绿色化学与化工导论(ppt75).ppt

绿色化学与化工导论 欢迎你 医药化工学院 梁华定 20世纪化学工业为衣 食 住 行 保健和娱乐以及国防安全提供了丰富的化学物质 也带来了不同程度的环境污染21世纪绿色化学的进展将证明化学有能力推动经济和社会的可持续发展 保障子孙后代的美满幸福生活 开设本课程的目的 环境污染 能源枯竭等问题是当前人们最为关心的热门话题之一 传统化学 化工面临着人类可持续发展要求的严重体挑战 而绿色化学化工的兴起和发展 既可以从根本上保护环境 又可以进一步促进化学工业生产发展 因此化学工业的出路在于大力开发和应用基于绿色化学原理产生和发展起来的绿色化学化工技术 通过本课程的学习 掌握绿色化学与化工的基本概念 基本原理 了解化学 化工生产中的资源与能源合理利用及生态环境可持续性发展间的关系 达到开阔视野 拓宽知识面 便于从整体上认识化学学科 树立既保护环境又推动工业生产发展的新观念 同时及时了解最新最热门的科学技术成果的研究进展以及国内外发展状况 为成为知识渊博 研究方向明确的高素质人才打下基础 本课程为考查课 总学时数为34学时 自学课程 主要以自学为主 辅导两次 目的培养自学能力 自学内容 按大纲要求 结合教材及有关参考资料自学 做好自学笔记 考核形式 自学笔记40 小论文或读书报告30 期终考查30 课程性质及要求 教材及参考书 1 李德华 绿色化学化工导论 北京 科学技术出版社 20052 闵恩渍 吴巍编著 绿色化学与化工 北京 化学工业出版社 20004 3 仲崇立 绿色化学导论 北京 化学工业出版社 20004 贡长生 张克立 绿色化学化工实用技术 北京 化学工业出版社 20025 沈玉龙 魏利滨 曹文华 绿色化学 北京 中国环境科学出版社 20046 顾国维 何澄 绿色技术及其应用 上海 同济大学出版社 19997 P T 阿纳斯塔斯 J C 沃纳 李朝军 王东 绿色化学理论与应用 北京 科学出版社 2002 教学内容及要求 第一章绪论 从环境问题的产生与发展 了解绿色化学的产生 发展 重要性 掌握绿色化学的定义和特点 第二章绿色化学原理 掌握绿色化学的12条基本原则 掌握原子经济性反应及绿色化学手段 第三章化学工业的可持续发展 了解可持续发展与化工清洁生产的关系 掌握化工可持续发展的有效途径是必须采用绿色技术 第四章工业生态学原理 了解工业生态学发展史及几个基本概念 熟悉工业生态学的三大研究方法 工业代谢 生命周期评价 区域产业生态系统建设 掌握循环经济和生态工业的重要性 第五章绿色化学化工技术 了解能源 分类及各种能源技术 了解材料的分类并掌握各类新型材料的特点 掌握催化技术 熟悉生物技术及分离技术 微波技术 膜技术 超声技术 第六章绿色无机化学工艺 熟悉几种无机化学工业生产 磷铵生产 铬盐生产 氯碱生产等 的绿色化 第七章绿色有机化学工艺 以乙苯脱氢制苯乙烯 环氧丙烷绿色生产工艺 醋酸生产的绿色化为例熟悉几种有机化学工业生产的绿色化 第八章制药工业绿色化 熟悉各种制药工业 化学制药 中草药制药 生物制药 的绿色化 绿色化学又称环境无害化学 由此发展的技术称环境友好技术或洁净技术 即利用化学原理在化学品的设计 生产和应用中即消除或减少那些对人类健康 社区安全 生态环境有毒有害物质的使用和产生 设计研究没有或只有尽可能少的环境负作用 在技术上和经济上可行的产品和化学过程 什么是绿色化学 迄今为止 化学工业的绝大多数工艺都是20多年前开发的 近年来 由于化学工业向大气 水和土壤等排放了大量有毒 有害的物质 1992年 美国化学工业用于环保的费用为1150亿美元 清理已污染地区花去7000亿美元 1996年美国Dupont公司的化学品销售总额为180亿美元 环保费用为10亿美元 所以从环保 经济和社会的要求看化学工业不能再承担使用和产生有毒 有害物质的费用 需要大力研究与开发从源头上减少和消除污染的绿色化学 绿色化学的重要性 从科学观点看 化学科学基础的创新从环境观点看 从源头上消除污染从经济观点看 