%，且避免了原丙酮氰醇法中剧毒的HCN 和强腐蚀性的H2SO4的使用.另外，一种新的用异丁烯生产甲基丙烯酸甲酯的合成方法亦有报道[10].
再如美国Monscmto 公司用无毒无害的二乙醉胺原料，经过催化脱氢，开发了安全生产氨基二乙酸钠的工艺，改变了过去的以氮、甲醛和氢氛酸为原料的二步合成路线，并因此获得了1996年美国总统绿色化学挑战奖中的变更合成路线奖[11]。而我国也已研制成了光气的代替品----氯甲酸三氯甲酯（又名双光气BTC ）
3.1.2 可再生资源为原料
目前，95 以上的有机化学品都是从石油中提取加工而来的.但石油并非取之不尽，用之不竭的，是不可再生的资源.因此，除了考虑资源的有效合理的使用外，还应考虑利用可再生的生物资薄.用生物质(Biomass)作化学化工原料的研究受到人们的普遍重视，也是保护环境和实现可持续发展的一个长远和重要的发展方向，是绿色化学的重要研究方向之一.美国Taxas A&M 大学的Haltzapple 教授发展了一套用石灰处理和细菌发醉等技术，把废弃生物转化成动物饲料、工业化学品和燃料[12]，于是1996年美国总统绿色化学挑战奖中的学术奖就授予了Haltzapple 教授[13,14]。
从生物质淀粉和木质纤维素中提取蔗糖和葡萄糖作为化学化工原料，寻找高效酶催化
剂或仿酶催化剂，实现生物质大分子的选择性降解，Gross等利用生物合成方法，由多糖制造聚合物的研究工作在这方面开辟了一个新局面[15].Frost等应用生物合成技术，采用遗传工程获得的微生物为催化剂，以葡萄糖为起始物成功地合成了乙二酸[16].Bozell等人将木质素作为原料的化学品制造技术[17]； Lin等人开发的利用生物质制造氢气的技术[18]。还有美国Biofine公司发展了将废弃纤维素转化成已酰的新技术，产率达到70%-90%，原料可以是造纸废料、城市固体垃圾、废木料、农业残留物等。在我国，四川大学、中国科学技术大学、山东大学、中国科学院化学研究所等，在木质素降解方面的基础研究有望取得突破性进展[19]。
3.2 化学反应的绿色化
提高化学反应效率符合化学反应绿色化的要求，它包括以下两个方面:(1)原子经济性。原子经济性的反应有两个显著的优点，一是最大限度地利用了原料;二是最大限度地减少了废物的排放，减少了环境污染，是合成方法发展的趋势。 (2)反应的选择性。化学反应的选择性包括位置选择性、化学选择性和立体选择性。提高选择性不仅可以提高产物的收率、产品的质量和降低产品的经济成本，而且还可以减少对副产物的治理
3.2.1 原子经济反应
美国的 T rost在1991年首先提出了原子经济性(Atome conomy)的概念[20]，即原料分子中究竟有百分之几的原子转化成了产物.原子经济性可用原子经济率来衡量:原子经济率=预期产物的分子量/全部生成物的分子量总和x100%理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百地转变成产物，不产生副产物或废物，实现废物的“零排放”( Zero emission)开发新的原子经济反应已成为绿色化学研究的热点之一，这也是绿色化学的核心问题。
目前已有不少化工产品的生产采用原子经济反应，如钯催化蒽醌法制H202，丙烯氢甲酞化制丁醛、丁二烯和氢氰酸合成己二睛[21],再如利用钦一硅分子筛催化剂，将环己酮、氮、过氧化氢反应，可直接合成环己酮肪，取代先由氨氧化法制硝酸，然后硝酸根离子在铂、把贵金属催化剂作用下用氢还原出轻胺，最后经胺再与环己酮反应合成环己酮厉的复杂技术路线等。另外，有的基本有机原料的生产所采用的反应，已由二步反应，改成采用一步的原子经济反应，如环氧乙烷的生产，原来是通过氯乙醇法二步制备的，改为银催化剂后，乙烯直接氧化成环氧乙烷的原子经济反应:CH2=CH2+0.502 ——H2C-CH2，其原子利用率为100%，是绿色化学的典型工艺.BHC公司三步合成了一种广泛应用的消炎药ibuprofen，其原子经济率为80%(传统的过程包括六步，原子经济率为40%)，从而获得了1997年美国总统绿色化学挑战奖[22]。
3.2.2 化学反应的选择性
提高反应的选择性是实现化学反应绿色化的另一途径。尤其是烃类氧化，其反应的选择性尤为重要。由于烃类选择性氧化一般为强放热反应，目的产物大都是热力学上不稳定的中间化合物，在反应条件下很容易被进一步深度氧化为二氧化碳和水。其选择性是各类催化反应中最低的。所以控制氧化反应深度，提高目的产物的选择性始终是烃类氧化反应中最具挑战性的难题。一种新的氧化-还原模式提出，利用能还原的金属氧化物的晶格氧作为烃类氧化的氧化剂，反应是在没有气相氧分子的条件下进行的，可避免气相和减少表面深度氧化，从而提高反应的选择性。根据这种模式Dupont-Monsanto公司已成功开发丁烷晶格氧氧化制顺酐的提升管再生工艺，顺酐的收率提高到72%，未反应的丁烷可循环利用。此外工业上重要的邻二甲苯氧化制苯酐丙烯和丙烷氧化制丙烯腈均可进行晶格氧氧化反应的探索，一方面是根据不同的烃类氧化反应，开发选择性好、载氧能力强、耐磨强度好的新催化剂另一方面要根据催化剂的反应特点开发相应的反应器及工艺。
3.3 产品的绿色化
这是绿色化学的关键部分，可定义为利用化学结构一活性关系和分子改造去达到效能和
毒性之间的最优结果。它可以通过确定危害性的作用机理、消除毒性功能团、降低生物利用率、提高可降解性等方法与策略实现。例如，常被用做船的表面防垢剂的氧化三丁基锡，虽然对防污垢很有效，但在海水中的半衰期为9d，沉积时间为6-9月，并具有急性毒性、生物积累及使水生贝壳类动物的贝壳增厚等有害影响，所以使用受限制.Rohm & Haas公司开发的Sea-Nine海洋生物防垢剂[23]，降解的非常快，其在海水中的半衰期为1d，沉积时间为1h，而且生物积累几乎为零。因此，Rohm & Haas公司获得了1996年美国总统绿色化学挑战奖。另外美国Dow Agro Sciences LLCC(Dow Chemical Co. 子公司），由于开发了一种高选择性的对环境友好的杀虫剂而获得第四届美国总统绿色化学挑战奖[24]。
目前国外正大力研究环境友好化工产品,如新配方汽油和低硫、低芳柴油。在石油化工产品方面，对于严重破坏生态环境和污染环境的化工产品，都要求开发相应的对环境无害的替代品。国外已成功开发保护大气臭氧层的氟氯烃代用品和防止白色污染的生物降解塑料等。特别值得重视的是国外还在大力开发一些比现有产品对环境更友好人身更安全的化工产品，如新的海洋生物防垢剂、THPS杀菌剂、灭火制冷剂、二酰基肼杀虫剂等。可降解塑料、环境友好农药、绿色燃料、绿色涂料、CFCs替代物等等都是很有发展的绿色产品，随着技术的进步，越来越多的产品将会取代原来的对环境有害的产品，这是很令人鼓舞。
3.4 催化剂的绿色化
目前在许多化学反应化学工艺中，常采用氢氟酸、硫酸、三抓化铝、磷酸、三氟化硼等作为催化剂，这类酸催化反应都是在均相条件下进行的，在工业生产中存在对设备腐蚀较大，污染环境、危害人体撞康和社会安全等缺点。目前围绕催化剂的绿色化展开的研究主要有以下几个方面[25]：①仿酶催化剂②固体酸催化剂③水溶性有机金属配合催化剂及多相催化体系。
现在已开发出的绿色催化剂有：新型分子筛催化剂、固体酸烷基化催化剂、大孔硅铝磷酸盐沸石、MCM-22和MCM-56 新型沸石、Y型沸石、高度脱铝的丝光沸石或?沸石催化剂[26]。这些催化剂可以替代固体磷酸和AlCl3催化剂,还有一种生产线性烷基苯的固体酸催化剂替代了氢氟酸催化剂，改善了生产环境。近年来不断开发出新型高效的催化剂，如负载型磺酸盐/SiO2催化剂、固体酸催化剂等。英国一家化学公司成功地开发了一类新型“绿色”催化剂———Envirocat 环境安全催化剂，可以减少废物和危险性副产品的产生[27]。在酶催化方面，1984年Klibanov所开创了非水介质中酶的研究推动了酶在有机合成中的应用" 一些新的非水介质酶催化的手性合成在医药、食品、农药和其它特种材料的研制与生产中得到应用，展现出广阔的应用前景[28]。
3.5 溶剂的绿色化
溶剂在化学品生产过程中，广泛的用做反应分离的介质或用做清洗剂。在释放至环境或需处理的化学物质中，溶剂所占比重是大量的。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.因此改进传统的溶剂，采用环境无害的替代溶剂及开发无溶剂反应是绿色化学的任务。目前，各国化学家都在抓紧绿色溶剂的研究工作。一是寻找环境有毒溶剂的替代物，例如用甲苯作为安全溶剂取代可引起血中毒及白血病的苯[29,30]，用2，5—二甲基己烷代替过度接触会引起人神经中毒的正己烷[31]。二是开发无溶剂反应的新途径或是寻找环境无害可再生的溶剂。美国Las Alamos国家实验室开发的超临界CO2作为溶剂，在咖啡因除去、蛇麻子萃取、精油制造、废物萃取和加氢反应等方面的工作和Argonne National实验采用碳水化合物为原料合成高纯度的乳酸惭脂和其他乳酸脂的研究，就是环境友好溶剂的成功范例[32].
