綠色化學(xué)與化工(存儲(chǔ)版)

　　

【正文】 子經(jīng)濟(jì)性 投資、成本低 傳統(tǒng)工藝 綠色工藝 23 （ iess hazardous chemical synthesis） ：只要可行，應(yīng)設(shè)計(jì)合成方法使其利用和產(chǎn)生的物質(zhì)對(duì)人類健康和環(huán)境無(wú)毒性或很低毒性。 在環(huán)境友好機(jī)動(dòng)車燃料方面，隨著環(huán)境保護(hù)要求的日益嚴(yán)格。 Wilson公司的低毒性、能快速降解的 THPS殺菌劑 Rohm amp。然而許多反應(yīng)需要溶劑參與傳熱或傳質(zhì)等，無(wú)溶劑對(duì)反應(yīng)非常不利 以水為溶劑 水對(duì)環(huán)境無(wú)害。它通常具有液體的密度。 35 (use renewable feedstocks):只要技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上可行，原料應(yīng)是可再生的，而不是將耗竭的 (reduce derivatives):應(yīng)盡可能避免不必要的衍生化（阻斷基團(tuán)，保護(hù)／脫保護(hù)，物理和化學(xué)過(guò)程的暫時(shí)修飾）因?yàn)檫@些步驟需要添加試劑并可能產(chǎn)生廢物 (catalysis):催化試劑（有盡可能好的選擇性）優(yōu)于化學(xué)計(jì)量試劑 三、化工生產(chǎn)應(yīng)遵循“綠色化學(xué) 12條原則” 36 常用的許多化學(xué)、化工原料，如：氰氫酸、丙烯氰、甲醛、環(huán)氧乙烷、光氣、鹵代芳烴、稠環(huán)芳烴等都具有毒性，對(duì)環(huán)境有很大的危害。 生物質(zhì)中最值得利用的是木質(zhì)纖維素，其優(yōu)點(diǎn)是（ 1）由可降解的葡萄糖組成；（ 2）生物圈中最豐富的有機(jī)物。生物催化轉(zhuǎn)化方法優(yōu)于常規(guī)的聚合方法，聚合物還具有生物降解功能 40 產(chǎn)品種類 生物質(zhì)原料產(chǎn)品所占比例， % 當(dāng)前 2020年 2090年 液體燃料 1~2 10 50 有機(jī)化學(xué)品 10 25 90 美國(guó)國(guó)家研究委員會(huì)（ National Research Council) 從生物質(zhì)原料所制產(chǎn)品的目標(biāo) 可再生植物原料中現(xiàn)在使用的葡萄糖 ， 正在開(kāi)發(fā)低成本的蔗糖 ， 最后使用木質(zhì)素纖維 生物催化 、 化學(xué)法的組合 。提高催化劑的穩(wěn)定性。它是地球的防污染劑，它的減少將使煙塵越來(lái)越濃，導(dǎo)致破壞保護(hù)地球的臭氧層。 100萬(wàn)輛 可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需求（中國(guó)形勢(shì)） 51 經(jīng)濟(jì)形勢(shì)之二： 重工業(yè)是中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要支柱 ? 材料工業(yè)是國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ) ， 如鋼產(chǎn)量伴隨著 GDP同步增長(zhǎng)； 2022年我國(guó)鋼產(chǎn)量達(dá)到 ， 占世界鋼產(chǎn)量的 %；水泥產(chǎn)量達(dá)到 ， 占世界產(chǎn)量的 50%； 重工業(yè)一般是資金密集 、 勞動(dòng)力密集的高能耗 、 高污染產(chǎn)業(yè) 。 隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展， GDP增長(zhǎng)與資源消耗呈線性正比關(guān)系。