1、化工导论化工导论第十章第十章 现代现代化工的发展前景化工的发展前景 传统化工面临的挑战传统化工面临的挑战化工资源与能源的危机化工资源与能源的危机n石油、煤和天然气既可用做能源，也是石油、煤和天然气既可用做能源，也是化工的起始原料。化工的起始原料。n石油化工产品与规模空前发展。由价廉石油化工产品与规模空前发展。由价廉的石油得到各种石油化工产品。的石油得到各种石油化工产品。n人们逐渐认识到化工资源的匮乏和能源人们逐渐认识到化工资源的匮乏和能源的危机。的危机。传统化工对生态环境的污染传统化工对生态环境的污染 n化工三废对生态环境的影响化工三废对生态环境的影响 n有害化学品对人类与生态环境的影响有害化
2、学品对人类与生态环境的影响科技发展的基本思考科技发展的基本思考可持续性发展可持续性发展 n 目前：人类生存安全目前：人类生存安全n 中级：人类生存质量中级：人类生存质量n 初级：人类生存初级：人类生存 人们逐渐认识到可持续性发展要依赖人们逐渐认识到可持续性发展要依赖科技进步；但并非一切科技都支持可持续科技进步；但并非一切科技都支持可持续性发展。只有满足人类生存、生存质量和性发展。只有满足人类生存、生存质量和生存安全三个方面的要求，科技进步才能生存安全三个方面的要求，科技进步才能够成为人类不断进步的推动力。够成为人类不断进步的推动力。人类面临的五大基本问题人类面临的五大基本问题n人类面临的五大基
3、本问题是：人类面临的五大基本问题是：人口人口,粮食，能源，资源，环境。粮食，能源，资源，环境。n在化学化工领域，认识到化工资源的短缺危机在化学化工领域，认识到化工资源的短缺危机与传统化工的三废对污染环境的挑战促使各国与传统化工的三废对污染环境的挑战促使各国政府倡导政府倡导“绿色化学与化工绿色化学与化工”。绿色化学的兴起绿色化学的兴起 绿色化学的兴起与原则绿色化学的兴起与原则 n 环保治理的三个发展阶段环保治理的三个发展阶段1.“稀释废物来防治环境污染稀释废物来防治环境污染”2.三废的后处理技术三废的后处理技术3.在源头防止废物的生成在源头防止废物的生成 绿色化学的基本原则绿色化学的基本原则 美
4、国的美国的P.T.AnastasP.T.Anastas和和J.C.WanerJ.C.Waner曾提出绿色化曾提出绿色化学的学的1212条原则：条原则：（1 1）防止废物的生成比在其生成后再处理更好。）防止废物的生成比在其生成后再处理更好。（2 2）设计的合成方法应使生产过程中所采用的原）设计的合成方法应使生产过程中所采用的原料最大量地进入产品之中。料最大量地进入产品之中。绿色化学的基本原则绿色化学的基本原则（3 3）设计合成方法时，只要可能，不论原料、）设计合成方法时，只要可能，不论原料、中间产物和最终产品，均应对人体健康和环境中间产物和最终产品，均应对人体健康和环境无毒、无害（包括极小毒性和
5、无毒）。无毒、无害（包括极小毒性和无毒）。（4 4）化工产品设计时，必须使其具有高效的功）化工产品设计时，必须使其具有高效的功能，同时也要减少其毒性。能，同时也要减少其毒性。（5 5）应尽可能避免使用溶剂、分离试剂等助剂，）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。如不可避免，也要选用无毒无害的助剂。绿色化学的基本原则绿色化学的基本原则（6 6）合成方法必须考虑过程中能耗对成本与环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，最好采用在常温境的影响，应设法降低能耗，最好采用在常温常压下的合成方法。常压下的合成方法。（7 7）在技术可行和经济合理的
6、前提下，原料要）在技术可行和经济合理的前提下，原料要采用可再生资源代替消耗性资源。采用可再生资源代替消耗性资源。（8 8）在可能的条件下，尽量不用不必要的衍生）在可能的条件下，尽量不用不必要的衍生物（物（derivatiza-tionderivatiza-tion），如限制性基团、保），如限制性基团、保护护/去保护作用、临时调变物理、化学工艺。去保护作用、临时调变物理、化学工艺。绿色化学的基本原则绿色化学的基本原则（9 9）合成方法中采用高选择性的催化剂比）合成方法中采用高选择性的催化剂比使用化学计量（使用化学计量（stoichiometricstoichiometric）助剂）助剂更优越。更
