绿色化学 Green Chemistry 中国矿业大学化工学院

绪论 设计更加安全化学品的应用 绿色化学方法 绿色化学 绿色化学的应用 绿色化学原理 绿色化学发展趋势 设计安全无毒化学 品的基本原理和方法

第1章 绪论 1.1 20世纪化学工业的贡献 1.2 化学工业的主要污染物 1.3 环境、资源、健康问题 1.4 可持续发展与绿色化学

第1章 绪论 1.1 20世纪化学工业的贡献 化学作为一门“核心、实用、创造性”的科学，从其诞生至今，已经取得了巨大的成就。化学的原理和方法以及化学反应的研究目前仍在主导其他学科；它在开发天然资源以满足人类的生活需要方面作出了巨大贡献。……可以说，人类的衣、食、住、行、用以及保持健康等无一项可以离开化学，化学在这些领域中直接或间接地发挥着不可替代地作用。

第1章 绪论 领域 年 代 主要成 就 作 用 192 8 发现第一个抗生素：盘尼西林 生物 医 药 1 95 3 发现 DNA 双螺旋结构 减轻疼痛 预防疾病 保健益寿 191 合成氨化肥的生 产 化肥 化工 农药 194 主要杀虫剂 DDT 进入市场 粮食、蔬 菜 增产 减轻人口增长、 对食品需求的压力 天然气、氢烃蒸气裂解制造乙 烯 奠定石油工业发展基 础 193 开始生产聚氯乙 生产出化纤尼 龙 石油 工 业 1939~4 5 开始生产顺丁橡 胶 成功开发石化产品：合成 纤维、橡胶、塑料、洗涤 剂、涂料、粘合剂、家电 部件、 … 遍及衣食住 行

第1章 绪论 各种青霉素的结构主干均有青霉酸 是一类弱酸性物质，用得较多的是青霉素G的钠盐-盘尼西林是一种良效广谱抗生素。 其结构为： 与原子弹、雷达齐名；是20世纪医学的伟大奇迹但使用时有时会的不良的过敏反应，如休克等。 1953年，Watson和Crick根据DNA 结晶的X-衍射图谱和分子模型, 提 出了著名的DNA双螺旋结构模型。

第1章 绪论 将游离态的氨转化为化合态的氨在工业上有较大的价值。 N2 NH3 医药 炸药 染料 化肥

第1章 绪论 1.2 化学工业的主要污染物 1.2.1 废气 污染 物 主要 来源 S O 、 N 硫酸 厂 硝酸 染料 石化 化 纤 卤化 1.2 化学工业的主要污染物 1.2.1 废气 污染 物 主要 来源 S O X 、 N 硫酸 厂 硝酸 染料 石化 化 纤 卤化 氯碱厂 制冷剂厂 有机合成 有机类废 气 石化厂、有机合成 固体悬浮 发电厂、焦化 硫化氢 硫 醇 石化厂、煤气厂、染料

第1章 绪论 1.2.2 废液 污 染 物 主 要 来 源 酸、碱类 硫酸厂 、 硝酸厂 磷肥厂 纯碱厂 石化厂 氨 氮 1.2.2 废液 污 染 物 主 要 来 源 酸、碱类 硫酸厂 、 硝酸厂 磷肥厂 纯碱厂 石化厂 氨 氮 煤气厂、氮肥厂、化工厂 重金属 电镀厂、冶炼厂等 有机物 农药厂、染料厂、食品加工厂 油 类 石油炼制厂、石化厂 氰化物 煤气厂、有机合成厂、石化厂 酚、醛、有机氯等 煤气厂 炼油厂 农药厂 氯碱厂 硫化物 染料厂

第1章 绪论 50 贫血，损害肾赃及神经 Pb 16 脑炎，损害中枢神经及肾脏 Hg 0.3～0.6 气肿，肾炎，骨痛病，高血压，致癌 Cd － 致癌 Y 3.5 慢性关节炎，浮肿等 Se 40 损害肝、肾及神经，致癌 As 57 胃癌 Zn 180 肺癌，鼻窦癌 Ni 400 损害肺，可能致癌 Cr 4 Be 最小致死量/10-4% 危害 元素

第1章 绪论 1.2.3 废渣 污 染 物 主 要 来 源 硫铁矿渣 硫酸厂 电石渣、盐泥 化工厂 、 氯碱厂 磷石膏 磷肥厂 碱 渣 1.2.3 废渣 污 染 物 主 要 来 源 硫铁矿渣 硫酸厂 电石渣、盐泥 化工厂 、 氯碱厂 磷石膏 磷肥厂 碱 渣 炼油厂 煤渣 小氮肥厂、合成氨厂 铬渣 含铬产品厂 硼镁渣 硼砂厂 提取化工产品后的矿物 各类化工厂

