生态化工浙大学术报告课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2001-4-18,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,可持续发展的化学工业,绿色化工,浙江大学材料与化学工程学院,李 伯 耿,2024/11/11,1,可持续发展的化学工业 绿色化工 浙江大学材料与化学工,2,一、化工在国民经济和社会发展中的地位与作用,二、化学工业可持续发展的道路,绿色化工,三、关于绿色化工的基本思考,2024/11/11,2 一、化工在国民经济和社会发展中的地位与作用2023/10,3,主要的化工领域：,能源加工,（燃料）,材料制备,（高分子材料、,金属材料、无机非金属材料,）,精细化学品制备,（染料、颜料、溶剂、日用化学品等）,药物制备,（治疗药、营养药、饲料添加剂、农药、化肥等）,食品加工（酿造、制糖等）,轻加工（造纸、制革等）,环境治理,一、化工在国民经济和社会发展中的地位与作用,2024/11/11,3主要的化工领域：一、化工在国民经济和社会发展中的地位与作用,4,化工与农牧业,（农用化学品、农膜、,）,化工与人类生命,（医药、保健药、理疗、,）,化工与人类生活,（建材、交通、包装、日用化学品）,化工与国防,（装备材料、化学武器、推进剂、微化工过程）,化工与能源,化工与信息技术,（微电子工业中的超纯气体、纯水、试剂、光刻胶、液晶、腐蚀剂、掺杂剂、粘合剂等）,一、化工在国民经济和社会发展中的地位与作用,2024/11/11,4化工与农牧业（农用化学品、农膜、）一、化工在国民经济和,5,一、化工在国民经济和社会发展中的地位与作用,化学工业,一种以,资源与能源加工、物质转化、原材料制备,为任务的,过程工业,。,化学工业始终在国民经济和社会发展中占主导地位，是,20,世纪最辉煌和最有成就感的工业之一。,2024/11/11,5一、化工在国民经济和社会发展中的地位与作用化学工业一种,6,一、化工在国民经济和社会发展中的地位与作用,制造业：,食品加工业,纺织、服装、毛皮业,木材加工及家具制造业,造纸、印刷业,文教、体育用品制造业,石油加工及炼焦业,化学原料及化学制品制造业,医药制造业,塑料制造业,橡胶制造业,化学纤维制造业,非金属矿物制品制造业,黑色金属冶炼及压延加工业,2024/11/11,6一、化工在国民经济和社会发展中的地位与作用制造业：石油加工,7,一、化工在国民经济和社会发展中的地位与作用,有色金属冶炼及压延加工业,金属制品业,专用设备制造业,交通运输设备制造业,武器弹药制造业,电气机械及器材制造业,电子通讯设备制造业,仪器仪表（自动化设备）制造业,2024/11/11,7一、化工在国民经济和社会发展中的地位与作用有色金属冶炼及压,8,一、化工在国民经济和社会发展中的地位与作用,最大的资源转化与产品制造业,最大的国内生产总值与财政收入行业（,2001,年,GNP,达到,1.3,万亿元）,产业的先驱、生产力发展的原动力,国民经济的支柱（美国、德国等发达国家中，化工产业均列国民经济各产业之首）,高技术产业的支撑,2024/11/11,8一、化工在国民经济和社会发展中的地位与作用最大的资源转化与,2004,年度,财富,世界,500,强,排名,公司,主营业务,营业收入,1,沃尔码,零售,263,009.0,2,英国石油,炼油、化工,232,571.0,3,埃克森美孚,炼油、化工,122,883.0,4,壳牌石油,炼油、化工,201,728.0,5,通用汽车,汽车,195,324.0,16,日本电报电话,电信,98,229.1,19,国际商用机器,计算机,89,131.0,46,中国国家电网,电力,58,348.0,52,中国石油天然气,炼油、化工,56,384.0,54,中国石化,炼油、化工,55,062.0,130,微软,软件,32,187.0,单位：百万美圆,2024/11/11,9,2004年度财富世界500强 排名公司主营业务营业收入1,10,二、化学工业可持续发展的道路,绿色化工,国民经济的各部门以及人类生活本身或多或少地造成了环境污染和生态恶化。