目前关于溶剂绿色化最热门的研究有以下两个方面：
一是采用超临界流体作化学合成中的溶剂.当二氧化碳被压缩成液体或超过其临界点(Tc=304.2k ,Pc=7.39MPa,pc=0.468g/mL)成为超临界液体时，它具有许多优良性能:无毒、
不可燃、价廉，而且可以使许多反应的速度加快或选择性增加.另外，在高分子聚合反应，酶转化和均相催化等许多场合中，超临界二氧化碳都已证明可以使用的性能超群的溶
剂.Tanke发现了超临界流体中的自由基卤化反应的选择性和收率优于常规体系[33]。DeSimome报道了在超临界流体中甲基丙烯酸的聚合比在有机卤化物溶剂中有显著的优越性[34]。Burk等人研究了环氧化合物的聚合、烯烃氧化和不对称加氢等化学过程，在超临界流体中不出现中间产物，比在常规溶剂中反应性能更好，尤其是不对称加氢反应[35]。Dow Co.已开发成功了采用超临界二氧化碳替代氟氯烃作为苯乙烯泡沫塑料包装材料的发泡剂[36].
国内在这方面的工作也有了一定的进展[19]，例如：中国科学院广州化学研究所在烯烃羰基化反应中使二氧化碳既作溶剂又作反应物的研究中，在丙烯酸自由基聚合反应中用二氧化碳作溶剂，通过链转移和交联剂控制聚合物相对分子质量及相对分子质量分布的研究中，均取得了理想的结果.该所研究了2,5-对二十烷基苯乙烯和丙烯酸的聚合反应，用二氧化碳作溶剂，四氢呋喃作共溶剂，得到了一些新的结果。
二是水作溶剂的两相催化法[13,37].在采用安全无害的溶剂方面，另一个重要的研究方面就是以水作溶剂的两相催化方法. 其中包括(1)有机金属类反应;(2)水相Lewis酸催化的反应；⑶固相反应。用水作溶剂避免了有机溶剂对环境的污染.例如，丙烯的氢甲酸化反应，传统方法是采用钻催化剂，在高压下进行反应，同时，产物与催化剂分离也较困难，钻还要造成一定的污染.但采用铐(Rh)和把(Pd)的水溶性配合物作催化剂进行两相反应，不仅克服了上述缺点，生成正构醛的选择也从90 提高98%。
3.6 化学设计的绿色化[14,19,37]
化学设计的绿色化指的就是计算机辅助的绿色化学设计。计算机辅助设计是绿色化学的又一特点.20多年前，Corey等和Bersohn就开始用计算机辅助设计合成路线.现在这个方法已经越来越成熟了.其做法是:(1)建立一个尽可能全的化学反应的资料库，利用计算机进行可能的化学反应的组合.(2)确定目标产物和可能采用的原料. (3)让计算机找出能生产目标产物的反应及所需原料，(4)以上一步的原料为目标产物再做搜寻，找出该目标产物的合成反应原料.......直到得出预定的原料.(5)比较各条可能的反应路线的经济技术性及环境效应，从中选出最佳途径。
这些年来沿着这个思路已经写成了许多程序.1997年在美国化学学会年会上，美国Brandeis大学的Hendrickson介绍了一个名为SYNGEN的教学软件，该软件的资料库现有约6000种原料分子，还可以加人更多新的.目前它正在美国环境保护署等一些学术和工业机构中使用，要得到真正实用的计算机辅助绿色化学设计软件，还需进行大量工作.首先，要把迄今已知的所有化学反应整理辅入资料库，该一程十分庞大;其次，要制定正确适用的评估程序也非易事，它既要能去除绝大多数不埋想的反应途径，又不能去掉有价值的反应途径。
3.7 合成技术的绿色化[14]
除上面说的六项研究进展之外，合成技术的绿色化也正在广泛的研究中。近年来的研究发现，要减少有毒有害物质的使用，采用一些特别的非传统化学方法，可获得多种环境效果，如催化等离子体方法、电化学方法、光化学方法等.有文献报道，采用催化等离子体方法一步合成燃料油的工艺，与传统的费一托合成工艺相比，改善了产品的选择性，降低了单位产品的能耗.电化学过程是新世纪洁净技术的重要组成部分.无需使用有毒有害试剂，而且还可以使反应在常温、常压下进行，所以，电化学方法在洁净合成中个有独特的魅力.自由基反应是有机合成中一类非常重要的碳一碳键形成反应，传统的实现自由基环化的方法是使用过量的三丁基锡烷.这样的过程不但原子使用效率低。而且锡试剂是有毒又难以除去的，会造成污染.采用维生素B12作催化剂进行电化学还原环化，就完全避免了传统方法的缺陷.维生素B12是天然的、无毒的、手性的，由它作催化剂进行电化学还原反应，产生自由基类中间体，从而实现温和条件下的自由基环化反应。
光和其他辐射方法也可革命性地改变传统过程，消除有毒有害物质的使用例如二嗯烷，氧或硫杂环己烷的传统开环反应要用重金属作催化剂，在一定试剂作用下才能进行，而Epling等人用可见光作为“反应试剂”直接使保护基团开环，避免了使用重金属造成的环境污染。
4 绿色化学化工新技术
4.1 催化技术[38]
现代化学工业中，最重要的成就都与催化剂的应用密切相关。1999年度美国“总统绿色化学挑战奖”中学术奖，授予Carnegie Mellon大学的T.J.Conllins教授，表彰他在过氧化氢氧化催化剂上所作的工作。正确地选用催化剂，不仅可以加速反应的过程，极大地改善化学反应的选择性和提高转化率，提高产品质量、降低成本，而且能从根本上减少或消除副产物的产生，减少污染，最大限度地利用各种资源，保护生态环境，这正是绿色化学研究所追求的目标。如文章中曾经叙述过的用分子筛、杂多酸等催化剂催化剂替代有害的液体催化剂，如HF、H2SO4等简化工艺流程，减少“三废”的排放量；在合成化学中采用择型的大孔分子筛作催化剂。例如Wagner 等[39]最近合成出具有10 元环和18 元环孔道交替排列的新沸石分子筛SSZ-35 和SSZ-44。在有机合成中采用生物催化法，减小对环境的污染[40]。在合成化学中，更多采用环境相容性的电催化过程[41]。在固定和移动能源中采用催化燃烧法，作为无污染动力[42]。合成酶应用于燃料和化工过程等等。
4.2 生物技术[41,43]
生物技术是当代科学的高新技术，生物化工被认为是21世纪最具有发展潜力的产业之一。生物技术在医药、食品、能源、冶金、化工、精细化学品的制造等方面具有广泛的应用。它的最大特点在于能充分利用生物质资源，节约能源，易于实现清洁生产，而且可以实现一般化工技术难以实现的化工过程，特别是具有光学活性的不对称化合物，如人工胰岛素、多肽化合物、抗菌素、干扰素、甾体激素类等药物的制备。
生物技术[44]主要包括：基因工程、细胞工程、酶工程和微生物工程。它们彼此相互渗透，相互交融。基因工程是生物技术的主导技术；细胞工程是生物技术的基础；酶工程是生物技术的条件；微生物细胞工程和生物化学工程是生物技术实现工业化，获得最终产品，转化为生产力的关键。生物技术在化学工业上应用很广。例如英国ICI公司以甲醇为原料，采用经过基因工程改造的嗜甲醇菌生产单细胞蛋白；Monsanto公司科研人员利用经过基因改造的细菌吸收玉米糖分，然后分泌出制造聚酯纤维所需的原料，由此生产的聚酯纤维质量比传统法高，污染少，生产成本低。
4.3 超声技术
超声在工业上的应用很早就被人们所认识，它在化学上的广泛应用和深入研究是在20世纪70年代以后才得以实现。特别是近10 多年来的一系列研究成果，促进了声学和化学的交叉渗透，导致一门新兴交叉学科———声化学的诞生[45]。声化学反应能改变反应的进程，提高反应的选择性，增加化学反应的速率和产率，降低能耗和较少废物的排放，因此声化学技术作为一种安全无害的“绿色技术”，在合成化学中具有广泛的应用[46]。例如利用超声强化电氧化辉钼矿能使其反应时间降低，钼的浸出率和电流效率都升高[47]。另外它还用于磁性材料的制备。
4.4 膜技术
膜技术作为一种迅速崛起的高新技术，对21世纪许多相关行业的科技进步和发展产生很大的推动作用。膜技术通常包括膜分离技术和膜催化技术。膜分离技术具有成本低、能耗少、效率高、无污染并可回收有用物质等优点；膜催化反应可以“超平衡”地进行，提高反应的选择性和原料的转化率，节省资源，减少污染。因此，膜技术是绿色化学的重要实用技术。
膜技术正广泛地应用于石油、化工、环保、能源、电子、轻工、食品、医药和生物工程等行业中，必将成为当代最有发展前景的高新技术产业之一。
膜分离技术所[48]利用的膜因其材料不同而被分为无机分离膜和有机高分子膜。无机分离膜是由无机材料如金属、金属氧化物、陶瓷、微孔玻璃、沸石、无机高分子材料等制成的膜。有机高分子分离膜是以纤维素类、聚酰亚胺类、聚砜类、聚烯烃类、硅橡胶类、含氟高分子、聚电解质等合成或半合成有机高分子材料制成的分离膜，是目前工业上应用最多、技术较为成熟的一类分离膜。膜分离技术是利用膜对混合物中各组分的选择性渗透的差异来实现分离、提纯和浓缩的新分离技术。目前已经成熟和不断研究开发出来的微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）、反渗透（RO）、渗析、电渗析（ED）、气体分离（GS）、渗透汽化（PV）、液膜分离（LM）、膜蒸馏（MD）等技术广泛应用于高纯水的制备、血液制品的精制、动植物蛋白的提取、生物活性组分的分离和浓缩、海水淡化、工业废水处理等