第1章 绪论 1.3 环境、资源、健康问题 温室气体大量排放导致全球变暖 臭氧层破坏 生物多样性减少 酸雨 森林锐减 土地沙漠化 大气污染 1.3 环境、资源、健康问题 1.3.1 环境问题 温室气体大量排放导致全球变暖 臭氧层破坏 生物多样性减少 酸雨 森林锐减 土地沙漠化 大气污染 淡水资源污染 海洋污染 垃圾围城–最严重的城市病

第1章 绪论 温室气体大量排放导致全球变暖 温室效应气体排放居亚洲之首 炭燃烧生成CO2(约占总量的80%)是产生温室效应的主要因素，CO2阻挡太阳光辐射造成全球气温上升、环境恶化和自然灾害频繁发生。全球必须共同抑制CO2的排放量。 温室效应气体排放居亚洲之首 两极冰雪融化，海平面上升, 影响农业和自然生态系统，威胁人类生存。

第1章 绪论 全球CO2排放量从2001年的249亿吨增加到2005的292亿吨，同期美国从63亿吨升到65亿吨，中国从28亿吨猛增至53亿吨。2006年，全世界的CO2排放量突破300亿吨；

第1章 绪论 臭氧层破坏 臭氧层破坏意味着大量紫外线将直接辐射到地面，导致人类皮 肤癌、白内障发病率增高，并抑制人体免疫系统功能；农作物 受害而减产；破坏海洋生态系统的食物链，导致生态平衡的破 坏。

第1章 绪论

第1章 绪论 O3 + NO→NO2 + O2 NO2 + O → NO + O2 O3 + O → 2O2 HO . + O3→O2 + HO2. HO2. + O →HO. + O2 O3 + O → 2O2 HO. CF2Cl2 + hr→CF2Cl + Cl CFCl3 + hr → CFCl2 + Cl O3 + Cl → ClO + O2 ClO + O → Cl + O2 O3 + O → 2O2 Cl

第1章 绪论 生物多样性减少 生物多样性是指地球上所有的生物及其与环境构成的生态系统多样性。 1 遗传多样性 是指每一物种内基因和基因型的多样性。 2 物种多样性 是指地球上动物、植物、微生物等生物种类多样性。 3 生态系统多样性 是指生物群落与栖息环境的多样性 地球上物种数量多少种？ 200多万种 （1）动物：150多万种 （2）植物：40多万种 （3）微生物：10多万种

第1章 绪论 生物多样性的价值 1 食用价值：许多野生生物营养丰富，味道鲜美，是上等食品。 2 药用价值：许多野生生物能为人类提供重要的药材。 3 工业原料：食品、医药、化工及制造等许多工业都要以生物为原料。 4 科研价值：仿生学、动植物品种的改良都需要野生生物。 5 美学价值：色彩纷呈的花木及神态各异的动物都能给人以美的享受。 青海湖鸟岛 鼎湖山 卧龙 扎龙 西双版纳

第1章 绪论 生物多样性丧失的原因 1 自然因素 （1）自然条件的变化 （2）生物之间的激烈竞争 （3）物种退化 2 人为因素（主要） （1）栖息地的改变和破坏 （2）人类掠夺性狩猎 （3）环境污染 （4）生物入侵

第1章 绪论 华南虎 扬子鳄 滇金丝猴 朱寰 中华鲟 白鳍豚 丹顶鹤 目前地球上大约有1000万～3000万种生物物种。然而由于生态环境的破坏，地球上生物物种灭绝的速度比历史上任何时候都快，每年大约有5万个物种灭绝。 中华鲟 白鳍豚 丹顶鹤

第1章 绪论 酸雨 酸雨是空气中的酸性气体随雨水而下形成的。这些酸性气体主要来自交通运输、发电、家庭生活等燃烧化石燃料的过程，主要有SOx、NOx等。人类活动排向大气的SO2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，NOx则转化为硝酸、硝酸盐，在加上工业上排放的氯化氢等酸性物质构成了酸雨的主要成分。 未受酸雨伤害的水稻 受酸雨伤害的水稻

第1章 绪论 二氧化硫排放逐年增加 40% 国土受酸雨威胁 全国527个市（县）中，出现酸雨的城市有298个，占统计城市的56.5%，有些地区的酸雨频率达到100%。据测算，大气污染造成的经济损失已经占到GDP的2~3%，中国的大气污染的形势不容乐观。 二氧化硫排放逐年增加 40% 国土受酸雨威胁

