绿色化学
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绿⾊化学绿⾊化学的定义及其特点绿⾊化学⼜称环境⽆害化学、环境友好化学、洁净化学。
利⽤现代科学技术的原理和⽅法,从根源上根除污染;研究环境友好的新原料、新反应、新过程、新产品,实现环境化⼯与⽣态协调发展;减少甚⾄消灭对⼈类健康、社区安全、⽣态环境的有害原料、催化剂、溶剂、助剂、产物、副产物的使⽤和⽣产。
特点:绿⾊化学是从源头上消除污染,促进⾃然⽣态系统的良性循环;绿⾊化学是要求合理利⽤资源和能源、降低⽣产成本、实现资源使⽤的“减量化、在再使⽤、再循环”,是发展循环经济的关键途径。
绿⾊化学的基本特点是:在获取新物质的转化过程中,充分利⽤每个原⼦,实现零排放。
1、绿⾊化学反应的主要任务寻找⽆害化学合成;尽量减少化学合成中得有毒原料和有毒产物;设计安全化学品;使化学品在被期望功能得以实现的同时,将其毒性降到最低;使⽤安全溶剂和助剂,尽可能不使⽤助剂采⽤⽆毒⽆害的溶剂代替挥发性有毒有机物作溶剂反应原⼦转化率⾼2、举例说明绿⾊化学的主要研究领域。
设计安全有效的⽬标分⼦:构效关系。
设计安全有效化学品主要包括如下两个⽅⾯的内容:①新的安全有效化学品的设计;②对已有的有效但不安全的分⼦进⾏重新设计。
寻找安全有效的反应原料,如:(1)⽤⼆氧化碳代替有毒有害的光⽓⽣产聚氨酯:RNH2 + CO2-> RNHCOOR1(2)亚氨基⼆⼄酸⼆钠的⽣产采⽤新⼯艺消除有毒氢氰酸的使⽤:HOCH2CH2NHCH2CH2OH + 2NaOH (铜催剂)=NaOOCH2CH2NHCH2CH2OONa + 4H2寻找安全有效的合成路线:要符合原⼦经济性原理。
要考虑到产品的性能优良,价格低廉,⼜要使产⽣的废物和副产物少,对环境⽆害,可利⽤计算机来进⾏辅助设计。
寻找新的转化⽅法:①催化等离⼦体⽅法;②电化学⽅法;③光化学及其他辐射⽅法;寻找安全有效的反应条件:(1)寻找安全有效地催化剂①活性组分的负载化②⽤固体酸代替液体酸;(2)寻找安全有效的反应介质①采⽤超临界流体作为反应介质②⽔作溶剂的两相催化法。
高中绿色化学的定义
高中绿色化学的定义
绿色化学,又称环境友好型化学,是一种以减少或消除化学工艺过程中对环境的负面影响为目标,将创新技术、环境技术和经济性结合起来,按照“绿色原则”,从资源节约、环境保护、能源利用和健康安全等多维度来进行化学生产的一种科学的思想和技术。
绿色化学的核心概念是采用有机化学、物理化学、生物技术等技术,通过优化工艺流程,利用发明、改进和重新评估的方法,减少能源消耗和环境污染,从而增加生产环节的效率,提高可持续发展水平的一种化学工艺。
其发展理论是基于资源的有效利用和再生,尊重自然系统的稳定性,提高可持续发展的能力,减少对环境和健康的负面影响。
- 1 -。
绿色化学的化学小知识绿色化学是指在化学合成和化学过程中,通过最大程度地减少化学污染和消除对环境和人类健康的危害,以及优化工业化学制程中资源利用效率的目标。
看似简单直接,实际上绿色化学是一门涉及多学科的综合性领域,需要我们在化学的基础上融合物理、生物、工程等学科的知识,来推动工业化学领域的可持续发展。
本文主要目的是介绍绿色化学的相关知识,并重点阐述如何在化学实验中应用这些知识来达到绿色化学的目的。
1. 绿色溶剂绿色溶剂是指对环境的影响较小的溶剂,它不仅对环境友好,而且可以在可持续的范围内进行再生和回收利用。
常见的绿色溶剂有:- 水:水是最常见的绿色溶剂,它无毒、无味、廉价、易得、易处理和易回收。
在化学实验中,水可以作为催化剂、反应物和溶剂等多种用途。
- 可生物降解性有机溶剂:比如环己烷、乙酸乙酯、甲醇等。
- 离子液体:离子液体具有较低的蒸汽压力、高的热稳定性、高的离子传导性、极佳的溶解性以及无毒的特点,在某些情况下,可以替代传统有机溶剂。
2. 绿色催化剂绿色催化剂在催化反应中使用,其优点是反应速率较快、化学选择性高、反应条件温和、生成少量或无废物。
催化剂本身不参与反应,也能进行循环使用,减少了废弃物的产生,因此是绿色化学中走向可持续的重要手段。