,污染治理也是化工能作出重要贡献的领域。,但是应当承认，当前的,化工生产（资源的加工与利用）仍然是,环境污染和生态恶化的主要根源之一,。,2024/11/11,10二、化学工业可持续发展的道路绿色化工国民经济的各部门以,11,二、化学工业可持续发展的道路,绿色化工,环境保护与治理的三个时期,稀释排放,对毒性的时间性、生物聚集作用和生态变化尚无认识,末端治理排放,“,三废”处理技术的兴起,绿色化工（生态化工）,从源头消除环境污染（重新设计化学合成路线、制造方法和化工产品）,2024/11/11,11二、化学工业可持续发展的道路绿色化工环境保护与治理的三,12,二、化学工业可持续发展的道路,绿色化工,“,末端治理”存在的问题,部门分割,维持古老落后的技术在市场中的地位,成本越来越高,经济效益的虚增,有损发展中国家利益,2024/11/11,12二、化学工业可持续发展的道路绿色化工“末端治理”存在的,13,二、化学工业可持续发展的道路,绿色化工,工业生态学,观点：,工业体系可以成为生态体系的一种特殊情况，可以,像生态系统那样的方式进行物质、能量和信息的流动和储存。,目标：,找到一条能,使工业体系与生物生态系统的正常运行相互匹配,的途径。,2024/11/11,13二、化学工业可持续发展的道路绿色化工 工业生态学观点,14,二、化学工业可持续发展的道路,生态化工,建立工业生态系统（生态结构重组）的基本思路,废料资源化（二次资源化工）,封闭物质循环系统和减少消耗性排放,产品与经济活动的非物质化,能源脱碳,（以石油替代煤炭、以天然气替代石油，以碳水化合物代替碳氢化合物，更多地采用氢能、太阳能）,2024/11/11,14二、化学工业可持续发展的道路生态化工建立工业生态系统（,15,三、关于绿色（生态）化工的基本思考,资源利用的生态化：,产品源于那些可以再生的资源，甚至源于废弃物资源。,资源加工的生态化：,生产工艺是环境友好的，低污染甚至是无污染的。,资源产品的生态化：,产品在使用过程中不会产生生态污染。,2024/11/11,15三、关于绿色（生态）化工的基本思考资源利用的生态化：产品,16,3.1,资源利用的生态化,化石矿物资源的两大问题：,它们的,生长周期非常漫长,（以亿万年计，实际上是不可再生的），地球上的储量有限，终究会有枯竭的一天。,目前的,环境危机直接或间接的与化石矿物资源的加工和使用有关,（如产生,CO,2,、,SOx,、,NOx,等，形成局部的环境污染、产生酸雨及温室气体）。,2024/11/11,163.1 资源利用的生态化化石矿物资源的两大问题：202,17,生物质资源化,来源于,CO,2,（光合作用），燃烧后产生,CO,2,，但不会增加大气中,CO,2,的含量，因此比矿物燃料更清洁。,以约,1640,亿吨,/,年的速度不断再生，如以能量换算，相当于石油年开採量的,1520,倍，犹如一个取之不竭、用之不尽的资源宝库。,3.1,资源利用的生态化,2024/11/11,17 生物质资源化3.1 资源利用的生态化2023/10,18,生物质资源的利用,需要将组成生物质的淀粉、纤维素、半纤维素、木质素等大分子物质,转化,为葡萄糖等低分子物质,，以便作为燃料和有机化工原料使用。,目前已研究的方法包括物理法、化学法和生物转化法。但物理和化学方法一般能耗高、产率低，且过程污染较严重，因此往往作为,生物转化法,的辅助手段。,3.1,资源利用的生态化,2024/11/11,18 生物质资源的利用需要将组成生物质,19,生物质资源制取燃料,1.,由生物质,制酒精,：大规模地用于机动车燃料还必须降低成本（,1.,利用基因工程改进酵母的性能，以提高过程效率；,2.,采用更为廉价的纤维素原料）。