膜催化技术[49]是近年来在多相催化领域中出现的一种新技术。该技术是将催化材料制成膜反应器或将催化剂置于膜反应器中操作，反应物可选择性地穿透膜并发生反应，产物可选择性穿过膜而离开反应区域，有效地调节某一反应物或产物在反应器中的区域浓度，打破化学反应在热力学上的平衡状态，实现反应高选择性和提高原料的利用率。现在主要用于有机反应中[50]。
5. 绿色化学在化工行业的应用[51]
5.1 绿色化学中的石油工业
现代工业的快速发展，对于石油化工产品的需求大幅度增长，石油化工原料的结构变化，保护生态环境的严峻挑战，使得21世纪的石油化工技术将突破第一代石化技术的原料、工艺和设备等限制，应用绿色化学的原理，逐步实现石油化学工业的绿色化，这是可持续发展之必然。例如，用沸石催化剂替代三氯化铝生产乙苯、异丙苯；用离子交换树脂催化剂替代硫酸生产仲丁醇；不用光气生产聚碳酸酯、甲苯二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯；乙烯催化氧化制备乙酸；乙烷直接氧化生产乙醇；在硅铝磷酸盐分子筛催化作用下，甲烷两步转化生产乙烯等，这些被称为“第二代石化技术”，将在21世纪的绿色石油化工中发挥中坚作用。随着化石燃料的日渐枯竭，以生物质为原料通过生物工程技术转化为石油化工产品，越来越受到人们的关注和青睐。例如，己二酸是制造尼龙-66 纤维、聚氨基甲酸酯弹性纤维、增塑剂等的重要中间体。美国密执安州立大学J.W.Frost等开发出以纤维素和淀粉水解制得的葡萄糖为原料，经DNA 重组技术改进的微生物催化作用，将葡萄糖转化为己二烯二酸，再在温和条件催化加氢合成己二酸。该法原料易得，安全可靠，反应条件温和[52]。改善了目前工业上以石油中提取的苯为原料而引起的各种问题，是绿色化学的典型范例。J.W.Frost 等因此获得1998 年度美国“总统绿色化学挑战奖”的学术奖。
在中国，绿色钻井液、绿色完井液、绿色防垢剂等都以研制成功。另外中国石油化工集团公司根据市场与环保要求已经或正在开展绿色化学技术的研究工作，其中包括：分子筛合成乙苯、丙烯氨氧化制丙烯腈、以固体酸代替液体酸催化制十二烷基苯、非晶态合金加氢催化剂及应用[53]。
5.2 绿色化学中的造纸工业
造纸工业是我国环境污染最严重的产业之一，每年有毒有害废水的排放量高达5xl09t，约占全国废水总量的1/6,其中制浆黑液和漂白废水的总负荷占90%以上.为解决制浆造纸工业的污染问题，必须发展新的无(少)污染制浆技术[54]。如利用木素降解菌处理纤维原料，代替或部分代替污染严重的化学法制浆；另外天津轻工学院、华南理工大学等单位把纤维素酶应用于废纸脱墨和改性，木素酶用于漂白等方面进行了试验[55]，结果显示出它们具有良好的应用前景。
无污染漂白的技术是用不含抓的物质如O2、H2O2、O3等作为漂白剂对纸浆在中高浓条件下进行漂白，以代替目前我国造纸厂还在使用的严重污染环境的低浓纸浆氯化漂白和次氯酸盐漂白[56。1999 年美国总统绿色化学挑战奖的学术奖就授予了美国Carnegie Mellon大学的T.J.Collins 教授，他开发的TAML[Fe()]活化剂使H2O2在较低的温度下选择性漂白木浆，并能去除木质素残留物。
5.3 绿色化学中的纺织工业
2001年6月26日，诺维信公司荣获由美国环境保护署颁发的总统绿色化学挑战奖.该奖称诺维信公司为绿色化学领域内的技术革新者。由诺维信公司开发的酶法处理棉织物的加工工艺是用经济、环保工艺替代在纺织工业中普遍使用的化学制剂的一项创举。此次获奖的酶法加工工艺被称为生物精炼工艺，它使用的酶制剂3000 L可在非常温和的条件下对棉纤维进行处理。工厂试验证明，与传统氢氧化钠加工工艺相比较，生物精炼可减少对环境的损害，并在不损害棉纤维的同时节约水和能源[57]。
5.4 绿色化学中的皮革工业
我国是世界皮革出口大国，但由于大量生产皮革而付出了很大的代价[58]。所以对制革行业进行绿色化意义重大。制革行业的绿色化首先应对原料皮、废弃物妥善回收利用。多年来，国内外不断研究和寻找无毒、少毒的化工辅料及工艺技术，现已有产品问世和工艺技术推广应用；其次是研究和寻找无毒、少毒的化工辅料及工艺技术，如四川联合大学研制成功的Cr-Zr-Al异核配合鞣剂可解决软革松面和提高革的丰满性，废液中铬含量大大降低，目前仍是国内外皮化行业唯一商品化的异核多金属鞣剂；再次是工艺过程中的水、溶剂等资源的循环使用，尽可能减少二次污染。另外在制革中应用稀土的研究也是一条实现无铬裸制革的新途径[59]。
5.5 绿色化学中的农药工业
据联合国粮农组织调查，全世界每年被病虫害夺去的谷物收成为总产量的20%-40%，由此造成了巨大的经济损失。为了对付病虫害我们使用了化学农药.而化学农药的长期使用带来了许多问题，如昆虫产生抗药性并导致农药使用剂量的不断加大，农产品如粮食、水果、蔬菜中产生残毒，并由于生物富集作用而使以这些农作物为食物的野生和家养动物的残毒加大.经有关方面化验研究，一些农药品种已被证实有致癌、致畸和致突变的毒性.而全世界每年约有200万人因使用化学农药而中毒，其中大约有4万人死亡.针对化学农药日渐显出的种种弊病，一些国家很早就已经开始研制一系列选择性强、效率高、成本低、不污染环境、对人畜无害的生物农药.它包括微生物农药、生物化学农药、转基因生物农药和天敌生物农药.生物农药的最大优点就是对人畜安全，无毒害，无污染环境，只杀害虫，不杀害虫天敌，也不易产生抗性，是发展绿色农业的唯一选择.微生物农药是近年来国际农药界研究的热点.如今高效安全的农药品种在市场上渐唱主角" 在众多的新型农药中，生物农药可以说是绿色农药的首选，绿色农药分类主要包括生物农药，合成农药，光活化农药和化学信息农药。近年来，我国已经生产了一些植物源农药[60用于绿色食品生产中，如楝素、鱼藤酮，苦参碱和藜芦碱等，绝大部分植物源杀虫剂都具有对人畜安全，不污染环境，不易使害虫产生抗药性等优点。开发单一活性异构体农药或降低产品中无效、低效手性异构体的比例是当代农药生产的发展方向之一，如顺式氰戊菊酯和顺式氯氰菊酯的药效是氰戊菊酯和氯氰菊酯的4倍和2-3倍。
5.6 绿色化学中的能源工业[44]
能源是人类社会生存和发展的重要物质基础。目前，人类所用的能源主要是石油、天然气和煤。20世纪以来，人类对矿物能源的消耗一直呈指数增长，导致矿物能源的储量日趋枯竭。另外煤石油等能源的利用也带来了大气污染、酸雨、温室效应和臭氧层破坏等严重的环境问题。因此，开发新能源，发展绿色能源工业一直是世界各国政府和科技界极为关注的
重要问题。
针对能源枯竭的问题，现在各国真在大力开发如太阳能、水力能、海洋能、风能、生物质能等清洁能源。这些能源且这些能源基本上是可以再生的，如果合理地开发和利用，既可以替代相当部分的矿物能源，又可减少环境的污染。如今各国都在大力开发这类能源。我国目前有很多各类的发电站以利于此能量。如今美国已经有用玉米生产燃料酒精的实例，另外Texas A&M大学的M.Holtzapple教授利用废弃的生物物质经石灰消化处理，然后进行发酵，生产出有机化学品和燃料都是对生物质的利用。
除上面的自然能源之外，现在水中氢能也受到广泛的关注。从水提取氢能的研究已获得长足的进展:一种方法是通过电解水产生氢气。这种方法可以得到纯氢，但耗电量大，成本很高，难以推广。近年利学家又提出光解水制氢的方法，就是利用阳光的能量，在催化剂的作用下，发生光分解水的反应，从而得到氢气。这是一项新的科技成果。所用的催化剂如联吡啶等，能吸收阳光的光子并使其转化成能量，促使水发生分解反应。这种方法成本低，设备简单，日益受到州门的重视。此外，生物制氢的方法也受到人们青睐。科学家利用海水中的小球藻、固甸蓝藻等，在阳光照射下使水分解，从而得到氢气。有人用水加淀粉并在一种特殊菌的作用下也制得了氢气。这一方法可以使以淀粉为原料的生产废弃物得到充分利用[61]。
针对用煤石油二导致的污染问题，洁净煤技术也在广泛发展研究中。洁净煤技术可分为煤炭燃烧前、燃烧中和燃烧后的净化技术以及煤炭的转化技术。其中有常规技术、高新技术和某些尖端技术，如用等离子体或离子束脱硫脱硝等。煤的气化技术是洁净煤技术的重要组成部分，是煤炭转化的主要途径之一，能够减少用煤过程造成的环境污染[62]。我国在洁净煤技术方面主要开发了煤炭地下气化技术、工业型煤技术、水煤浆气化技术、煤液化技术、洁净煤联合循环发电技术、循环流化床洁净煤技术、煤炭废弃物的综合利用技术[63]等。
除上面讲的几个化工领域外，绿色化学还广泛应用于其他方面。
在涂料行业，由于涂料在生产和使用中释放的有机物仅次于交通，是城市主要空气污染源，而涂料常常在室内使用，与人们的日常生活更为密切。如今低或无溶剂的涂料得到很大的发展，其中主要包括低溶剂高固含量涂料、粉末涂料、辐射固化型涂料、水分散剂涂料和水基涂料[64]。
在染料行业，苯胺用途很广苯胺的生产用硝基苯为原料老生产工艺用铁粉做还原剂间歇操作产量低污染严重。而苯胺气相催化加氢新工艺即采用硝基苯气相催化加氢法制苯胺反应在气-固流化床中连续进行彻底消除了产生铁泥的来源三废排放量仅为传统方法的5%[65]。
在建筑行业，绿色建材已经广泛应用。如水性涂料（比如丙烯酸类乳胶漆）使用天然植物墙纸，供水管道使用HDPE、PP等树脂材料[66]。
