第八章 绿色化学化工概论.ppt

第8章 化工生产与环境保护 §8.4 绿色化学化工艺及进展概论 背 景 当代全球十大环境问题是： 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 环境治理的历史回顾 ★ 20世纪40~50年代 —— 稀释废物 ★ 20世纪60~70年代 —— 废物后处理 ★ 20世纪90年代 —— 从源头消除污染源 绿色化学的12条原则 1.防止废物的产生而不是产生后再来处理； 2.合成方法应设计成能将所有的起始物质嵌入到最终产物中； 3.只要可能，反应中使用和生成的物质应对人类健康和环境无毒或毒性很小； 4.设计的化学产品应在保护原有功效的同时尽量使其无毒或毒性很小； 5.尽量不使用辅助性物质（如溶剂、分离试剂等），如果一定要用，也应使用无毒物质； 6.能量消耗越小越好，应能为环境和经济方面的考虑所接受； 　　 绿色化学的12条原则 7.只要技术上和经济上可行，使用的原材料应是能再生的； 8.应尽量避免不必要的衍生过程（如基团的保护，物理与化学过程的临时性修改等）； 9.尽量使用选择性高的催化剂，而不是提高反应物的配料比； 10.设计化学产品时，应考虑当该物质完成自己的功能后，不再滞留于环境中，而可降解为无毒的产品； 11.分析方法也需要进一步研究开发，使之能做到实时、现场监控，以防有害物质的形成； 12.化学过程中使用的物质或物质的形态，应考虑尽量减少实验事故的潜在危险，如气体释放、爆炸和着火等。 原子经济性(Atom Economy)概念 反应物中原子有多少转化成了产物。 A ＋ B C ＋ D A ＋ B C ＋ 绿色化学工艺的主要内容 利用可再生资源 以植物为主的生物质资源是一个可再生的巨大资源宝库，利用可再生资源可以消除污染，用之不竭，实现可持续发展。 开发生物催化技术是关键。 国外生物技术生产大宗化工产品已取得突破 Du Pont和 Genecor International等合作建成由玉米生产1，3―丙二醇(PDO)装置，成本比化学法低15％ 。 Cargill―DOW公司正在建设一个14万t/a的聚乳酸工厂，用于生产塑料、纤维 。 开发新一代苯与烯烃烷基化无毒无害固体酸催化剂 开发新一代芳烃烷基化固体酸催化剂 分子筛固体酸催化剂 环境友好，但是：酸强度低，分布不均，酸中心少；因而反应温度和压力高，产品杂质增多 。 为克服上述缺点，下一代固体酸催化剂 杂多酸、包裹型液体酸、Nafion/SiO2复合材料、纳米分子筛复合材料、离子液体等 。 挥发性有机溶剂有广泛用途 涂料和油漆的溶剂 泡沫塑料的发泡剂 微电子器件等的精密清洗 服装干洗的清洗剂 化工生产过程中作为溶剂 挥发性有机溶剂对环境的危害 形成光化学烟雾 引起和加剧多种呼吸系统疾病，增加癌症发病率 导致谷物减产、橡胶硬化等，每年造成大量损失 二氟二氯甲烷等破坏地球大气中的臭氧层 超临界二氧化碳溶剂的优点 二氧化碳在常温下是气体，无色、无味、不燃烧、化学性质稳定。 容易实现超临界状态（31.06℃ 7.39MPa） 来源丰富，价格低廉。 超临界二氧化碳可很好地溶解一般有机化合物。 用超临界二氧化碳代替挥发性有机溶剂的应用 替代机械、电子、医药和干洗等行业中普遍采用的挥发性有机清洗剂。 代替氟氯烃作泡沫塑料的发泡剂。 超临界CO2为溶剂，生产氟化物单体和聚合物。 萃取分离 微反应技术—反应器的微型化 日宝（Nippoh)首创微型反应器连续生产精化品 2006年11月建成投产1000吨/年邻醋酸三甲酯 反应器体积小，可置于桌上运行； 反应时间200s（大反应器30小时） 集成技术（耦合强化技术） 反应－分离 反应－精馏 反应－吸附 反应－结晶 生产超清洁生物柴油 生物柴油的特点 减少汽车尾气中SOx和颗粒物排放。 整个过程少排放CO2，减少温室效应。 本身无毒、无害，能自行分解回归自然。 具有一定的润滑性，从而延长机动车的寿命。 燃烧热值稍低，倾点较高，影响低温启动 。 生物柴油的制造 植物油与甲醇（乙醇）酯交换制得 棉籽油、棕榈油、椰子油、菜籽油、野生植物油以及海藻等。 酯交换法主要包括均相催化法、非均相催化法、生物催化法和超临界法。 生物柴油在国外已经销售使用 目前欧共体年产生物柴油70万吨，2003年规