常见的绿色催化剂有:- 生物酶催化剂- 离子交换树脂催化剂- 针对特定反应的金属催化剂等3. 绿色反应条件绿色反应条件是指在保证反应产物质量的情况下,尽可能降低反应条件的压力、温度和反应时间等因素,从而减少废物的产生。
这些因素还影响到反应速率和选择性,因此在实际应用中需要根据反应体系进行调整。
4. 绿色合成绿色合成是指在减少环境和健康危害的前提下,利用可持续的资源来合成化学物质。
绿色合成的目标是节约能源、降低废物产生、提高反应体系的可持续性。
它需要考虑以下重点领域的知识:- 选择合成方法和反应条件。
从理论上来说,尽量选择合成过程中产生少量废弃物的方法和反应条件。
绿色化学研究内容
绿色化学是一种注重环境可持续性的化学研究领域,旨在开发和推广环境友好型的化学反应和化学产品。
其研究内容包括:
1. 可再生能源:绿色化学致力于开发利用可再生能源,如太阳能、风能和生物质能源等,来满足化学工业的能源需求。
2. 可降解材料:绿色化学研究开发可降解的塑料和材料,以减
少对环境的负面影响。
这些材料可以通过生物降解或可回收方式处理,减少塑料垃圾的积累。
3. 可持续合成方法:绿色化学致力于发展低能耗、高效率和无
废弃物产生的化学合成方法。
这些方法可以减少化学反应中的废物生成,降低能源消耗,并改善反应的选择性和产率。
4. 替代有害物质:绿色化学研究寻找和开发替代有害物质的化
学品和工艺。
这些替代品具有较低的毒性和环境影响,可以改善人体健康和环境质量。
5. 循环经济:绿色化学倡导循环经济的理念,即将废弃物转化
为资源。
研究内容包括开发废弃物的回收利用、废物利用和再利用,以减少资源浪费和环境污染。
6. 生物催化剂:绿色化学利用生物催化剂进行合成反应,以降
低反应条件和废物生成。
这些生物催化剂可以是酶、细胞或微生物等,具有高效率和高选择性。
7. 无机绿色化学:绿色化学还研究开发无机材料和反应的环境
友好型方法。
例如,通过绿色合成方法合成无机纳米材料,应用于能
源储存、环境污染治理和催化等领域。
总的来说,绿色化学的研究内容旨在通过创新的化学方法和技术,实现可持续发展和环境保护。
绿色化学的定义及其核心内容概述及解释说明1. 引言:1.1 概述绿色化学作为一种新兴的科学理念和方法,旨在通过最小化或消除对环境的危害,实现高效、可持续的化学反应和过程。
它注重资源的有效利用和废物的减少,以及对人类健康和生态系统安全的保护。
绿色化学关注的不仅是产品开发过程中各个环节的绿色改进,更重要的是将这种理念贯穿于整个化学产业链中。
1.2 文章结构本文主要分为五个部分进行论述,首先介绍了引言部分,接着阐述了绿色化学的定义及其背景起源。
接下来将详细讨论绿色化学的核心内容,包括原料选择与设计、反应条件优化与改进以及废物处理与资源回收利用等方面。
然后会探讨绿色化学在不同领域中的应用情况,包括化工行业、能源领域以及材料科学与工程领域。
最后,在结论部分总结了绿色化学的重要性和影响力,并对未来发展方向和挑战进行了展望。
1.3 目的本文旨在介绍和解释绿色化学的定义及其核心内容,并探讨其在不同领域中的应用情况。
通过对绿色化学的深入了解,可以更好地认识到它对环境保护和可持续发展的重要性,以及在实践中所面临的挑战。
同时,本文也希望能够为各个领域从事研究和应用的人员提供一定的参考和借鉴,促进绿色化学理念在工业界的广泛推广与应用。
2. 绿色化学的定义2.1 定义解释绿色化学是一种以最大限度减少环境污染、降低对可持续资源的需求、提高产品能源效率和安全性为目标的新型化学范式。
它旨在通过设计和开发环境友好型化学反应、原料和产品,推动可持续发展和生态平衡。
绿色化学强调的是整个生命周期的可持续性,包括原材料选择、合成过程优化、废物处理与资源回收利用。
2.2 背景和起源绿色化学的概念最早于1990年由美国化学家Paul T. Anastas和John C. Warner提出,并于2001年正式被美国化学会(ACS)采纳并广泛传播。