,2.,由生物质,制天然气,（沼气）,10,万头牛粪,5,万,M,3,沼气,3,万户家庭燃烧使用,3.,生物,制氢,：以制糖废液、纤维素废液和污泥废液为原料，采用微生物培养方法制取氢气。关键是提高氢化酶的稳定性。,3.1,资源利用的生态化,2024/11/11,19生物质资源制取燃料3.1 资源利用的生态化2023/1,20,采用生物质生产有机化学品,1.,以谷物制造的葡萄糖为原料，,采用生物技术合成,1,3,丙二醇,（,PDO,），以生产新型聚酯（,PTT),。,2.,以淀粉和纤维素制取的葡萄糖为原料，利用经,DNA,重组技术改进的细菌，将葡萄糖转化为已二烯二酸，然后在催化剂的作用下加氢,制备己二酸,，以制造尼龙纤维、润滑剂、增塑剂等。,3.,以农业废物（秸杆）为原料，应用生物技术,合成乳酸,，进而聚合成可生物降解的聚合物，以替代聚烯烃和,PS,。,3.1,资源利用的生态化,2024/11/11,20采用生物质生产有机化学品3.1 资源利用的生态化202,21,石油时代,可再生生物质资源利用时代？,1.,酶的研究开发：采用基因工程、细胞工程、酶工程技术的最新成果，制造出高度稳定性和容忍性的微生物，并研究从中提取出所需要的酶的简便方法。,2.,木质素的利用。,3.,酶和产物从反应液中的分离。,4.,形成平台化学品,（,Platform Chemicals,）,。,3.1,资源利用的生态化,2024/11/11,21 石油时代 可再生生物质资源利用时代,22,从淀粉或纤维素水解得到的葡萄糖主要用作发酵工业的原料。近年来的研究表明，从葡萄糖脱水和脱甲酸后得到的另一个化合物,乙酰丙酸,（,Levulinic Acid,LA,），将有可能成为一种新的平台化合物。,3.1,资源利用的生态化,2024/11/11,22 从淀粉或纤维素水解得到的葡萄糖主要用作发酵工,23,具有不对称碳原子，,可以进行手性合成或拆分,，获得手性化合物。,是一个,具有生物活性,的分子（例如，在绿色植物或光合细菌中，,LA,是氨基乙酰丙酸的合成前体及,5-,氨基,-4-,酮基戊酸脱氢酶的抑制剂，在血色素生物合成及光合作用调节中起十分重要的功能）。,能够进行酯化、氧化还原、取代等各种反应,，可合成许多有用的化合物和新型高分子材料。,3.1,资源利用的生态化,2024/11/11,23具有不对称碳原子，可以进行手性合成或拆分，获得手性化合物,24,3.1,资源利用的生态化,2024/11/11,243.1 资源利用的生态化2023/10/4,么么么么方面,Sds,绝对是假的,么么么么方面Sds绝对是假的,么么么么方面,Sds,绝对是假的,2001-4-18,26,么么么么方面Sds绝对是假的2001-4-1826,27,选择性还原和脱水过程能够容易地转化为,4-,羟基戊酸,和,-,戊内酯,，最高转化率可达到,99%,。,3.1,资源利用的生态化,2024/11/11,27选择性还原和脱水过程能够容易地转化为4-羟基戊酸和-戊,28,二氧化碳资源,采用,电化学固定法、等离子体固定法及微生物固定法,等非常规方法，以此开发出一系列含氧有机化学产品和功能高分子材料。,3.1,资源利用的生态化,2024/11/11,28 二氧化碳资源3.1 资源利用的生态化2023/10,29,废旧聚合物资源化,裂解制燃料是处理聚合物废弃物的重要手段，也是,碳元素进一步利用,的重要手段。,石油、天然气 燃料,石油、天然气 聚合物 燃料,3.1,资源利用的生态化,2024/11/11,29 废旧聚合物资源化3.1 资源利,30,3.2,资源加工的生态化,原子经济性（元素节约化学）,无害溶剂,超临界二氧化碳、近临界水、离子液,非光气和非氢氰酸的反应路线,固体酸催化反应,封闭物质循环系统和减少消耗性排放,2024/11/11,303.2 资源加工的生态化原子经济性（元素节约化学）20,31,原子经济性与元素节约化学,以起始原料计，反应物中的原子很难全部进入到最终产品中，有时大部分的原子重新组