在洗涤行业，含磷洗衣粉的带来的洗涤废水成为水污染的一大公害。1993年我国开始筹建绿色洗涤业，研制新型无磷洗衣粉，在各方努力下终于在1995年研制成功，高质量的无磷洗衣粉相继问世投产。与普通洗衣粉相比，无磷洗衣粉具有浓缩、低泡、易溶解、易漂洗的特点，最重要的是无磷、无毒、无公害、不污染水源和水域[67]。
在化肥行业，主要问题在于品种单一，氮磷钾比例失调，高效化肥和复合化肥有赖于进口，传统的氮肥和磷肥工艺能耗和物耗大。现在我国正致力于（1）研究开发绿色新工艺和新技术，有效利用不丰富的磷钾资源；（2）开发节能降耗的氮肥生产工艺和技术；（3）研究由工农业废弃物、污水、污泥制备缓释肥料；
在制药行业，大力提倡和发展“绿色化学制药工业”。开发新药物合成及现代化制药生产线的方法与技术；研究新制剂的给药系统及治疗试剂的靶向传递与可控释放。
在材料工业，针对难降解塑料制品造成的“白色污染”对水体、土壤和城市环境的危害而研究了可降解材料。可降解材料[68]主要包括生物降解型高分子材料、光降解型高分子材
料，以及光-生物双降解型高分子材料。目前人们已研究开发出许多可生物降解高分子材料。例如，聚羟基丁酸酯、透明质酸聚合物、壳聚糖及其衍生物、聚乳酸、聚酸酐、聚对二氧六环酮、聚乙烯醇、淀粉接枝共聚物、磷腈聚合物等，其中相当一部分可作为生物医学材料
6 结束语
绿色化学具有广阔的发展前景，难以对其未来发展趋势与研究动向作出准确而全面的预测。正如化学在不断发展一样，绿色化学将通过不断的改进、发展与创新而日益接近环境无害的目标。虽然对绿色化学未来的发展难以准确地预测，但根据以上介绍的知识，我们可以推断绿色化学在以下几方面的研究会比较活跃[69]:(1)合成新的、无毒无害的、高选择性的并使化学反应具有原子经济性的高效催化剂;(2)利用可再生生物质合成多种无污染的生物燃料;(3)开发无溶剂反应和无溶剂分离及提纯技术，如熔融态反应、等离子气体反应等;(4)发展可同时防止与解决污染问题的化学技术;(5)研究开发无害介质水中的化学反应;(6)超临界二氧化碳作为绿色溶剂的广泛利用;(7)对环境友好的绿色化学品设计中的计算机应用。利用大量实验数据进行综合分析，建立结构一活性关联的分子模型，为绿色化学品的设计提供保障;(8)开发新的原子经济性反应及提高已存在反应的原子经济性，奠定实现“零排放”绿色化学的基础。
21世纪绿色化学的进步将会证明我们有能力为我们生存的地球负责。绿色化学是对人类健康和我们生存环境所做的正义事业。
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专题讲座四环境保护与绿色化学 [考纲要求] １．了解氮氧化物、二氧化硫等污染物的来源、性质和危害，体会化学对环境保护的重要意义。２．了解化工生产过程中产生的“三废”对环境的危害，树立绿色化学的观念。３．原子经济性的概念和原子利用率的计算。 一、环境污染及其防治 １．环境污染 与化学相关的环境污染问题主要包括如下几个方面。一是大气污染问题：是指由空气中的颗粒物、硫的氧化物（SO２、SO３）、氮的氧化物（NO、NO２等）、CO、碳氢化合物、氟氯代烷等造成的污染（其中SO２、NO x主要来源于化石类燃料的大量使用）。大气污染的具体表现主要有：形成酸雨、酸雾；臭氧层空洞；光化学烟雾；室内空气污染（指家用燃料的燃烧、烹调、吸烟产生的CO、CO２、NO、NO２、SO２等，各种建筑材料和装饰材料释放出的甲醛、苯等有机物造成的污染等，其中CO与血红蛋白作用会使血液失去输氧能力，导致CO中毒）。二是水体污染：是指过量有害物质进入水中造成的污染。导致水体污染的物质主要有两大类，一类是重金属污染，如重金属Hg、Cd、Pb、Cr等进入水中形成的污染，这些重金属主要来自于化工、冶金、电子、电镀等排放的工业废水。另一类是植物营养物质污染：水中高浓度的N、P等植物营养物质，导致水体富营养化而形成的污染。它主要是由进入水中腐烂的含蛋白质的物质、含磷洗涤剂及大量使用磷肥造成的。三是固体废弃物造成的污染：主要是指生活垃圾、工业废料随意堆放造成的污染，目前最引人注意的是由塑料制品造成的白色污染及废旧电池造成的重金属污染。垃圾污染范围广泛，对环境及生物的不良影响途径多样。 思考：当今环境污染存在以下几方面问题：（用物质化学式或元素名称填写相关原因） （１）酸雨——形成原因主要是SO２和氮氧化合物。 （２）光化学烟雾——主要是氮氧化合物、碳氢化合物造成的。 （３）臭氧空洞——主要是氟氯代烷、氮氧化合物等的排放引起的。 （４）温室效应——主要是由于大气中CO２等的含量的不断增加造成的。 （５）白色污染——聚乙烯等难降解塑料的大量使用。 （6）赤潮——含磷洗衣粉的大量使用，工、农业及城市生活污水的任意排放。 ２．环境保护的措施 （１）工业废气携带颗粒物的回收利用。 （２）工业、生活污水经处理达标后排放，限制使用含磷洗涤剂。 （３）回收、限制难降解塑料，研制可降解塑料。 【例１】环境问题及解决措施 Ⅰ.臭氧层空洞 大气平流层中O２吸收紫外线可变成臭氧（O３），而冰箱中的制冷剂氟里昂在紫外线作用下分解出氯原子，氯原子能加速臭氧的分解，从而破坏平流层中的臭氧层。同样超音速飞机的尾气及发动机尾气中的NO也能加快O３的分解，反应式如下：NO＋O３―→NO２＋２O；NO２＋O―→NO＋O２。请你写出总的反应式：______________；其中NO的作用是______________和____________。 解析通过化学反应方程式的加和可以得到总的反应式：O３错误!O２＋O。通过第一个反应式可知NO作还原剂，由总反应式可知NO作催化剂。 答案O３错误!O２＋O 还原剂催化剂 Ⅱ.水源污染（富营养化）
思考题 第一章3 1、21世纪人类面临的4大问题是什么？ 2、人类面临的几大环境问题及其原因是什么？ 3、绿色化学定义的5个内涵是什么？ 4、绿色化学的内涵－5个R是什么？ 5、原子经济性是什么？ 6、绿色化学的5大任务是什么？ 7、绿色化学十二原则－Anastas原则的内容是什么？ 第二章4 1、简述化学工业与现代社会的关系。 2、化学工业的发展历史阶段及内涵。 3、环境友好的化学技术的含义是什么？ 4、生物质化工转化的主要内涵。 5、纤维素制乙醇的主要过程和技术难点。 6、简述催化技术的特点。 7、催化技术的进展主要在哪几个方面？ 第三章5 1、设计安全无毒化学品的一般原则是什么？ 2、设计安全无毒化学品的外部和内部效应原则是什么？ 3、设计安全无毒化学品的外部效应原则主要包括哪几个方面？ 4、设计安全无毒化学品的内部效应原则主要包括哪几个方面？ 5、设计安全有效化学品的方法主要有哪几种？ 6、化学品的致毒途径和根源。 7、化学品的吸收、分散和代谢。 8、含有那些化学结构的物质毒性较大？ 9、等电排置换设计。 第四章 9 1、硅-碳等电排置换法设计安全无毒化学品的原理是什么？ 2、设计可生物降解的化学品的重要性。 3、生物降解的细菌基础是什么？ 4、不易生物降解的化学结构有哪些？ 5、水生生物毒性定量构效关系构筑的常用物理性质有哪些？ 6、影响水生生物毒性的物理和化学因素有哪些？ 7、表面活性剂对水体和水生生物的危害？如何防止？
第六章11 1、绿色化学反应举例。 2、亚氨基二乙酸钠合成的新路线。 3、环氧丙烷生产方法有哪几种？各有何优缺点？ 4、合成己二酸和邻苯二酚的传统方法和新方法的原理和优缺点？ 5、绿色原料举例。 6、超临界CO2中的反应举例。 7、对比异布洛芬的新、旧合成路线，说明其技术创新的关键。 8、更安全的化学品举例，所得到的启示。 第七章17 1、高效均相和多相催化技术有哪几类？ 2、生物催化和仿生催化的优点。 3、酶的分类。 4、固定化酶技术的优点。 5、环境友好的溶剂中的有机反应。 6、固相合成对载体的基本要求。 7、不对称催化合成有哪几种方法？有何优缺点？