而萬(wàn)元產(chǎn)值的污染物排放強(qiáng)度是美國(guó)的近百倍。全球必須共同抑制 CO2的排放量。 工業(yè)生態(tài)學(xué)的核心是如何實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境友好理念 ， 實(shí)現(xiàn)再生資源的利用 , 即用化學(xué)方法改變和回收利用廢物 ， 將廢物轉(zhuǎn)化為原料 ， 進(jìn)而達(dá)到資源與能源高效利用的目標(biāo) 。 質(zhì)交換器指的是任何逆向直接接觸的傳質(zhì)操作 ，如吸收 、 吸附 、 液 — 液萃取 、 離子交換 、 浸取 、 汽提 ， 氫夾點(diǎn)分析等 。 有機(jī)溶劑及其它有機(jī)污染物在陽(yáng)光作用下會(huì)產(chǎn)生許多光化學(xué)反應(yīng)（一般指大氣中的原子，分子，自由基或離子由于吸收光子而引起的反應(yīng)）。以水代替部分有機(jī)溶劑，可以減少 OC的危害。每年年產(chǎn)豬皮革約八千多萬(wàn)張，牛皮革三千多萬(wàn)張，羊皮革五千多萬(wàn)張。熟皮不會(huì)霉變，而且有很好的質(zhì)感。 造紙過(guò)程最易產(chǎn)生污染的階段通常包括：煮漿（堿煮時(shí)的廢水）、漂白（含氯漂白物）、制漿（中段廢水）等，其中含氯廢水是最為嚴(yán)重的污染物。然而，在廣泛使用并向環(huán)境釋放時(shí)，才發(fā)現(xiàn)CFCs的使用從某種程度上講，就象是打開(kāi)了潘多拉的魔盒。 完全生物降解塑料 95 植物纖維粉加胺熱壓技術(shù)以植物纖維，例如秸稈、稻草、甘蔗渣等經(jīng)過(guò)破碎得到纖維粉，然后混入大量的膠或樹(shù)脂，再注入到模具中加高壓及高溫下成型。此類塑料原料來(lái)源廣泛（玉米、土豆、紅薯、木薯等）并且價(jià)格低廉（生物全降解快餐盒每個(gè)成本僅為 ）。 CFCs于 1930年被發(fā)現(xiàn)，它具有化學(xué)穩(wěn)定性好、不燃、無(wú)腐蝕性、毒性低、熱力學(xué)和電化學(xué)性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，作為致冷劑、滅火劑、泡沫塑料的發(fā)泡劑、電子元件的清洗劑、氣溶膠噴射劑等被應(yīng)用于各領(lǐng)域。造紙過(guò)程中需將纖維素與木素分離，將所得原料漂白后才可用于形成紙張。常見(jiàn)的鞣劑為含鉻化合物，含鉻化合物與膠原的活性基作用時(shí)，鉻以正價(jià)與膠原的羧基作用，以負(fù)價(jià)與膠原的氨基作用。其優(yōu)點(diǎn)是理論上絕對(duì)零 VOC，然而在應(yīng)用中卻遇到困難，如：工藝復(fù)雜、涂層較厚、配色性差、不規(guī)則物體涂布效果差等。 綠色涂料的嘗試 涂料工業(yè) 關(guān)鍵： 開(kāi)發(fā)低 VOC的涂料。 涂料工業(yè) 涂料的功能： （ 1）防止物體表面受到氣候腐蝕、化學(xué)腐蝕以及日光照射而起變化；（ 2）防止或減少物體表面直接受到摩擦和沖擊；（ 3）增加物體表面美觀。物流中沒(méi)有廢物概念，只有資源概念，各環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了充分的資源共享，變污染負(fù)效益為資源正效益。 生態(tài)工業(yè)園區(qū) 62 循環(huán)經(jīng)濟(jì) ,綠色 GDP與可持續(xù)發(fā)展 循環(huán)經(jīng)濟(jì) 是仿照自然生態(tài)系統(tǒng)，在生產(chǎn)、流通和消費(fèi)等全社會(huì)范圍內(nèi) , 通過(guò)物質(zhì)循環(huán)、廢物最小化、工藝替代和產(chǎn)品共生等方式，組織成一個(gè)“資源 — 產(chǎn)品 — 再生資源”的物質(zhì)反復(fù)循環(huán)流動(dòng)的過(guò)程，達(dá)到資源、能源的高效利用，對(duì)環(huán)境影響最小的的經(jīng)濟(jì)模式， 本質(zhì)上是一種生態(tài)經(jīng)濟(jì) 。 