合理利用资源和能源 降低生产成本 符合经济和社会可持续发展的要求 美国1990年美国颁布了 污染防治条例 将污染的防治定为国策1995年4月美国副总统Gore宣布了国家环境技术战略 其目标为 至2020年地球日时 将废弃物减少40 50 每套装置消耗原材料减少20一251999年 世界上第一本 绿色化学 杂志诞生 2000年 美国化学会出版了第一本绿色化学教科书 日本制订 21世纪重建绿色地球 的新阳光计划 设立 为地球创新技术的研究院 欧盟各国德国1991年制订 为环境而研究的计划 英国2000年设立 JerwoodSalters环境奖 荷兰制订 清洁生产手册 各国政府推动绿色化学的措施 中国制订了 科教兴国 和可持续发展策略 并于1993年世界环境和发展大会之后 编制了 中国21世纪议程 郑重声明走可持续发展道路的决心 1995年中国科学院化学部组织了 绿色化学与技术 推进化工生产可持续发展的途径 院士咨询活动 1997年国家自然科学基金委 九五 重大项目 环境友好石油化工催化化学与反应工程 1997年5月 香山科学会议第72次学术研讨会 可持续发展问题对科学的挑战 绿色化学 1998年合肥第一届国际绿色化学高级研讨会 1999年北京第16次九华山科学论坛 绿色化学的基本科学问题 2000年科技部 国家重点基础研究发展规划项目 立项 石油炼制和基本有机化学品合成的绿色化学 1 对我国的环境至关更要的一些工业 如煤炭 石油 化工 造纸 制革 酿造和制药中的绿色化学开展基础研究 2 在 原子经济性 和可持续发展的基础上研究合成化学和催化化学的基础问题 即绿色合成和绿色催化等 3 综合利用现代生物技术和化学化工技术的绿色生化工程 如生物煤炭脱硫 微生物造纸 新生物煤炭脱硫和新生物质能源等 4 研究如何用类似于生物分子的自复制和自组装过程生产一般分子 特别是无机小分于 和特殊功能的纳米粒子 我国把绿色化学列入重点支持的更大基础领域 确定如下具体目标 绿色化学的目标能实现吗 回答是肯定的 因为这是人类社会的共同愿望 但最终杜绝化学污染源 无疑在技术上 经济上都极为困难 它需要我们更新观念 改革化工设备和工艺 过去 化学科学只强调化合物的功能 化学反应的效率 较少研究不利的有毒作用 新任美国化学会会长在2000年1月发表的就职报告中指出 更安全的化学是化学家在21世纪化学学习的首要领域 科学技术是靠人才来推动的 当新代化学家的绿色化学意识提高时 绿色化工的理论和成果将充分地发展 近几年 绿色化学这一 预防化学污染的新观点 逐步被人们认识 接受 美国科学基金会和许多化工企业已提供专门基金资助绿色化学的研究 美国白宫继提出 信息高速公路计划 后 1995年 美国专设了 总统绿色化学挑战奖 奖励有更大突破的绿色化学成果 绿色化学的可行性 绿色化学的主要特点 1 化学反应的原子经济性 2 化学反应的清洁性3 化学工艺的循环性和闭路性 4 化学反应技术的可持续性5 化工生产的可持续性 绿色化学的主要内容 1 预防 prevention 防止废物产生优于废物产生后再处理或清理2 原子经济性 atomeconomy 应设计合成方法使其能把反应过程中利用的所有材料尽可能多地转化到最终产物中3 低毒化学合成 iesshazardouschemicalsynthesis 只要可行 应设计合成方法使其利用和产生的物质对人类健康和环境无毒性或很低毒性 4 设计安全化学品 designingsaferchemicals 应设计化工产品使其保留功效 但降低毒性 化工生产应遵循 绿色化学12条原则 5 安全的溶剂和助剂 atersolventsandauxiliaries 应尽可能避免使用辅助物质 如溶剂 分离剂 如用时应是无毒的6 能量效率设计 designforenergyefficiency 应考虑到能源消耗对环境和经济的影响 并应尽量少地使用能源 如有可能合成应在常温和常压下进行7 使用可再生原料 userenewablefeedstocks 只要技术和经济上可行 