第1章 绪论 森林锐减 近100年来,中国的森林面积已经减少 了50%,木材蓄积量减少了33%;森林覆 盖率为13.92%,不到全世界森林覆盖率 30%的一半,居世界第100位左右。 大规模砍伐林木使植被遭到破坏,森 林调蓄功能丧失殆尽;雨水冲刷下大 量泥沙，淤积起来,又使湖泊、河流 湿地调蓄功能严重减退。专家指出， 长江每年冲刷下大约5亿吨泥沙，相当于世界另外三条大河 ——亚马逊河、尼罗河、密西西比河泥沙冲刷量之和。

第1章 绪论 土地沙漠化 全世界每年有600万公顷土地沙漠化，其中320万公顷是牧场，250万公顷是依靠降雨的耕地，12.5万公顷是灌溉耕地。土地沙漠化使近1/6的人口生存环境受到影响。 土地荒漠化与沙尘暴有直接关系。2002年3月20日，10年以来最大的一次沙尘暴席卷我国北方8个省、市、自治区的140万平方公里，影响人口达1.3亿，北京的强沙尘暴天气使能见度降到500米以下，长春还下起了“泥浆雨”。

第1章 绪论 大气污染 成人每天约呼吸10～12立方米的空气，大气中的有害化学物质一般是通过呼吸道进入人体的。中国是世界上大气污染最为严重的国家，1995年大气污染造成的经济损失占总损失的16.1%。1998年，世界卫生组织曾对53个国家的272个大城市空气中的三种污染物（总悬浮颗粒物、二氧化硫、氮氧化物）指标作过统计调查，从而确定了世界十大污染城市名单。它们依次是：太原、米兰、北京、 乌鲁木齐、墨西哥城、兰州、重庆、济南、石家庄、德黑兰。

第1章 绪论 NO2→NO＋O O+CxHy→CxHy O CxHyO. +O2→CxHyO3. CxHyYO3.+CmHn→RCHO+R’CO+O2→O3 ROO+NO2 →ROONO2

第1章 绪论 淡水资源污染 2002年，全国废水排放总量为439.5亿吨，其中工业废水排放量占47.1％；城镇生活污水排放量占52.9％。废水中化学需氧量排放量1367万吨，其中工业废水中化学需氧量排放量42.7％；城镇生活污水中化学需氧量排放量占57.3％。 七大水系污染程度由重到轻依次为：海河、辽河、黄河、淮河、松花江、珠江、长江。主要湖泊氮、磷污染较重，导致富营养化问题突出。滇池草海为重度富营养状态，太湖和巢湖为轻度富营养状态。

第1章 绪论 我国人均水资源不足世界平均值的1/4，而且水质受到较严重的污染。目前，全国60%的城市存在不同程度的缺水，108各城市严重缺水，饮用水源地水质较差，约有30%人口得不到安全饮用水。 饮用水安全受到严重威胁

第1章 绪论 太湖，我国第三大淡水湖，面积2400平方公里，流域面积36895平方公里，是上海和苏锡常、杭嘉湖地区最重要的水源———如果把太湖流域视为人体的话，无论从其地理位置、轮廓还是战略功能上看，太湖就是上海和苏锡常、杭嘉湖7城市的“心脏”，纵横交错的河网，就是维系该地区生存、发展的各类“血管”。

第1章 绪论 2007年夏，太湖水位出现50年以来最低水位，加上天气连续高温少雨，太湖水富营养化较重，诸多因素导致蓝藻提前一个多月爆发，形成自然灾害。 碧波荡漾的太湖

第1章 绪论 海洋污染 长期以来，人类把海洋作为处理废弃物的“垃圾场”，可人类终于发现，大海不再沉默，大海向人类亮出了黄牌：风光秀丽的海滨变得满目疮痍，丰富的近海生物资源日趋减少，赤潮频频发生，海洋被严重污染了。

第1章 绪论 垃圾围城–最严重的城市病 全世界每年排放的各种工业废弃物和城市生活垃圾约有100亿吨， 其中5%–10%属于危险废物。 我国2002年生活垃圾年产量约为1.36亿吨，工业固体废物9.5亿吨，其中化学品等危险废物约1000万吨。由于缺乏有效处理，我国历年的垃圾存量已超过60亿吨，全国660多个城市中有2/3处于垃圾包围之中。