环境保护与绿色化学 摘要： 如今，我们的生存家园地球面临着越来越严重的环境危机，我们人类的生存环境正在日益恶化。现在全球公认的三大环境危机是酸雨，臭氧层空洞和温室效应。而正在继续破环环境的人类将面临什么样的挑战还未知。而绿色化学正是解决环境危机的重要手段之一。 关键词： 环境保护;绿色化学;意识提升 人类正面临有史以来最严重的环境危机，由于人口急剧的增加，资源的消耗日益扩大，人均耕地、淡水和矿产等资源占有量逐渐减少，人口与资源的矛盾越来越尖锐；环保问题就成为经济与社会发展的重要问题之一。作为国民经济支柱产业之一的化学工业及相关产业，在为创造人类的物质文明作出重要贡献的同时，在生产活动中不断排放出大量有毒物质，化学工业也为环境和人类的健康带来一定的危害。发达国家对环境的治理，已开始从治标，即从末端治理污染转向治本，即开发清洁工业技术，消减污染源头，生产环境友好产品。“绿色技术”已成为21世纪化工技术与化学研究的热点和重要科技前沿。 绿色化学又称绿色技术、环境无害化学、环境友好化学、清洁化学。绿色化学即是用化学及其它技术和方法去减少或消除那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂、试剂、产物、副产物等的使用和产生。 下面先给出绿色化学的12项原则（来自网络）： “1．防止——防止产生废弃物要比产生后再去处理和净化好得多。 2．讲原子经济——应该设计这样的合成程序，使反应过程中所用的物料能最大限度地进到终极产物中。 3．较少有危害性的合成反应出现——无论如何要使用可以行得通的方法，使得设计合成程序只选用或产出对人体或环境毒性很小最好无毒的物质。 4．设计要使所生成的化学产品是安全的——设计化学反应的生成物不仅具有所需的性能，还应具有最小的毒性。 5．溶剂和辅料是较安全的——尽量不同辅料（如溶剂或析出剂），当不得已使用时，尽可能应是无害的。 6．设计中能量的使用要讲效率——尽可能降低化学过程所需能量，还应考虑对环境和经济的效益。合成程序尽可能在大气环境的温度和压强下进行。 7．用可以回收的原料——只要技术上、经济上是可行的，原料应能回收而不是使之变坏。8．尽量减少派生物——应尽可能避免或减少多余的衍生反应（用于保护基团或取消保护和短暂改变物理、化学过程），因为进行这些步骤需添加一些反应物同时也会产生废弃物。9．催化作用——催化剂（尽可能是具选择性的）比符合化学计量数的反应物更占优势。10．要设计降解——按设计生产的生成物，当其有效作用完成后，可以分解为无害的降解产物，在环境中不继续存在。 11．防止污染进程能进行实时分析——需要不断发展分析方法，在实时分析、进程中监测，特别是对形成危害物质的控制上。 12．特别是从化学反应的安全上防止事故发生——在化学过程中，反应物（包括其特定形
第一章作业 简述：①温室效应及其与化学的相关性；②核冬天；③光化学烟雾及其化学本质；④酸雨；⑤生物多样性。 ①温室气体对来自太阳辐射的可见光（3.8～7.6nm，波长较短）具有高度的透过性——地球吸收热量，而对地球反射出来的长波辐射（如760nm~1mm的红外线）具有高度的吸收性——地球保持热量，也就是常说的“温室效应”，导致全球气候变暖。温室气体主要有二氧化碳、氮氧化物、卤代烃类等。 ②假设核爆炸后烟尘阻挡太阳辐射到达地面, 使地面气温降至-15～-25℃而形成类似冬天的严寒气候。当核爆炸时，直径小于1微米的烟尘微粒形成稳定的气溶胶，对太阳可见光辐射有较强吸收力，而对地面向外的红外光辐射的吸收力较弱，导致高层大气升温，地表温度下降。 ③光化学烟雾主要就是氮氧化合物与烃类物质在紫外线照射下，经过一系列复杂反应后形成的一种大气污染现象。光化学烟雾由一系列挥发性有机催化的化学反应产生的碳氢化合物、碳氧化合物、硫氧化合物、氮氧化合物、粉尘类物质等形成。光化学烟雾中通常含有高浓度的氧化剂，故又称为氧化性光化学烟雾。 ④酸雨是空气中的酸性气体随雨而下形成的。这些酸性气体主要来自于交通运输、发电家庭生活等燃烧化石燃料的过程，主要有SO. NO,等。人类活动排向大气的S02及其氧化产物SO3，在下雨时可能转化为亚硫酸、硫酸或亚硫酸盐、硫酸盐，No,则可能转化为硝酸、硝酸盐，再加上工业上排放的氣化氢等酸性物质构成了酸雨的主要成分。90%以上的酸雨是由人类排放的SO,和NO,生成的。酸雨对环境对生物体的危害是明显的，受酸雨污染后，湖水、河水将呈酸性(其pH 值可降至5.0以下)，水生生物将受到很大的威胁，甚至大量死亡。酸雨酒在植物上，植物叶子表皮将直接受到破坏，使植物生长受到妨碍甚至死亡。酸雨落到土壤中，钾、钙、磷等一类破性营养物质将被冲走，导致士壤肥力下降，影响作物生长。酸雨还严重腐蚀建筑物、车辆、电线和市政设施等，加快设施的老化，缩短使用寿命甚至造成严重的事故。 ⑤生物多样性是指地球上所有生物——植物、动物和微生物及其他物质构成的综合体。 它包括遗传的多样性、物种多样性和生态系统多样性三个组成部份。生物多样性是人类社会赖以生存和发展的基础。 在人类面临的健康问题面前，化学有何作为？ 尽管目前医学、医药业已经取得了很大的进步，但人类人面临各种不治之症的威胁。例如癌症、艾滋病、埃博拉等，目前仍无有效药物可以治疗，迫切需要有新的可治疗这些疾病的药物。面对衰老，人类仍然是束手无策，迫切需要发明延缓衰老、使人长生的新药。现在治疗某些疾病的药物，虽然有一定的疗效，大不少药物均有一定的副作用，迫切需要对其加以改进，或研究开发新的药物，以提高疗效减少副作用。人体对药物有抗性，一些在一定使其对某些疾病有疗效的药物，使用一段时间后就会在人体产生抗性，不再具有疗效，一次也
化学工艺学总复习题 1、化工生产过程一般可概括哪三大步骤？ P24 化工生产过程一般可概括为原料预处理、化学反应和产品分离及精制三大步骤。 2、化学工艺学的目的是什么？ P1 创立技术先进、经济合理、生产安全、环境无害的生产过程。 3、烃类裂解发生的基元反应大部分为自由基反应哪三个阶段？ P61链引发反应、链增长反应、链终止反应三个阶段。链引发反应是自由基的产生过程；链增长反应时自由基的转变过程，在这个过程中一种自由基的消失伴随着另一种自由基的产生，反应前后均保持着自由基的存在；链终止是自由基消亡生产分子的过程。 4、各族烃类的裂解反应难易顺序为？ P61正烷烃>异烷烃>环烷烃(六碳环>五碳环)>芳烃 5、三大合成材料是哪些？ 合成塑料、合成橡胶、合成纤维。 6、氨合成采用什么催化剂？各组分各有什么作用？ P197氨合成催化剂以熔铁为主，还原前主要成分是四氧化三铁，有磁性，另外添加Al2O3、K2O等助催化剂。为了降低温度和压力，在催
化剂中加入钴和稀土元素。 活性组分Fe3O4经还原后生成α-Fe，活性中心的功能是化学吸附氮分子，使氮氮之间的三键削弱，以利于加氢形成氨。 Al2O3是结构型助催化剂，它均匀地分散在α-Fe晶格内和晶格间，能增加催化剂的比表面，并防止还原后的铁微晶长大，从而提高催化剂的活性和稳定性。 K2O是电子型助催化剂，能促进电子转移过程，有利于氮分子的吸附和活化，也促进生成物氨的脱附。 SiO2的加入虽然有削弱催化剂碱性作用，但起到稳定铁晶粒作用，增加催化剂的抗毒性和耐热性等。 加入MgO能提高耐热性能和耐硫性，加入CaO能起助熔作用，使催化剂各组分易于熔融而形成均匀分布的高活性状态 7、影响化学平衡的因素有哪些？ P30 反应温度、压力、浓度、反应时间、原料的纯度和配比等。 8、烯烃裂解反应主要发生反应有哪些？ P56 1.断链反应 2.脱氢反应 3.歧化反应 4.双烯合成反应 5.芳构化反应
绿色化学催化剂应用 摘要：从有机功能小分子催化、高分子负载催化剂、新型过渡路易酸催化、生物质催化、离子液体和超临界流体为介质的催化来介绍有机合成中的一些绿色反应。 关键字：绿色，有机合成，催化 催化化学 催化化学对人类社会的发展和进步起着深远的影响，80 ％以上的传统化工过程都与催化作用有关。近年来随着人类对能源、环境和健康等问题的普遍关注，催化化学的作用和地位进一步获得了新的评价。因此，适当掌握一些关于催化剂及催化过程的知识是非常必要的。催化化学是一门面向化学类专业大学学生的一门学科。其目的主要是使学生了解催化化学的基础知识以及最新发展动向，通过学习，提高学生对化学和化工领域的环境友好的意识，为今后从事研究和开发打下良好的基础。学科内容主要包括：催化作用基础、催化剂的设计、制备和表征以及各种新兴催化技术在绿色化学、生物医药等领域的应用，如纳米技术、超临界流体技术和相转移催化等。 绿色化学 绿色化学的定义：是在化工产品生产过程中，从工艺源头上就运用环保的理念，推行源消减、进行生产过程的优化集成，废物再利用与资源化，从而降低了成本与消耗，减少废弃物的排放和毒性，减少产品全生命周期对环境的不良影响。绿色化工的兴起，使化学工业环境污染的治理由先污染后治理转向从源头上根治环境污染。 绿色化学被称为环境无害化学（Environmentally Benign Chemistry），由此
发展的技术称环境友好技术或洁净技术：即利用化学原理在化学品的设计、生产和应用中消除或减少那些对人类健康、社区安全和生态环境有毒有害物质的使用和生产，设计研究没有或只有尽可能少的环境负作用，在技术上和经济上可行的产品和化学过程。无论属于哪个学科，面对一项有利于人类社会的发展的新理论，都应该树立正确的态度和观念。所以，首先有必要解释清楚这些技术或科学理念的理论来源及前因后果、带来的益处、发展方向、积极意义、发展前景及发展方式等等。 绿色化学的研究内容及其实现方式 1、绿色化学研究的核心内容 绿色化学研究的核心内容是原子经济性这一概念最早是1991年美国Stanford大学的著名有机化学家Trost(为此他曾获得了1998年度的“总统绿色化学挑战奖”的学术奖)提出的，即原料分子中究竟有百分之几的原子转化成了产物。理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百地转变成产物，不产生副产物或废物，实现废物的“零排放”。他用原子利用率衡量反应的原子经济性，认为高效的有机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。绿色化学的原子经济性的反应有两个显著优点：一是最大限度地利用了原料，二是最大限度地减少了废物的排放。近年来，开发新的原子经济反应已成为绿色化学研究的热点之一。国内外均在开发钛硅分子筛上催化氧化丙烯制环氧丙烷的原子经济新方法。此外，针对钛硅分子筛催化反应体系，开发降低钛硅分子筛合成成本的技术，开发与反应匹配的工艺和反应器仍是今后努力的方向。 BHC工艺是一个典型的原子经济性反应，不但合成简单，原料利用率高，而且无需使用大量溶剂和避免产生大量废物，对环境造成的污染小。Boots工艺肟化法从原料到产物要经过4步反应，每步反应中的底物只有一部分进入产物，所用原料中的原子只有40%进入最后产品中。而BHC工艺只需3步反应即可得到产品布洛芬，其原子经济性达到77%，也就是说新方法可少产废物37%。如果考虑副产物乙酸的回收，BHC 合成布洛芬工艺的原子有效利用率则高达99%。 环氧乙烷的生产，原来是通过氯醇法两步制备，采用银催化剂后，改为乙烯直接氧化成环氧乙烷的原子经济性反应。而合成乙二醇二乙酸酯(EGDA)的经典