绿色化学的起源是为了回应传统化工行业带来的巨大环境压力及其对人类健康和生态系统造成的威胁。
这一新颖理念促使科学家们重新思考传统有机合成方法,优先考虑可再生资源利用、无毒无害物质使用以及工艺条件优化。
绿色化学的定义及特点
绿色化学是一种以最小化或消除对环境和人类健康的危害为目
标的化学方法和原则。
它强调通过减少或消除有毒、有害的化学物质的使用,改进化学过程,以及促进资源的可持续利用来降低对环境的负面影响。
绿色化学的特点包括以下几个方面:
1. 原料的选择:绿色化学更倾向于使用可再生原料,如植物提取物和可持续资源。
与传统的化学方法相比,绿色化学更加注重原料的可再生性和资源的可持续性,以减少资源的消耗和环境的破坏。
2. 反应条件的优化:绿色化学强调在反应过程中减少能量和溶剂的使用。
通过合理设计反应条件,如降低温度和压力,可以降低对能源的需求并减少废弃物的生成。
3. 废物的减少:绿色化学追求最小化或消除废物的生成。
通过合理设计反应过程,可以减少副产物的生成,并优化催化剂的选择和再生,以最大程度地减少废物的排放。
4. 可再生能源的利用:绿色化学鼓励使用可再生能源,如太阳能和风能,以替代传统化学工艺中常用的化石燃料。
这有助于减少温室气
体的排放和对有限资源的依赖。
5. 产品的设计:绿色化学考虑产品的整个生命周期,从设计、制造、使用到废弃,以最大程度地降低对环境的影响。
它鼓励开发可再生、可降解和可回收利用的产品,以减少对环境的负面影响。
通过采用绿色化学原则,我们可以实现创新的化学过程和产品,减少环境和人类健康的风险,实现可持续发展。
绿色化学在各个领域都有应用,包括制药、农业、能源和材料等,它是实现可持续发展的关键之一。
绿色化学的理念一、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。
它是利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染,反应物的原子全部转化为期望的最终产物。
二、绿色化学的主要理念1. 预防污染- 传统化学注重在污染产生后进行治理,而绿色化学强调在化学反应和化学工艺过程中就预防污染的产生。
例如,在化工生产中,选择合适的反应原料、反应条件和反应路线,避免或减少副产物和废弃物的生成。
例如,在合成某种有机化合物时,如果有多种合成路线可供选择,应优先选择那些原子利用率高、产生废弃物少的路线。
2. 原子经济性- 原子经济性概念是绿色化学的核心内容之一。
原子经济性是指反应物中的原子有多少进入了产物中。
理想的原子经济性反应是原料分子中的原子百分之百地转变成产物,不产生副产物或废弃物。
例如,加成反应一般具有较高的原子经济性,如乙烯与溴的加成反应CH_2 = CH_2+Br_2→CH_2BrCH_2Br,反应物的原子全部转化为产物。
而传统的以苯为原料生产苯胺的反应,经过多步反应,原子利用率低,产生大量废弃物。
3. 使用安全的反应物和反应条件- 在绿色化学中,尽量选择无毒或低毒的反应物。
例如,在涂料生产中,传统的有机溶剂型涂料含有大量挥发性有机化合物(VOCs),对环境和人体健康有害。
现在越来越多地采用水性涂料,其以水为溶剂,大大减少了对环境的污染和对人体健康的危害。
- 反应条件也应尽可能温和。
高温、高压、强酸碱等苛刻的反应条件不仅对设备要求高,而且容易产生安全隐患并造成环境污染。
例如,一些酶催化反应在常温常压下就能进行,且具有很高的选择性,是绿色化学中理想的反应类型。
4. 设计安全化学品- 设计出对人类健康和环境危害小的化学品。
例如,在农药研发方面,传统的有机氯农药如DDT,虽然在防治害虫方面有一定效果,但由于其化学性质稳定,在环境中难以降解,会通过食物链富集,对生态环境和人类健康造成严重危害。
1、绿色化学的定义:绿色化学(Green Chemistry),又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学等。
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。