第1章 绪论 20世纪化学工业带来的污染(世界八大公害事件) 伦敦烟雾 多诺拉烟雾 1.工厂多工业污染物积聚 2.遇雾天 公害 成因 SO2+烟尘→ 硫酸 →肺部、咳嗽、胸闷、喉痛、呕吐 二氧化硫烟尘 1948年10月 美国多诺拉 SO2→SO3 → 肺部、咳嗽… 1930年12月 比利时马斯河谷 马斯河 谷烟雾 1952年12月 英国伦敦 致害原因 中毒症状 发生时 间、地点 污染物 事件

第1章 绪论 生产中多氯联苯进入米糠油 食用含多氯联苯的米糠油、全身起红疙瘩、呕吐、恶心、肌肉通 1968年日本九州艾知县等23个府县 多氯 米糠油事件 炼锌厂含镉废水 关节、神经、全身骨痛、骨骼萎缩、食含镉的米、水 1972年3月 日本富山 镉 富山骨痛病 Co/Mn/Ti粉尘 SO2 重金属微粒SO2 →肺部,支气管哮喘 1955年3月 日本四日市 SO2 煤尘 … 四日事件 哮喘病 氮肥生产催化剂 鱼吃甲基汞、人吃鱼→失常 1943年 日本九州 甲基汞 水俣事件 氮氧、碳氢化物→大气 公害 成因 光化学烟雾 石油工业、汽车尾气/紫外线作用、眼病喉头炎 1943.5-12月 美国洛杉矶 洛杉矶光 化学烟雾 致害原因 中毒症状 发生时 间、地点 污染物 事件

第1章 绪论 其它化学污染 氟氯烃对大气臭氧层破坏，紫外光透过大气层 1980年以后探明 皮癌增多 化学中毒 甲基异氰酸大量泄漏致死约4000人，伤者无数。 1984年印度Bhopal化工厂 严重化学污染引起河面着火 ～1970年 美国俄亥俄州Cuyahoga河 河面着火 致害原因及严重后果 发生时间、地点 事件

第1章 绪论 1.3.2 资源  能源 化学将会在解决能源这一人类面临的重大问题方面做出贡献。目前我国的经济持续稳定增长，使能源开发利用面临需求增大和环境污染的双重压力。而能源利用效率低，环境污染严重是我国亟待解决的重要问题。发展新能源及其储能材料在受到化学家重视的同时，也引起政府部门的关注，科学研究和产业化研究正相伴而行。我国化学家可望在未来几年里创制和开发出多种新型催化剂，使我国的煤、天然气和煤层气的综合优化利用取得优异成绩，从而减缓我国的能源紧张和环境污染的压力。21世纪我国核能利用将进一步发展，而化学研究涉及到核能生产的各个方面，化学工作者必将为我国核能的安全利用做出应有的贡献。此外，化学家在大规模、大功率的光电转换材料方面的探索研究将导致太阳能的开发利用。而化学家从事的新燃料电池及催化剂的研究可能在21世纪初出现突破，电动汽车将向实用化迈出一大步，这将改变人类能源消费的方式，同时提高人类生态环境的质量。 其他资源 土地资源、矿产资源、生物资源

第1章 绪论

第1章 绪论 1.3.3 健康 21世纪化学将在控制人口数量、克服疾病和提高人的生存质量等人口与健康诸方面进一步发挥重大作用。未来的10年中，化学工作者将会发现和创造更安全和高效的避孕药。在攻克高死亡率和高致残的心脑血管病、肿瘤、高血脂和糖尿病以及艾滋病等疾病的进展中，化学工作者将不断创制包括基因疗法在内的新药物和新方法。此外，由于人口高速老龄化，老年病在21世纪初会成为影响我国人口生存质量的主要问题之一。化学将会在揭示老年病机理、开发和创制诊断和治疗老年性疾病药物和提高老年人的生活质量方面做出贡献。相信在21世纪初，我国化学家和药物化学家在针对肿瘤和神经系统等重要疾病的创新药物研究中，发现和优化数个新药候选化合物，建立具有自主知识产权的新药产业。中药是我国的宝贵遗产，化学研究将在揭示中药的有效成分、揭示多组分药物的协同作用机理方面发挥巨大作用，从而加速中医药走向世界，实现产业化，成为我国经济新的增长点。

畸胎剂 镇静剂

第1章 绪论 1.4 可持续发展与绿色化学 20世纪中期以前–稀释废物来防治污染时期 20世纪中期至八十年代末–末端治理时期 1.4 可持续发展与绿色化学 1.4.1 环境保护经历的三个时期 20世纪中期以前–稀释废物来防治污染时期 20世纪中期至八十年代末–末端治理时期 20世纪九十年代以后–污染预防为主，末端治理为辅时期