7、优越。（1010）化工产品要设计成在其使用功能终）化工产品要设计成在其使用功能终结后，它不会永存于环境中，要能分解结后，它不会永存于环境中，要能分解成可降解的无害产物。成可降解的无害产物。10.2.1.2 10.2.1.2 绿色化学的基本原则绿色化学的基本原则）（1111）进一步发展分析方法，对危险物质在生成）进一步发展分析方法，对危险物质在生成前实行在线监测和控制。前实行在线监测和控制。（1212）选择化学生产过程的物质，使化学意外事）选择化学生产过程的物质，使化学意外事故（包括渗透、爆炸、火灾等）的危险性降低故（包括渗透、爆炸、火灾等）的危险性降低到最小程度。到最小程度。绿色化学的基本原则
8、是从源头消除污染，绿色化学的基本原则是从源头消除污染，包括新设计或者重新设计化学合成、制造方法包括新设计或者重新设计化学合成、制造方法和化工产品来根除污染源。和化工产品来根除污染源。绿色化学的绿色化学的定义定义 n绿色化学是指化学反应和过程以绿色化学是指化学反应和过程以“原子经济性原子经济性”为基本原则，即在获取新物质的化学反应中充为基本原则，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，分利用参与反应的每个原料原子，实现实现零排放零排放。不仅充分利用资源，而且不产生污染；不仅充分利用资源，而且不产生污染；并采用并采用无毒、无害的溶剂、助剂和催化剂，无毒、无害的溶剂、助剂和催化剂，
9、生产有利生产有利于环境保护、社区安全和人身健康的于环境保护、社区安全和人身健康的环境友好环境友好产品产品。绿色化工的定义绿色化工的定义n绿色化工又称绿色化工又称清洁生产清洁生产或或环境友好技术环境友好技术，它是在绿色化学基础上开发的它是在绿色化学基础上开发的从源头从源头上上阻止环境污染的化工技术。阻止环境污染的化工技术。n 绿色化工与传统化工最主要的区别是从绿色化工与传统化工最主要的区别是从源头上阻止环境污染，源头上阻止环境污染，即设计和开发在即设计和开发在各个环节上都洁净和无污染的反应途径各个环节上都洁净和无污染的反应途径和工艺。和工艺。绿色化学与化工的关系绿色化学与化工的关系 绿色化学追求
10、的目标是从源头上消除污染，绿色化学追求的目标是从源头上消除污染，而绿色化工的目标则要求是经济效益和环境效而绿色化工的目标则要求是经济效益和环境效益协调发展，可以概括为益协调发展，可以概括为“三高三高”、“三低三低”、“两小两小”。n反应要高转化率、高选择性和高能源利用率。反应要高转化率、高选择性和高能源利用率。n原料要低毒、反应介质（溶剂）要低毒、产品原料要低毒、反应介质（溶剂）要低毒、产品要低毒。要低毒。n产生废物小，副产物也要小产生废物小，副产物也要小。绿色化学与化工是绿色化学与化工是 未来化学工业发展的方向和基础未来化学工业发展的方向和基础n绿色化学与化工是当今国际化学与化工科学研究绿色
11、化学与化工是当今国际化学与化工科学研究的前沿，它吸收了当代化学、物理、生物、材料、的前沿，它吸收了当代化学、物理、生物、材料、信息等科学的最新理论和技术，是具有明确的社信息等科学的最新理论和技术，是具有明确的社会需求和科学目标的新兴交叉学科。会需求和科学目标的新兴交叉学科。n目前，绿色化学作为未来化学工业发展的方向和目前，绿色化学作为未来化学工业发展的方向和基础，越来越受到各国政府、企业和学术界的关基础，越来越受到各国政府、企业和学术界的关注。注。世界各国重视绿色化学与化工世界各国重视绿色化学与化工 n美国总统克林顿宣布设立美国总统克林顿宣布设立“总统绿色化总统绿色化学挑战奖学挑战奖”n一个由