绿色化学的特点:绿色化学的特点主要体现在“5R ”上:(这一小问,是否可直接写5R就行?)减量——Reduction 是从省资源、无污染、零排放角度提出的。
重复使用——Reuse 是指实际工业生产中,能多次使用的物质应该不断重复使用。
重复使用不仅是降低成本的需要,更是减废的需要。
回收——Recycling 是指对工业生产过程中与产品无关的物质或生活废弃物进行全面的回收。
回收可以有效实现 “ 省资源、少污染、减成本”的要求。
再生——Regeneration 再生包括废旧物质的再生利用,也包括可再生能源、原材料的利用等。
再生是变废为宝、节省资源、减少污染的有效途径。
拒用——Rejection 拒绝使用是实现生产、生活绿色化的最根本办法。
一方面,是指拒绝使用非绿色化的工业产品、食品、生活用品等,另一方面是指对一些有毒、有害,无法替代,又无法回收、再生和重复使用的原料及辅助原料等,拒绝在生产过程中使用。
绿色化学与环境化学和环境治理的区别:绿色化学不同于环境化学。
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。
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。
而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。
绿色化学是在始端就采用实现污染预防的科学手段,因而过程和终端均为零排放或零污染。
它研究污染的根源——污染的本质在哪里,它不是去对终端或过程污染进行控制或进行处理。
2、原子经济性:高效的化学反应应最大限度地利用原料分子的每一个原子,使之结合成目标产物,达到零排放。
绿色化学定义的9个概念绿色化学定义的9个概念绿色化学是一种可持续发展的化学思维方式,旨在降低化学过程对环境的不良影响。
以下是绿色化学定义的9个关键概念:1. 预防性•绿色化学致力于通过设计和选择更环保的化学产品和过程,避免产生对人类健康和环境造成危害的物质。
2. 原子经济性•这个概念强调最大限度地利用化学反应中的原子,减少废物和副产物的生成。
绿色化学倡导高效利用原料,提高反应产率。
3. 低毒性•绿色化学追求使用对人体和环境影响较小的化学物质。
通过设计更安全的化合物,可以减少有毒物质的生成和使用。
4. 可降解性•绿色化学鼓励使用可降解的化学物质,即使它们进入环境中,也可以在合理的时间内分解为无害的物质。
•这一概念强调在化学过程中降低能源消耗。
绿色化学倡导使用低能量反应条件、高效催化剂和可再生能源。
6. 使用可再生原料•绿色化学鼓励使用可再生原料,如生物质、可再生能源和废弃物。
这有助于减少对有限资源的依赖。
7. 无催化剂或选择性催化•绿色化学旨在减少或消除对有害催化剂的使用。
如果需要使用催化剂,选择具有高效选择性的催化系统,以减少废物的生成。
8. 设计安全•绿色化学倡导设计更安全的化学物质和过程,以减少事故和损害的风险。
这包括防止化学物质的泄漏、爆炸和有害气体的释放等。
9. 普适性•绿色化学的目标是为各个领域的化学过程提供普适的解决方案,无论是在农业、医药、材料科学还是能源等方面。
以上是绿色化学定义的9个关键概念。
通过遵循这些概念,我们可以推进绿色化学的发展,实现可持续发展的化学产业。
绿色化学定义的9个概念涵盖了预防性、原子经济性、低毒性、可降解性、节能、使用可再生原料、无催化剂或选择性催化、设计安全和普适性。
通过遵循这些概念,我们可以在化学领域实现更环保、可持续的发展。
绿色化学不仅对化学产业有积极影响,也对其他领域的可持续发展起到重要作用。
通过预防性思维,我们可以避免使用对人类健康和环境有害的物质;原子经济性可以减少废物和副产物的生成,提高反应效率;低毒性和可降解性可以降低化学物质对环境的影响;节能和使用可再生原料可以减少能源消耗和对有限资源的依赖;无催化剂或选择性催化可以减少对有害催化剂的使用;设计安全可以减少化学事故的发生;普适性可以为各个领域提供绿色化学的解决方案。