第1章 绪论  发展绿色化学是实现可持续发展的必然要求  发展绿色化学是在化学化工行业实施清洁生产的需要 1.4.2 可持续发展与绿色化学  发展绿色化学是实现可持续发展的必然要求  发展绿色化学是在化学化工行业实施清洁生产的需要  发展绿色化学是科学技术和经济发展的需要 化学工业企业面临的压力：一，降低生产成本，提高经济效益；二，治理污染要求增大 成本。 发展化学工业从而发展经济，就必须寻求新的原理和方法，发展新的技术，以降低化学 品生产的显性成本和隐性成本。而绿色化学正好具有这个潜力。另外，对于一些行业， 要治理其产生污染所需的费用可能比它本身产生的效益还大得多，必需有新的原理、新 的技术产生。

第1章 绪论 推荐三本书 《绿色化学导论》，化学工业出版社出版（2000年），仲崇立编著。本书介绍了绿色化学这一新兴交叉学科的理论与应用，及其在建立可持续技术方面的作用与意义。分别论述了绿色化学的原理、研究领域；生物质与生物燃料；各种不同类型化学反应的绿色化学评价；化学影响的评估与更安全化学品的设计；可持续性分析；绿色化学的研究动向。 《绿色化学导论》，武汉大学出版社出版（2002年），徐汉生编著。本书内容包括化工生产中的环境影响评估、利用再生资源开发化工产品、催化反应、绿色溶剂、提高有机合成效率的有关技术、生物技术在绿色合成中的应用、产品与工艺的绿色化革新与组合。

第1章 绪论 《化学的今天与明天》,由科学出版社出版(1998年)，其副标题是“一门中心的、实用的和创造性的科学”（见右图）。本书的特点是中英文对照：前半部分为中译文，后半部分为英文原稿。本书不仅可以帮助读者了解化学的前沿，而且有助于提高读者的英语阅读能力。本书的英文原名为《Chemistry、Today and Tomorrow―――The Central,Useful and Creative Science》，作者为美国化学会会长、哥伦比亚大学R.布里斯罗教授。布里斯罗1952年毕业于哈佛大学，主修化学，获生物化学与药学硕士，有机化学博士，1991年获美国总统授予的美国国家科学奖，其代表著作有《Enzymes:The Machine of Life（酶：生命的机器）》等。康奈尔大学教授Roald Hoffmann对此书推崇之至，他讲到“Breslow展示了化学不仅是一门实用的科学，并且是一门有生命力的能振奋人心的科学。”另一位诺贝尔化学奖获得者、哈佛大学Dudley Hersahbach教授对此书的评价为：“专业科学家欣赏这本书是因为他提供了一种能具有吸引力的向公众宣讲科学的极好榜样”，“本书说明分子科学是人类日常生活中各个方面的基石”。美国总统科学教学奖获得者、高中化学教师Frank Cardulla评价“本书向读者提供了一幅人人受益的、重要的、美丽而特殊的景观，这就是化学已渗入每个人的日常生活。本书几乎适合各种水平的读者阅读。”

第1章 绪论 学习化学的三个境界 第一境界为“走近化学”。在此阶段应对该门学科有一整体的了解，对学科特点有宏观的把握。第二境界是“走进化学”，意即对化学进行深入的学习与研究，掌握化学的语言、研究内容、方法、理论等等。第三境界是“走出化学”。化学学习的最终目的在于应用，因此必须走出为学而学的狭隘圈子，要为人类更加美好的明天做出贡献。 总体上说来，从第一到第三境界是逐渐提高的，但是也并不绝对。对一门学科学习的好坏，不在于该学科是否为自己的主修专业，而是由学习的方法所决定，化学亦如此。目前很多人将水污染、大气污染等各种环境问题的产生怪罪于化学，这说明他们对化学并不十分了解。化学的功用无处不在，化学的发展得益于其它学科也促进了其它学科的发展，人们认识化学这门学科时往往忽略了它带给人类生活的巨大变化和种种利益。化学更像是一门甘于“沉默”的学科，犹如“待到山花烂漫时，它在丛中笑”的梅花一样。 学习化学的最后境界――“走出化学”，与著名国学大师王国维先生用古诗词评点的做学问的第三境界有异曲同工之妙，正是“众里寻他千百度，蓦然回首，那人却在，灯火阑珊处”。