可持續(xù)發(fā)展面臨的問(wèn)題之三 —— 水質(zhì)污染、固體廢棄物泛濫 59 可持續(xù)發(fā)展面臨的問(wèn)題之四 —— 人居環(huán)境受到嚴(yán)重威脅 全國(guó)主要城市空氣污染綜合指數(shù) 電廠對(duì)大氣污染 北京遭遇的沙塵暴 太湖污染 60 全球 CO2排放量從 2022年的 249億噸增加到 2022的 292億噸，同期美國(guó)從 63億噸升到 65億噸，中國(guó)從 28億噸猛增至 53億噸。 化工廢水排放量占全國(guó)工業(yè)部門(mén)的 %，名列第 1位；化工廢氣排放量占第 4位，固體廢物排放占第 5位，但危險(xiǎn)廢物占 60%，為第 1位。 從資源稟賦看，我國(guó)是總量上的大國(guó)，人均上的貧國(guó)。 2022年國(guó)內(nèi) GDP總量超過(guò) 10萬(wàn)億元，人均 GDP超過(guò) 1000美元； 2022年國(guó)內(nèi) GDP達(dá)到 20萬(wàn)億元，人均 GDP超過(guò) 1500美元。 43 工藝 傳統(tǒng)工藝 綠色工藝 乙烯與苯烷基化 AlCl3 ZSM5氣相法 USY、 ?液相法 丙烯與苯烷基化 AlCl3 ?、 MCM22 液相法 長(zhǎng)鏈烯烴與苯烷基化 HF 固體酸 固定床 傳統(tǒng) AlCl HF催化劑的缺點(diǎn)：腐蝕設(shè)備，危害人身健康和社區(qū)安全，廢水、廢渣污染環(huán)境 開(kāi)發(fā)新一代苯與烯烴烷基化無(wú)毒無(wú)害固體酸催化劑 分子篩固體酸催化劑 環(huán)境友好，但是：酸強(qiáng)度低，分布不均，酸中心少；因而，反應(yīng)溫度和壓力高，產(chǎn)品雜質(zhì)增多 為克服上述缺點(diǎn)， 下一代固體酸催化劑 雜多酸、包裹型液體酸、 Nafion/SiO2復(fù)合材料、納米分子篩復(fù)合材料、離子液體等 44 開(kāi)發(fā)新一代苯與烯烴烷基化無(wú)毒無(wú)害固體酸催化劑 加快已有基礎(chǔ)的負(fù)載型雜多酸的開(kāi)發(fā) 利用懸浮催化蒸餾等新工藝 力爭(zhēng)開(kāi)發(fā)具有中國(guó)特色的獨(dú)特先進(jìn)新催化劑和工藝 繼續(xù)研究納米分子篩復(fù)合材料、離子液體等新催化材料 45 綠色化學(xué)的方向 無(wú)毒、無(wú)害的原料 在無(wú)毒、無(wú)害的反應(yīng)條件下進(jìn)行 原子經(jīng)濟(jì)性 “ 產(chǎn)品應(yīng)是環(huán)境友好的 “閉路循環(huán)”之路 從“末端治理”擴(kuò)展到“源頭”，從企業(yè)內(nèi)擴(kuò)展到企業(yè)外 環(huán)境質(zhì)量 清潔生產(chǎn) 循環(huán)經(jīng)濟(jì) 采用二次資源 采用可再生能源 環(huán)境設(shè)計(jì) 產(chǎn)品的環(huán)境標(biāo)識(shí) 源頭治理為本 ，末端治理為輔 分析手段： 物流分析 ， 產(chǎn)品生命周期分析 物質(zhì)減量化 碳、硫、氮氧化物的減量化 46 綠色化學(xué)工程技術(shù)的 12條原則 1 要盡力保證所有輸入和輸出的能量與材料盡可能無(wú)內(nèi)在固有危險(xiǎn) 2 污染防止優(yōu)于污染形成后的處理 3 產(chǎn)品分離與純化的設(shè)計(jì)要盡量減少能量與材料的消耗 4 質(zhì)量、能量、空間和時(shí)間效率的最大化 5 強(qiáng)化輸出的牽引，不要輸入的推動(dòng) 6 保留復(fù)雜性 7 強(qiáng)調(diào)耐久性而不是永久性 8 滿足需要，使過(guò)量最小化 9 減少物質(zhì)的多樣性 10 當(dāng)?shù)匚镔|(zhì)流和能源流的整合 1l 