绿色化学与环境保护 一、环境污染及其防治 1．环境污染 (1)大气污染问题 大气污染是指由空气中的颗粒物、硫的氧化物(SO2、SO3)、氮的氧化物(NO、NO2等)、CO、碳氢化合物、氟氯代烃等造成的污染(其中SO2、NO x主要来源于化石类燃料的大量使用)。大气污染的具体表现主要有：形成酸雨、酸雾；臭氧层空洞；光化学烟雾；室内空气污染(指家用燃料的燃烧、烹调、吸烟产生的CO、CO2、NO、NO2、SO2等，各种建筑材料和装饰材料释放出的甲醛、苯等有机物造成的污染等；其中CO与血红蛋白作用会使血液失去输氧能力，导致CO中毒)。 (2)水体污染 指过量有害物质进入水中造成的污染。导致水体污染的物质主要有两大类，一类是重金属污染，如重金属Hg、Cd、Pb、Cr等进入水中形成的污染，这些重金属主要来自于化工、冶金、电子、电镀等排放的工业废水。另一类是植物营养物质污染：水中高浓度的N、P等植物营养物质，导致水体富营养化而形成的污染。它主要是由进入水中腐烂的含蛋白质的物质、含磷洗涤剂及大量使用的磷肥造成的。 (3)固体废弃物造成的污染 主要是指生活垃圾、工业废料随意堆放造成的污染。目前最引人注意的是由塑料制品造成的白色污染及废旧电池造成的重金属污染。垃圾污染范围广泛，对环境及生物的不良影响途径多样。 2．环境保护的措施 (1)工业废气携带颗粒物的回收利用。 (2)工业、生活污水经处理达标后排放，限制使用含磷洗涤剂。 (3)回收、限制难降解塑料，研制可降解塑料。 二、绿色化学 1．绿色化学有关概念 (1)核心：利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境造成的污染。又称为“环境无害化学”“环境友好化学”“清洁化学”。绿色化学的理想在于不再使用有毒有害的物质，不再产生废物，不再处理废物，这是一门从源头上减少或消除污染的化学。 (2)绿色化学的研究主要是围绕化学反应、原料、催化剂、溶剂和产品的绿色化开展的，因此化学反应及其产物具有以下特征： ①采用无毒、无害的原料；
《环境保护与绿色化学》说课稿 湖南省常德市汉寿县第五中学杨志刚 一、说教材 本节的教学要求不高，难度也不大，在教学中教师可根据具体情况自行设计活动形式。活动的宗旨是使每个学生都动起来，因此在教学中要设法调动学生的积极性，使他们主动参与，在活动中受到教育和启发，提高环境意识。由于本节内容较多，及所涉及的活动形式较新，为了说好教材，我从教学目标、教学重点、教学难点、教学内容四个方面进行说明。 1、教学目标 【知识目标】 1）了解造成环境污染的原因及环境污染的危害性。 2）了解环境保护的一般方法及处理工业尾气、废水、废渣的重要意义。 3）通过参与环境保护学习活动，学习一些环保知识，增强环境保护的意识。 4）了解绿色化学的核心是利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染。 【能力目标】 1）培养学生自主学习的能力，科研意识，思维能力和表达能力等。 2）培养学生组织活动、协作学习、与人交流、沟通等社会实践能力。 3）学会资料的收集、整理，培养学生从中获取有效信息的能力，培养学生将知识加工整合用于实践的能力。 【德育目标】 通过正确认识环境和环境问题，体会化学物质在美化人们生活的同时，也会带来负面效应，使学生认识到人类的行为与环境和谐的必要性，激励他们保护家园，积极投身环保，树立主人翁社会责任感。 2、教学重点 大气污染、水污染、土壤污染、居室污染的来源、危害及防治，本地环境状况的调查分析。 3、教学难点课前资料的收集与整理。 4、教材内容 将教学目标、教学内容课题化。教师在认真研究、分析教材后确定系列课题——大气污染（包括子课题酸雨、臭氧层破坏、温室效应）、水污染（重金属离子污染）、土壤污染、居室污染、本地环境状况调查，供学生选择。这样做可使全体学生都动起来，让其“有事能做”，“有事可做”，“有事愿做”。充分调动学生的积极性。 二、说教学方法和学法 “师生共同探究式”教学模式，这种模式中，师与生的关系是平等的。具体指在教师的指导和安排下，将学生分为几个小组，每一小组针对某一主题开展调查研究、收集资料、整理资料。也就是说本节课中教师的“教”，主要是在课外，而在课堂教学过程中，以班会的形式开展教学，教师留给了学生才华展现的机会。 三、说教学过程 ⒈资料准备
第五章绿色化学方法答案 1.什么是催化剂?为什么说催化剂在绿色化学中有十分重要的意义? 答：催化剂可以加快热力学上可能进行的反应的速率（合成氨中的Fe-K2O Al2O3），可控制反应产物化学物种的选择性（乙烯选择性氧化的不同催化剂：PdCl2-V配合物， Ag/ Al2O3，Ni），控制产物的立体规整结构(丙烯的聚合：氧气或过氧化物，Ziegler-Natta)，定向不对称合成旋光异构体(Ru手性膦配合物用于 2-（6-甲氧基－2萘基）丙烯酸+氢生产左旋二羟基苯并氨酸)，与温度控制化学物种选择性，与接触时间共同控制产物化学物种选择性（甲烷氧化生产合成气中的Ni / Al2O3 ），具有高度专一性，高选择性，高的反应物转化率和反应的原子经济性的特殊功能的分子机器。 催化科学和技术在绿色化学发展中有重要作用。在污染防治（减少和消除发电厂的废气以及汽车尾气中NOx的排放；减少挥发性有机溶剂的使用等；）活化新的反应原料，催化与反应过程的改善（乙醛的合成、对苯二酚的合成、羰基化合物的合成）等方面都有重要应用。 2.相比于传统的氧化剂，哪些是新型的绿色氧化剂？他们各有什么特点？ 答：传统的氧化剂有：NaClO, NaBrO, HNO3, KHSO3；CrO3, KMnO4, KCr2O7等，主要的缺点有：产生大量的盐废物，产生大量的废气和废水，产生大量的有毒有害的重金属离子。 新型的绿色氧化剂有： （1）O2：氧气是最清洁的氧化剂；受限于它的氧化条件，通常伴随有其它辅助性的氧化/还原剂 （2）H2O2：过氧化氢含有47%的活性氧成分，而且其还原产物为水，不会对环境造成污染；但过氧化氢比O2和O3都贵，且在室温条件可以分解。 （3）O3：臭氧也是一种对环境有好的氧化剂，它的还原产物O2，但O3通常需要特殊的发生装置 （4）N2O：N2O在参与氧化后的产物为N2，不对环境造成危害，但是N2O的合成比较复杂，成本较高 （5）晶格氧：可以在没有气相氧分子存在的条件下进行烃类的氧化反应，能大幅度提高烃类选择氧化的选择性，而且因不受爆炸极限的限制，可提高原料浓度， 时反应物容易分离回收，是控制深度氧化、节约资源和环境保护的有效催化新 技术。 3.化石资源作为化学化工原料有何优点？生物质作为化学化工原料又有何优点？ 答：（一）采用生物质作为化学化工原料的优点： （1）生物质可给出结构多样的产品材料，通常具有特定的立体结构和光学特征结构，使用者可在合成过程中利用这些已有的结构因素。 （2）生物质的结构单元通常比原油的结构单元复杂，如能在最终产品中利用这种结构单元结构的复杂性则可减少副产物的生成。 （3）由原油的结构单元衍生所得物质，通常是没有被氧化的，而在碳氢化合物中引入氧的方法是及其悠闲地，且常需要使用有毒实际（比如铬、铅等），造成环境 污染。 （4）增大生物质的使用量可以增长原油的使用时间，为可持续发展作出贡献。 （5）使用生物质可减少二氧化碳在大气中的浓度，从而减缓问世效应。 （6）化学工业使用更多的可再生资源可使本身在原料上更有保障。 （7）生物质资源比原油有更大的灵活性。 （二）生物质作为化学化工原料的缺点（及化石原料作为化学化工原料的优点） （1）在经济上还不具备竞争力。石油工业已相当成熟，从石油开采到从原油中提取出