绿色化学是什么意思有什么重要性绿色化学是研究利用一套原理在化学产品的设计、开发和加工生产过程中减少或消除使用或产生对人类健康和环境有害物质的科学,以下是由店铺整理关于什么是绿色化学的内容,希望大家喜欢!绿色化学的简介按照美国《绿色化学》(GreenChemistry)杂志的定义,绿色化学是指:在制造和应用化学产品时应有效利用(最好可再生)原料,消除废物和避免使用有毒的和危险的试剂和溶剂。
而今天的绿色化学是指能够保护环境的化学技术、它可通过使用自然能源,避免给环境造成负担、避免排放有害物质、利用太阳能为目的的光触媒和氢能源的制造和储藏技术的开发,并考虑节能、节省资源、减少废弃物排放量。
绿色化学又称“环境无害化学”、“环境友好化学”、“清洁化学”,绿色化学是近十年才产生和发展起来的,是一个“新化学婴儿”。
它涉及有机合成、催化、生物化学、分析化学等学科,内容广泛。
绿色化学的最大特点是在始端就采用预防污染的科学手段,因而过程和终端均为零排放或零污染。
世界上很多国家已把“化学的绿色化”作为新世纪化学进展的主要方向之一。
绿色化学的重要性传统的化学工业给环境带来的污染已十分严重,目前全世界每年产生的有害废物达3亿吨~4亿吨,给环境造成危害,并威胁着人类的生存。
化学工业能否生产出对环境无害的化学品?甚至开发出不产生废物的工艺?有识之士提出了绿色化学的号召,并立即得到了全世界的积极响应。
绿色化学的核心就是要利用化学原理从源头消除污染。
绿色化学给化学家提出了一项新的挑战,国际上对此很重视。
1996年,美国设立了“绿色化学挑战奖”,以表彰那些在绿色化学领域中做出杰出成就的企业和科学家。
绿色化学将使化学工业改变面貌,为子孙后代造福。
迄今为止,化学工业的绝大多数工艺都是20多年前开发的,当时的加工费用主要包括原材料、能耗和劳动力的费用。
近年来,由于化学工业向大气、水和土壤等排放了大量有毒、有害的物质。
以1993年为例,美国仅按365种有毒物质排放估算,化学工业的排放量为30亿磅。
绿色化学的进展绿色化学又称环境无害化学(Environmentally Benign Chemistry)、环境友好化学(Environmentally Friendly Chemistry)、清洁化学(Clean Chemistry)。
绿色化学即是用化学的技术和方法去减少或消灭那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物等的使用和产生。
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。
它是一门从源头上阻止污染的化学。
1 绿色化学的重要性迄今为止,化学工业的绝大多数工艺都是20多年前开发的,当时的加工费用主要包括原材料、能耗和劳动力的费用。
近年来,由于化学工业向大气、水和土壤等排放了大量有毒、有害的物质,以1993年为例,美国仅按365种有毒物质排放估算,化学工业的排放量为30亿磅。
因此,加工费用又增加了废物控制、处理和埋放,环保监测、达标,事故责任赔偿等费用。
1992年,美国化学工业用于环保的费用为1150亿美元,清理已污染地区花去7000亿美元。
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。
所以,从环保、经济和社会的要求看,化学工业不能再承担使用和产生有毒、有害物质的费用,需要大力研究与开发从源头上减少和消除污染的绿色化学。
1990年美国颁布了污染防止法案,将污染防止确立为美国的国策。
所谓污染防止就是使得废物不再产生,不再有废物处理的问题。
绿色化学正是实现污染防止的基础和重要工具。
1995年4月美国副总统Gore宣布了国家环境技术战略,其目标为:至2020年地球日时,将废弃物减少40~50%, 每套装置消耗原材料减少20~25% 。
1996年美国设立了总统绿色化学挑战奖。
这些政府行为都极大地促进了绿色化学的蓬勃发展。