原料应是可再生的 而不是将耗竭的8 减少衍生物 reducederivatives 应尽可能避免不必要的衍生化 阻断基团 保护 脱保护 物理和化学过程的暂时修饰 因为这些步骤需要添加试剂并可能产生废物 9 催化 catalysis 催化试剂 有尽可能好的选择性 优于化学计量试剂10 降解设计 designfordegradation 应设计化工产品使其在完成使命后不在环境中久留 并降解为无毒的物质11 防止污染的快速分析 real timeanalysisforpollutionprevention 分析方法须进一步发展 以能够进行即时的和在线的跟踪及控制有害物质的生成12 本身安全 能防止意外事故的化学 inherentlysaferchemistryforaccidentprevention 在化学转换过程中 所用的物质和物质的形态应尽可能地降低发生化学事故的可能性 包括 泄漏 爆炸 和火灾 绿色化学的方向 1 无毒 无害的原料2 在无毒 无害的反应条件下进行3 原子经济性 4 产品应是环境友好的5 闭路循环 之路 常用的许多化学 化工原料 如 氰氢酸 丙烯氰 甲醛 环氧乙烷 光气 卤代芳烃 稠环芳烃等都具有毒性 对环境有很大的危害 清洁原料的战略任务是 用生物质作化工原料 1 无毒 无害的原料 在代替剧毒的光气作原料生产有机化工原料方面 Riley等报道了工业上已开发成功一种由胺类和二氧比碳生产异氰酸酯的新技术关于代替剧毒氢氰酸原料 Monsanto公司从无毒无害的二乙醇胺原料出发 经过催化蜕氢 开发了安全生产氨基二乙酸钠的工艺 改变了过去的拟氨 甲醛和氢氰酸为原料的二步合成路线 并因此获得了1996年美国总统绿色化学挑战奖中的变更合成路线奖 石油与煤 早期人类主要利用植物等生物质 如用植物染料染布 从植物中提取药用成分 但150年前人类发现了煤 石油等化石类原料 并致力于开发利用这些原料 目前石油化工和煤化工已成为各国的基础产业 然而石油和煤资源有限 在利用过程中还产生污染 其缺点已逐渐突现出来 因此迫切需要寻找新的 清洁的原料 在这些新原料中 最引起人们注意的是生物质 绿色植物通过光合作用直接产生或间接衍生的所有物质即为生物质 如 植物 地球上储量约2亿亿吨 年再生速度1640吨 其主要成分为 淀粉 由葡萄糖经a 1 4化学键相连 和纤维素 由葡萄糖经b 1 4化学键相连 生物质中最值得利用的是木质纤维素 其优点是 1 由可降解的葡萄糖组成 2 生物圈中最丰富的有机物 然而在实际应用时却遇到许多困难 其应用中的主要难点为 1 多处于结晶态 2 采用b 1 4化学键 3 与木质素连结在一起 生物质 利用可再生资源生产大宗有机化工产品方兴未艾 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 DuPont和GenecorInternational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Frost报道以葡萄糖为原料 通过酶反应可制得己二酸 邻苯二酚和对苯二酚等 尤其是不需要从传统的苯开始来制取作为尼龙原料的己二酸取得了显著进展 另外 Gfoss首创了利用生物或农业废物如多糖类制造新型聚合物的工作 具优越性在于聚合物原料单体实现了无害化 生物催化转化方法优于常规的聚合方法 Gross的聚合物还具有生物降解功能 从生物质原料所制产品的目标 美国国家研究委员会 NationalResearchCouncil 利用可再生资源生产大宗有机化工产品的研究 可再生植物原料中现在使用的葡萄糖 正在开发低成本的蔗糖 最后使用木质素纤维生物催化 化学法的组合组织多学科合作 加强研究 2 在无毒 无害的反应条件下进行 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 无溶剂反应 从理论上讲 无溶剂 则不会有溶剂的毒害 然而许多反应需要溶剂参与传热或传质等 无溶剂对反应非常不利 