环境污染治理中绿色化学技术的运用 摘要:论述了绿色化学的原理、研究现状，总结了绿色化学技术的应用进展。从大气污染、水污染和固体废物三方面论述了绿色化学技术在环境污染治理中的应用情况，并提出应用绿色化学技术来解决环境污染问题是环境保护的发展方向。工业、农业、日常生活等采用无毒、无害并可循环使用的物料，化学反应的绿色化，是从“本”治理环境污染的重要途径。 关键词:绿色化学；绿色技术；环境治理；化学技术 如何防治环境污染，以确保生态环境持久的平衡发展，是新世纪人类必须解决的重大课题。环境破坏问题主要表现为:大气污染，臭氧层破坏，全球变暖，海洋污染，淡水资源紧张和污染，土地退化和沙漠化，森林锐减，生物多样性减少，环境公害，有毒化学品和危险废物增多。在上述问题中，多数与化学或化工产品中的化学物质污染直接有关，少数问题也与其间接有关[1]。在这种形势下，一门新兴的化学——绿色化学应运而生。所谓绿色化学的是采用与环境友好的化学反应，最有效的利用原料，包括实质性地循环生产或重新利用物料及再生资源，最大限度的降低能耗，最充分地生产有用产品。它的特点是特别关注化学过程终结废弃物的控制，最大限度地减少排放与废物。 2.绿色化学概述 2.1绿色化学的定义 绿色化学是设计研究没有或只有尽可能小的环境负作用的、并在技术上、经济上可行的化学品或化学过程的学科。1995年美国环保局(EPA)在全美化学学会年会上，将绿色化学定义“设计出降低或消除有害物质的使用或产出的化学过程和化学产品”[3]。具体地说，绿色化学即是利用化学的技术和方法去减少或消灭那些对人类健康、环境安全和生态过程有害原料、催化剂、溶剂和试剂、产物和副产物等的使用和产生。绿色化学的目标是不再使用有毒、有害的物质，不再产生废物，不再处理废物。它是一门以源头上阻止污染的化学。 2.3绿色化学的特点 绿色化学被公认是解决世界环境污染的重要途径。与环境化学相比，有其哲学上的合理性和经济上的可行性。环境化学主要研究“末端”污染治理技术，而绿色化
第三章作业题答案 1、简答 人类避免有害化学品毒性的途径、生物放大（聚集）、化学品产生毒性的三要素、毒性载体（Toxicophore）和产毒结构（Toxicogenic）、Langmuir 电子等排同性质原理、软化学设计 答：（1）人类避免有害化学品毒性的途径主要有： i.让化学品不容易进入人的身体； ii.即使进入人体也不会影响生物化学和生理过程 （2）生物富集（Bioaccumulation）和生物放大（Biomagnification）即随食物 链向上一级进展，化学物质在组织中的浓度增大的现象； （3）化学品产生毒性的三要素：接触致毒、生物吸收致毒、固有毒性致毒 （4）毒性载体（Toxicophore）：物质的固有毒性是只有毒化学物质引起正常的细 胞性质改变的属性，通常由分子的部分结构引起，这部分结构通常称为“毒性载体”； （5）产毒结构（Toxicogenic）：有些物质没有直接的毒性，但由于其分子的特殊 结构，它能在代谢过程中转化为有毒的物质，这种结构特征称为“产毒”结构； （6） Langmuir 电子等排同性质原理：具有检测分子和电子特征的物质不管其结 构是否相似，通常都具有相似的物理性质和其他性质。Langmuir将这一现象称为电 子等排同物理性质现象 （7）软化学设计：它指的是，具有生理活性的、治疗上十分有用的，在人身体内 完成治疗作用后很快转化为无毒物质的药物，也称为“后代谢设计”。 2、设计安全有效化学品的外部效应原则的主要内容有哪些? 答：“外部”效应原则，主要是指通过分子设计。改善分子的与其在环境中的分布、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。通过分子结构设计，从而增大物质降解速率、降低物质的挥发性、减少分子在环境中的残留时间、减小物质在环境中转化为具体有害生物效应物质的可能性等均是重要的“外部” 效应原则的例子。另外，通过分子设计，从而降低或妨碍人、动物、水生生物对物质的吸收也是“外部”效应原则要面对的问题。 3、设计安全有效化学品的内部效应原则的主要内容有那些? 答：“内部”效应原则通常包括分子设计以达到以下目标：增大生物解毒性，避免物质的直接毒性和间接生物毒性或生物活化。增大生物解毒性包括把分子设计为本身是亲水性的或很容易与葡萄糖醛酸、硫酸盐或氨基酸结合，从而加速其从泌尿系统或胆汗中排出。要避免物质的直接毒性，就要把物质分子设计成无毒无害类化合物，或在分子中引入一些无毒功能团。 4、肠胃、肺和皮肤吸收的特点有哪些？如何通过改变分子性质避免其被吸收？
绿色化学在无机合成中的应用 摘要：绿色化学又称环境无害化学，是一门从源头上阻止污染的化学。它的核心内涵是在化学反应过程和化工生产中, 不再使用有毒、有害的物质，不再产生废物，不再处理废物。其研究内容主要是围绕化学原料、催化剂、溶剂、化学反应过程及工艺和产品的绿色化展开的。近年来，由于化学工业向大气、水和土壤等排放大量有毒、有害的物质, 因而大力研究与开发从源头上减少和消除污染的绿色化学是必不可少的，因此可以说21世纪的化学及化学工业必将以实现绿色化学为中心和目标。而作为一个多学科交叉的研究领域，绿色化学中有许多科学问题需要深入研究。在这里仅就我较熟悉的绿色化学在一般无机合成中的应用谈一下我的看法。 关键字：绿色化学无机合成应用 一、催化还原SO2到元素硫 SO 2是危害最为严重的大气污染物之一。因此，许多国家对SO 2 排放量的限 制都有严格规定，很多专家学者在从事脱硫基础与技术研究。Makansi等对已经工业化和正在被研究的烟气脱硫过程进行了综述。其中大多数是基于碱金属和碱 土金属的碱性化合物作为吸收剂，与烟气中的SO 2反应生成硫酸盐(如CaSO 4 )， 此过程的缺点是处理工艺繁复，处理设备占地面积大，烟气中的硫没有回收利用， 尤其存在二次污染问题；直接催化氧化SO 2到SO 3 ，再吸收制稀硫酸是一种可以 选择的方法(包括目前烟气脱氮脱硫一体化工艺的氧化脱硫部分)，但这种方法最终是液体产物，势必给操作运输带来不便，而且最大的缺点是消耗大量的资金去浓缩稀硫酸并存在严重腐蚀问题；其它以吸附再生为基础的脱除技术也正在开发之中，可是对于这些技术来说，要设计一整套过程来处理脱附时释放出来的SO 2 。 最好的处理SO 2方法是将SO 2 选择性还原为元素硫，可以克服上述方法的缺点。 根据所使用还原剂的不同，可分为H 2、炭、烃类(主要是CH 4 )、CO和NH 3 还原法。 1、H2还原法
《绿色化学与化工》教学指导 一说明 1、目的任务：本课程是是一门新兴的多学科交叉渗透学科，是化学、化工类专门人才拓宽知识面的重要选修课。通过本课程的学习，使学生掌握绿色化学与化工的基本概念、基本原理，了解化学、化工生产中的资源与能源合理利用及生态环境可持续性发展间的关系，达到开阔视野，拓宽知识面，便于学生从整体上认识化学学科，树立既保护环境又推动工业生产发展的新观念。同时使学生及时了解最新最热门的科学技术成果的研究进展以及国内外发展状况，为成为知识渊博、研究方向明确的高素质人才打下基础。 2、课程类别：限选课，自学课程 3、学分与总学时：学分：2学分总学时：34学时讲课（辅导）：4学时 4、学时分配 5、课程考核及成绩评定办法： 考查：自学笔记40％、读书报告或小论文30％、期终考查30％ 6、教材与参考书： 1、李德华．绿色化学化工导论．北京：科学技术出版社，2005 2、闵恩渍. 吴巍编著. 绿色化学与化工.北京：化学工业出版社,20004． 3、仲崇立. 绿色化学导论.北京：化学工业出版社, 2000 4、贡长生、张克立. 绿色化学化工实用技术.北京：化学工业出版社, 2002 5、沈玉龙、魏利滨、曹文华.绿色化学.北京：中国环境科学出版社, 2004 6、顾国维、何澄. 绿色技术及其应用.上海：同济大学出版社,1999
7、P.T.阿纳斯塔斯， J.C.沃纳.李朝军,王东.绿色化学理论与应用. 北京：科学出版社, 2002 二、课程教学内容和教学要求 第一章绪论 【教学要求】 了解绿色化学的产生、发展、重要性；掌握绿色化学的定义和特点。 【教学内容】 一、绿色化学的产生和发展； 二、绿色化学的定义和内容； 三、绿色化学——可持续性发展的必由之路。 【重点】 绿色化学的定义和内容 第二章绿色化学原理 【教学要求】 掌握绿色化学的12条基本原则；掌握原子经济性反应及绿色化学手段； 【教学内容】 一、原料绿色化； 二、化学反应原子经济性； 三、无害化学合成 四、绿色化学品 五、溶剂绿色化 六、提高能源效率 七、利用可再生资源为原料 八、减少化学合成的衍生步骤 九、开发新型催化剂 十、设计可降解化工产品 十一、预防污染的实时在线分析； 十二、防止化学事故发生的安全生产工艺。 【重点】
化学与环境保护 篇一：化学与环境保护论文 化学与环境保护 从环境保护出发，介绍了环境污染的现状、防治方法及我国环境污染防治取得的成绩，综述了绿色化学的定义、特点及研究内容。指出绿色化学是近年来国际上普遍提倡和开展的研究课题，绿色化学的发展能节约能源，减少环境污染，将成为可持续发展战略的核心内容。 人类在改造自然创造物质财富的进程中，特别是20世纪，随着有机化学工业的发展，石油、天然气生产的急剧增长，化工污染越来越突出，环境问题日趋严重。不可否认，环境科学的研究成果和化学知识的应用为推动人类的进步做出了巨大的贡献，化学及其制品已经渗透到人类生活、生产和国民经济的各个领域。但另一方面，由于只注意经济的发展而忽视了环境保护，污染环境和危害人类健康的事件接连发生。在水体方面，1956年。日本熊本县水俣湾被化工厂排放含汞废水污染，诱发水俣病，使一些人四肢麻木、精神失常、一会儿酣睡、一会儿兴奋异常，惨痛而死。而大气方面，有马斯河谷烟雾事件、多诺拉烟雾事件、伦敦烟雾事件。原因就是燃煤产生的二氧化硫转化成硫酸雾，导致人们胸闷、咳嗽、呕吐，年老体弱者因而死亡。环境污染给人类赖以生存的自然环境的可持续发展带来了巨大的威胁。如何保护我们赖以生存的自然环境，实现人与自然的协调发展，已经成为世界各国共同关注和思考的问题。