另外,日本也制定了新阳光计划,在环境技术的研究与开发领域,确定了环境无害制造技术、减少环境污染技术和二氧化碳固定与利用技术等绿色化学的内容。
总之,绿色化学的研究已成为国外企业、政府和学术界的重要研究与开发方向。
这对我国既是严峻的挑战,也是难得的发展机遇。
2 绿色化学的研究进展近年来,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,如下图所示:根据上述主线,本文评述了近年来绿色化学的一些主要研究进展。
2.1 开发“原子经济”反应Trost在1991年首先提出了原子经济性(Atom economy)的概念,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”(Zero emission)。
对于大宗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。
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,原来是通过氯醇法二步制备的,发现银催化剂后,改为乙烯直接氧化成环氧乙烷的原子经济反应。
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。
EniChem 公司采用钛硅分子筛催化剂,将环己酮、氨、过氧化氢反应,可直接合成环己酮肟,取代由氨氧化制硝酸、硝酸离子在铂、钯贵金属催化剂上用氢还原制备羟胺、羟胺再与环己酮反应合成环己酮肟的复杂技术路线,并已实现工业化。
另外,环氧丙烷是生产聚氨酯泡沫塑料的重要原料,传统上主要采用二步反应的氯醇法,不仅使用危险的氯气,而且还产生大量含氯化钙的废水,造成环境污染。
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。
在已有的原子经济反应如烯烃氢甲酰化反应中,虽然反应已经是理想的,但是原用的油溶性均相铑络合催化剂与产品分离比较复杂,或者原用的钴催化剂运转过程中仍有废催化剂产生,因此对这类原子经济反应的催化剂仍有改进的余地。
所以近年来开发水溶性均相络合物催化剂已成为一个重要的研究领域。
由于水溶性均相络合物催化剂与油相产品分离比较容易,再加以水为溶剂,避免了使用挥发性有机溶剂,所以开发水溶性均相络合催化剂也已成为国际上的研究热点。
除水溶性铑-膦络合物已成功用于丙烯氢甲酰化生产外,近年来水溶性铑-膦、钌-膦、钯-膦络合物在加氢二聚、选择性加氢、C—C键偶联等方面也已获以上烯烃氢甲酰化制备高碳醛、醇的两相催化体系的新技术国外得重大进展。
C6正在积极研究。
以上可见,对于已在工业上应用的原子经济反应,也还需要从环境保护和技术经济等方面继续研究,加以改进。
2.2 提高烃类氧化反应的选择性烃类选择性氧化在石油化工中占有极其重要的地位。
据统计,用催化过程生产的各类有机化学品中,催化选择氧化生产的产品约占25%。
烃类选择性氧化为强放热反应,目的产物大多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。
这不仅造成资源浪费和环境污染,而且给产品的分离和纯化带来很大困难,使投资和生产成本大幅度上升。
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选择氧化研究中最具挑战性的难题。
早在40年代,Lewis等就提出烃类晶格氧选择氧化的概念,即用可还原的金属氧化物的晶格氧作为烃类氧化的氧化剂,按还原-氧化(Redox)模式,采用循环流化床提升管反应器,在提升管反应器中烃分子与催化剂的晶格氧反应生成氧化产物,失去晶格氧的催化剂被输送到再生器中用空气氧化到初始高价态,然后送入提升管反应器中再进行反应。
这样,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的深度氧化反应,从而提高反应的选择性,而且因不受爆炸极限的限制可提高原料浓度,使反应产物容易分离回收,是控制氧化深度、节约资源和保护环境的绿色化学工艺。