商品后期設(shè)計(jì) 12 使用可再生而非耗竭材料 47 四、化學(xué)工業(yè)的 可持續(xù)發(fā)展 聯(lián)合國(guó)人類環(huán)境會(huì)議 （ 1972， 瑞典 ， 113國(guó)家參加 ， 發(fā)表“ 關(guān)于人類環(huán)境的斯德哥爾摩宣言 ” 及 “ 人類環(huán)境計(jì)劃 ” ） 聯(lián)合國(guó)環(huán)境及發(fā)展會(huì)議 （ 1992， 巴西 ， 178國(guó)參加 ， 發(fā)表“ 關(guān)于環(huán)境與發(fā)展的里約熱內(nèi)爐宣言 ” 等 5項(xiàng)公約等 ） 可持續(xù)發(fā)展的世界首腦會(huì)議 （ 2022， 南非 ， 191國(guó)家參加 ，發(fā)表 “ 關(guān)于可持續(xù)發(fā)展的約翰內(nèi)斯堡宣言 ” 及 “ 可持續(xù)發(fā)展世界首腦會(huì)議實(shí)施興計(jì)劃 ” ） 1987年 《 我們共同的未來(lái) 》 一書(shū)發(fā)表，提出了“可持續(xù)發(fā)展”最經(jīng)典的定義：“滿足當(dāng)前的需要但不損及后代滿足他們自己的需要”。還應(yīng)進(jìn)一步提高催化劑的選擇性。 另外 ,Gfoss首創(chuàng)了利用生物或農(nóng)業(yè)廢物如多糖類制造新型聚合物的工作。 如：植物，地球上儲(chǔ)量約 2億億噸，年再生速度 1640噸。流體的密度、溶劑溶解度和粘度等性能均可由壓力和溫度的變化來(lái)調(diào)節(jié)。一般采用毒性較小的溶劑(甲苯 )代替原有毒性較大的溶劑，如二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、醋酸等。 生物柴油的特點(diǎn) 28 生物柴油的制造 植物油與甲醇（乙醇）酯交換制得 棉籽油、棕櫚油、椰子油、菜籽油、野生植物油以及海藻等 化學(xué)法 液堿催化 固體堿催化 二段催化 酶催化 29 （ ater solvents and auxiliaries）： 應(yīng)盡可能避免使用輔助物質(zhì)（如溶劑、分離劑），如用時(shí)應(yīng)是無(wú)毒的 三、化工生產(chǎn)應(yīng)遵循“綠色化學(xué) 12條原則” (design for energy efficiency)（合理利用和節(jié)省能源） :應(yīng)考慮到能源消耗對(duì)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的影響，并應(yīng)盡量少地使用能源。 產(chǎn)品應(yīng)是環(huán)境友好的 25 綠色化學(xué)品的設(shè)計(jì)：功能與環(huán)境影響并重 轉(zhuǎn)變觀念 —— 產(chǎn)品功能與環(huán)境影響并重，設(shè)計(jì)、研制新產(chǎn)品時(shí)，一般要考慮下面因素： 物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與活性的關(guān)系 避免采用毒性功能基團(tuán) 生物吸收量最小化 使輔助的物質(zhì)最小化 26 Rohm amp。小企業(yè)獎(jiǎng)授予Donlar公司。 化學(xué)反應(yīng)技術(shù)的可持續(xù)性 化工生產(chǎn)的可持續(xù)性 14 （ prevention) （防止污染優(yōu)于污染治理） ： 防止廢物產(chǎn)生優(yōu)于廢物產(chǎn)生后再處理或清理 （ atom economy） ：應(yīng)設(shè)計(jì)合成方法使其能把反應(yīng)過(guò)程中利用的所有材料盡可能多地轉(zhuǎn)化到最終產(chǎn)物中 三、化工生產(chǎn)應(yīng)遵循“綠色化學(xué) 12條原則” Trost在 l991年首先提出了原子經(jīng)濟(jì)性 (Atom econo