12、日本政府规划，旨在防止全球气一个由日本政府规划，旨在防止全球气候变暖、在候变暖、在2121世纪重建绿色地球的世纪重建绿色地球的“新新阳光计划阳光计划”开始实施。开始实施。n19971997年底德国联邦政府正式通过了一个年底德国联邦政府正式通过了一个名为名为“为环境而研究为环境而研究”的计划。的计划。绿色化学与化工的研究内容绿色化学与化工的研究内容n 原料的绿色化原料的绿色化 无毒、无害原料；无毒、无害原料；可再生资源为原料可再生资源为原料n化学反应的绿色化化学反应的绿色化 原子经济性反应；原子经济性反应；提高反应选择性提高反应选择性n催化剂的绿色化催化剂的绿色化：无毒无害催化剂无毒无害催化剂n
13、溶剂的绿色化溶剂的绿色化：无毒无害溶剂无毒无害溶剂 n产品的绿色化产品的绿色化 原子经济性反应和高选择性反应原子经济性反应和高选择性反应 原子经济性概念：原子经济性概念：原子经济性或原子利用率（原子经济性或原子利用率（%）=（被利用原子的质量（被利用原子的质量/反应中所使用反应中所使用全部反应物分子的质量）全部反应物分子的质量）100%100%原子经济性反应和高选择性反应原子经济性反应和高选择性反应n环氧乙烷的生产环氧乙烷的生产n环氧丙烷的生产环氧丙烷的生产nCOCO气相催化偶联合成草酸二乙酯气相催化偶联合成草酸二乙酯使用无毒无害原料及可再生资源使用无毒无害原料及可再生资源 n取代氢氰酸路线合
14、成苯乙酸的新工艺取代氢氰酸路线合成苯乙酸的新工艺n用生物质原料（淀粉、纤维素）合成乙用生物质原料（淀粉、纤维素）合成乙醇等有机品醇等有机品n以生物质为原料制生物质能源以生物质为原料制生物质能源n分子筛代替三氯化铝催化剂分子筛代替三氯化铝催化剂 合成乙苯和异丙苯合成乙苯和异丙苯采用无毒无害溶剂采用无毒无害溶剂n超临界二氧化碳作为绿色溶剂的利用超临界二氧化碳作为绿色溶剂的利用n离子液体作为绿色溶剂的应用离子液体作为绿色溶剂的应用 环境无害的绿色化学产品环境无害的绿色化学产品 绿色化学产品应该具有两个特征：绿色化学产品应该具有两个特征：n产品本身必须不会引起环境污染或健康产品本身必须不会引起环境污染
15、或健康问题，包括不会对野生生物、有益昆虫问题，包括不会对野生生物、有益昆虫或植物造成损害；或植物造成损害；n当产品被使用后，应该能再循环或易于当产品被使用后，应该能再循环或易于在环境中降解为无害物质。在环境中降解为无害物质。环境无害的绿色化学产品环境无害的绿色化学产品n可降解塑料的研制可降解塑料的研制 n新型化学杀虫剂新型化学杀虫剂 化工与高技术化工与高技术n信息、微电子、自动化技术与化工信息、微电子、自动化技术与化工n自动化技术自动化技术 n新材料技术与化工新材料技术与化工 n新能源技术与化工新能源技术与化工 n空间技术与化工空间技术与化工 n海洋开发技术与化工海洋开发技术与化工 2121世
16、纪化工展望世纪化工展望 世界化工发展趋势世界化工发展趋势n资源利用多元化资源利用多元化 n产品结构精细化产品结构精细化 n技术结构现代化技术结构现代化 n经营管理全球化经营管理全球化 n发展方向绿色化发展方向绿色化 n试论传统化工面临的两大挑战。试论传统化工面临的两大挑战。n 人类面临的五大基本问题是什么？人类面临的五大基本问题是什么？n请说明环境保护治理的三个发展阶段。请说明环境保护治理的三个发展阶段。n绿色化学与化工研究的主要内容有哪些？绿色化学与化工研究的主要内容有哪些？n试给出原子经济性（或原子利用率）的定义，试给出原子经济性（或原子利用率）的定义，并举例说明。并举例说明。n试举例说明高新科技与现代化工之间的关系。试举例说明高新科技与现代化工之间的关系。n绿色化学与化工的含义是什么？它们与传统绿色化学与化工的含义是什么？它们与传统化工的主要区别在哪里？化工的主要区别在哪里？n绿色化学品应具有的两个主要特点是什么？绿色化学品应具有的两个主要特点是什么？n试就化工的资源、产品、技术、经营和发展试就化工的资源、产品、技术、经营和发展方向阐述方向阐述2121世纪化工发展趋势。世纪化工发展趋势。思考题思考题