根据上述还原-氧化模式,国外一家公司已开发成功丁烷晶格氧氧化制顺酐的提升管再生工艺,建成第一套工业装置。
氧化反应的选择性大幅度提高,顺酐收率由原有工艺的50mol%提高到72 mol%,未反应的丁烷可循环利用,被誉为绿色化学反应过程。
此外,间二甲苯晶格氧氨氧化制间苯二腈也有一套工业装置。
在Mn、Cd、Tl、Pd等变价金属氧化物上,通过甲烷、空气周期切换操作,实现了甲烷氧化偶联制乙烯新反应。
由于晶格氧氧化具有潜在的优点,近年来已成为选择氧化研究中的前沿。
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。
关于晶格氧氧化的研究与开发,一方面要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材料;另一方面要根据催化剂的反应特点,开发相应的反应器及其工艺。
2.3 采用无毒、无害的原料为使制得的中间体具有进一步转化所需的官能团和反应性,在现有化工生产中仍使用剧毒的光气和氢氰酸等作为原料。
为了人类健康和社区安全,需要用无毒无害的原料代替它们来生产所需的化工产品。
在代替剧毒的光气作原料生产有机化工原料方面,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。
在特殊的反应体系中采用一氧化碳直接羰化有机胺生产异氰酸酯的工业化技术也由Manzer开发成功。
Tundo报道了用二氧化碳代替光气生产碳酸二甲酯的新方法。
Komiya研究开发了在固态熔融的状态下,采用双酚A和碳酸二甲酯聚合生产聚碳酸酯的新技术,它取代了常规的光气合成路线,并同时实现了两个绿色化学目标。
一是不使用有毒有害的原料,二是由于反应在熔融状态下进行,不使用作为溶剂的可疑的致癌物—甲基氯化物。
关于代替剧毒氢氰酸原料,Monsanto公司从无毒无害的二乙醇胺原料出发,经过催化脱氢,开发了安全生产氨基二乙酸钠的工艺,改变了过去的以氨、甲醛和氢氰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。
另外,国外还开发了由异丁烯生产甲基丙烯酸甲酯的新合成路线[16],取代了以丙酮和氢氰酸为原料的丙酮氰醇法。
2.4 采用无毒、无害的催化剂目前烃类的烷基化反应一般使用氢氟酸、硫酸、三氯化铝等液体酸催化剂,这些液体催化剂的共同缺点是,对设备的腐蚀严重、对人身危害和产生废渣、污染环境。
为了保护环境,多年来国外正从分子筛、杂多酸、超强酸等新催化材料中大力开发固体酸烷基化催化剂。
其中采用新型分子筛催化剂的乙苯液相烃化技术引人注目,这种催化剂选择性很高,乙苯重量收率超过99.6%,而且催化剂寿命长。
另外,国外已开发几种丙烯和苯烃化异丙苯的工艺,采用大孔硅铝磷酸盐沸石、MCM-22和MCM-56新型沸石和Y型沸石或用高度脱铝的丝光沸石和β沸石催化剂,代替了原用的固体磷酸或三氯化铝催化剂。
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,已工业化。
在固体酸烷基化的研究中,还应进一步提高催化剂的选择性,以降低产品中的杂质含量;提高催化剂的稳定性,以延长运转周期;降低原料中的苯烯比,以提高经济效益。
异丁烷与丁烯的烷基化是炼油工业中提供高辛烷值组分的一项重要工艺,近年新配方汽油的出现,限制汽油中芳烃和烯烃含量更增添了该工艺的重要性。
目前这种工艺使用氢氟酸或硫酸为催化剂。
近年国外一家公司开发了一种负载型磺催化剂。
另外,一家公司宣称开发成功了一种固体酸催化的异丁烷/酸盐/SiO2丁烯烷基化新工艺。
2.5 采用无毒、无害的溶剂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(311k、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。
在超临界二氧化碳用于反应溶剂的研究方面,Tanko提供了经典的自由基反应在这一新的溶剂体系中如何作用的基础和知识。