2.环境污染与治理 2.1水污染及治理 水是一切细胞和组织的重要成分，是构成自然界一切生命的重要物质基础，是名副其实的生命之源。由于人类大规模的生产活动，使某些有害物质进入水体，引起天然水体发生物理和化学上的变化，造成水污染。水污染按污染物质的类型可分为：病原体污染、需氧物质污染、植物营养物质污染、石油污染、热污染、有毒化学物质污染、无机物污染、放射性污染。 在水污染防治技术上，我国科技工作者通过不懈努力，取得了一定的成果。历时五年的“甲基汞污染综合防治与对策研究”取得可喜成果；“长江中下游浅水湖生态渔业研究”通过了专家鉴定；无磷洗衣粉的研制生产??为水资源保护与可持续利用做出了积极贡献。 2.2大气污染及治理 排放到大气中的污染物有二氧化硫、飘尘、氮氧化物、碳氢化物、一氧化碳、二氧化碳等。大气污染来源主要有三个方面：一是生活污染源，包括饮食或取暖时燃料向大气中排放的有害气体和烟雾；二是工业污染源，包括火力发电、钢铁和有色金属冶炼、各种化学工业给大气造成的污染；三是交通污染源，包括汽车、飞机、火车、轮船等交通工具的烟煤、尾气排放。人类活动导致全球大气层的主要变化及环境问题可以归结为三个方面：一是大气中温室气体的增加导致气候变化，二是大气臭氧层破坏形成臭氧层空洞，三是酸雨和污染物的越
1简答：绿色化学的目标、化学工作造成的危害、风险试剂、生物质的种类、可再生资源、原子利用率、环境商、环境因子 2为什么要大力发展绿色化学 3绿色化学及其与环境污染治理的异同 4什么是绿色化学品怎样设计安全的化学品 5举例说明原子经济反应是不产生污染的必要条件 6试论计算机辅助绿色化学合成路线设计的必要性和方法 7怎样在反应过程中使化学反应绿色化 8试论分析化学在绿色化学发展中的作为 9简述绿色化学12原则 1、简答：绿色化学的目标、化学工业造成的危害、风险试剂、生物质的种类、可再生资源、原子利用率、环境商、环境因子。 答：绿色化学的目标是：化学过程中不产生污染，即将污染消除与其产生之前。实现这一目标后就不需要治理污染，因其根本就不产生污染，是一种从源头上治理污染的方法，是一种治本的方法。 化学工业造成的危害：由于受传统发展观的影响，化学工业向环境排放了大量的污染物，一些化学品不佳节制地被滥用，给整个生态环境造成了非常严重的影响。当代全球十大环境问题中至少有7项与化学工业和化工产品的化学物质有关，在所有释放有毒有害物质的工业中，与化学工业相关的产业处于第一位，该行业排放的有的有害物质是处于第二位的冶金工业的4倍。许多物质排放到环境后会在环境中残留和积累，对环境造成破坏，另外，化工生产中的偶然事件也会对人类和环境造成突发性的影响。
风险试剂：绿色化学中所指的风险实际指的是氢氰酸 生物质的种类：生物质主要有来年各类，即淀粉和木质纤维素。玉米、小麦、土豆等是淀粉类的代表，农业废料（如玉米杆、麦苗杆等），森林废物和草类等是木质纤维素的典型代表。 可再生资源：指那些通过天然作用或人工活动能再生更新，而为人类反复利用的自然资源叫可再生资源，又称为更新自然资源，如土壤、植物、动物、微生物和各种自然生物群落、森林、草原、水生生物等。 原子利用率：原子利用率微目标产物的量（一般为质量）与按化学计量式多的所有产物的量的和之比，用原子利用率可以衡量在一个化学反应中，生产一定来那个的目标产物到底会生成多少的废物。 环境商（EQ）：环境商EQ定义为EQ=E*Q，式中E为环境因子，Q为根据废物在环境中的行为给出的废物对环境的不友好程度，用于评价一种合成方法、一个过程对环境的好坏。 环境因子：环境因子（E因子）定义为E=废物质量/目标产物质量。在这里，对于每一种化工产品而言，目标产物以外的任何物质都是废物。 2、为什么要大力发展绿色化学 答：A. 大力发展绿色化学是人类社会可持续发展的必然要求，一个世纪依赖，为满足人类社会和工业生产的需要，化学取得了十分辉煌的进步，创造了巨大的功绩，但是由于受陈旧的思想禁锢，化学工业给整个自然界带来了巨大的灾难，使地球的生物多样性和生态环境遭受巨大破坏，但是，我们都知道，离开了化学工业，人们的物质生活水平将手机大的限制，我们也不能再像以前一样只是靠转移生产地而解决我们所面临的殊多问题。我们既要为开创更加美好的生活而发展化学和化学工业，又不能让化学品生产过程和化学品破坏我们的环境。这就要求我们大力发展既能支撑经济发展，又能满足环境需要，以保证可持续发展的新的化学——绿色化学。 B. 发展绿色化学是科学技术和经济发展的需要。目前，各化学工业公
第10章绿色化学化工过程的评估 本章初步论述化学化工过程绿色化的评估方法，如何正确评估化学化工过程的“绿色性”，开发高效的绿色技术，这是实现可持续发展的一个具有重要意义的理论课题。但是迄今为止还没有形成一个统一的评判标准。 主要内容： 10.1绿色化学评估的基本准则 10.1.1绿色化学的12条原则 10.1.2绿色化学的12条附加原则 10.1.3绿色化学工程技术的12条原则 10.2生命周期评估 10.2.1生命周期评估的含义 10.2.2生命周期评估的步骤 10.2.3生命周期评估的用途 10.3绿色化学化工过程的评估量度 10.3.1化学反应过程的绿色化 10.3.2化学化工过程绿色化的评价指标 10.3.3绿色化学化工过程的评估实施 复习思考题 参考文献 10.1绿色化学评估的基本准则
10.1.1绿色化学的12条原则 绿色化学的目地就是利用化学原理和新化工技术从源头上预防污染物的产生，而不是污染物产生后的末端治理。为此，AnastasPT和WarnerJC提出了著名的绿色化学12条原则，作为开发绿色化学品和工艺过程指导。 10.1.2绿色化学的12条附加原则 为补充AnastasPT和WarnerJC的绿色化学原则，利物浦大学的确良Winterton N 提出了绿色化学的12条附加原则，以帮助、指导化学化工科技工作者进一步深入开发和完善实验室的研究成果，评估每一个工艺过程的相对“绿色性”。 10.1.3绿色化学工程技术的12条原则 （1）设计者要尽可能保证所有输入和输出的能量和材料是无毒、无害的。 （2）预防废物的生产比废物产生以后进行处理为好。 （3）产品分离和纯化操作应尽量减少能量和材料的消耗。 （4）设计的产品、工艺及其整个系统要使质量、能量、空间和时间效率最大化。 （5）设计的产品、工艺及所有系统应该是输出的“牵引”，而不是靠输入物质和能量的“推动”。 （6）当设计选择再生产、循环利用和其他有益的处理时，应对内在的复杂性有充分的研究和认识。 （7）设计方案的目标产物要强调耐久性，而不是永久性。 （8）设计方案应着重于满足需要，使过量最小化。 （9）减少复杂组成品中材料的多样性，尽量保存原料的价值。 （10）设计中应综合考虑可用原料和能源的相关情况，加强当地物质流和能量流的整合。 （11）产品、工艺及其所有系统的设计应考虑它们的使用功能结束后勤的处理和利用。
第二节化学与资源综合利用、环境保护 第二课时环境保护与绿色化学 教材分析 地位与作用： 本节课为人教版必修二第四章第二节，是高中化学必修模块的最后一节，以化学与可持续发展为主题，站在资源利用和环境保护这一角度，进一步阐明化学和人类可持续发展的关系，是上节内容进一步深化。人类从自然界获取全部的能源，其中的大多数属于不可再生的资源。人类要实现可持续发展的同时，不仅要注重资源开发，而且要做到资源的合理开发和利用，同时我们还应做好环境的保护。而化学不仅对资源的合理开发起到指导作用，同时在资源的综合利用以及环境保护方面也有重要意义。为此，教材在安排学习第一节内容之后，紧接着又安排了第二节内容，为的就是让学生在第一节课的学习基础上，通过这节课的学习增强环保意思，增强自身再扔，同时对“绿色化学”与可持续发展有一个全面的认识。 本课内容分两个主题，主题1首先是让学生在做社会调查和资料收集整理的基础上，意识到环境污染的严重性和环境保护的紧迫性，并让学生对常见的环境污染进行交流与讨论，找出相关污染的来源、危害及防治措施。主题2则建立在学生了解已有环境知识的基础上，在讨论中认识环境污染的预防（绿色化学）的相关知识与科学方法，从而逐步形成绿色化学的观念。 教学目标 ㈠、知识与技能 1. 了解当今存在的主要环境问题，知道环境污染的几种类型及防治，及其危害。 2. 能描述出绿色化学的含义，树立绿色化学的观念。 3. 通过环氧乙烷制备讨论，认识化学反应在制造新物质方面的作用以及新物质的合成对人类生活的影响。、 4.以酸雨的防治和无磷洗涤剂的使用为例，体会化学对环境保护的意义 ㈡、过程与方法： 1、通过收集、调查、发言，培养学生团结合作、科研实践、组织表达等能