以水为溶剂 水对环境无害 但有些反应物不溶于水 且废弃的水会对人类生活产生影响 况且 人类面临淡水供给危机 这种做法无异于雪上加霜 以超临界流体为溶剂 这是非常有前途的方法 如采用超临界二氧化碳 可溶解多种反应物 并能促进许多反应的发生 超临界二氧化碳具有无毒 不可燃 价廉等优点 已得到了广泛应用 用无毒无害的溶剂 研究水或近临界水作为溶剂以及有机溶剂 水相界面反应 采用水作溶剂虽然能避免有机溶剂 但由于其溶解度有限 限制了它的应用 而且还要注意废水是否会造成污染 在有机溶剂 水相界面反应中 一般采用毒性较小的溶剂 甲苯 代替原有毒性较大的溶剂 如二甲基甲酰胺 二甲基亚砜 醋酸等 采用无溶剂的固相反应也是避免使用挥发性溶剂的一个研究动向 如用微波来促进固 固相有机反应 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 化学性质稳定不会形成光化学烟雾 也不会破坏臭氧层来源丰富 价格低廉超临界二氧化碳可很好地溶解一般有机化合物 超临界二氧化碳是指温度和压力均在其临界点 3llC 7477 7gkPa 以上的二氧化碳流体 它通常具有液体的密度 因而有常规液态溶剂的溶解度 在相同条件下 它又具有气体的粘度 因而又具有很高的传质速度 而且 由于具有很大的可压缩性 流体的密度 溶剂溶解度和粘度等性能均可由压力和温度的变化来调节 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 超临界二氧化碳代替有毒 有害溶剂的发展 利用我国合成氨厂 炼油厂中制氢装置大量排放的CO2 开发 或引进 超临界CO2技术在房屋装修 泡沫塑料生产 服装干洗等中应用 形成新兴产业 近年来国外正从分子筛 杂多酸 超强酸等新催化材料中大力开发固体酸烷基化催化剂 其中采用新型分子筛催化剂的乙苯液相烃他技术引人注目 这种催化剂选择性很高 乙苯重量收率超过99 6 而且催化剂寿命长 还有一种生产线性烷基苯的固体酸催化剂替代了氢氟酸催化剂 改善了生产环境 已工业化 在固体酸烷基化的研究中 还应进一步提高催化剂的选择性 以降低产品中的杂质含量 提高催化剂的稳定性 以延长运转周期 降低原料中的苯烯比 以提高经济效益 采用无毒 无害的催化剂 目前烃类的烷基他反应一般使用氧氟酸 硫酸 三氯化铝等液体酸催化剂 这些液体催化剂共同缺点是 对设备的腐蚀严重 对人身危害和产生废渣 污染环境 为了保护环境 开发新一代苯与烯烃烷基化无毒无害固体酸催化剂 传统AlCl3 HF催化剂的缺点 腐蚀设备 危害人身健康和社区安全 废水 废渣污染环境 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 开发新一代苯与烯烃烷基化无毒无害固体酸催化剂 加快已有基础的负载型杂多酸的开发利用悬浮催化蒸馏等新工艺力争开发具有中国特色的独特先进新催化剂和工艺继续研究纳米分子筛复合材料 离子液体等新催化材料 3 原子经济性 大力开发医药等精细化工产品 原子经济 反应 力争实现废物 零排放 BarryTrost 原子经济性 AtomEconomy 概念A BC DA BC 产物 废物或副产物 废物为零 不同工业部门生产中的废物排放量 制药 精细化工 更需开发原子经济反应 第一步 第二步 第三步 第四步 第五步 第六步 布洛芬 Boots公司的Brown方法 原子经济性 40 布洛芬 镇静 止痛药的生产 第一步 第二步 第三步 BHC公司新发明的绿色方法 简单多了 原子经济性 99 包括醋酸 获1997年美国总统 绿色化学挑战奖 传统工艺3 氯过苯甲酸氧化剂 原子经济性42 产生3 氯苯甲酸废物绿色工艺负载锡的 沸石催化剂 过氧化氢氧化剂 原子经济性86 副产物只有水 Baeyer Villiger反应 用于生产医药 塑料添加剂 O C l O O O H O O C l O H O 锡 沸石 医药 农药 功能化学品的研究 绿色化学最活跃的前沿领域 大力研究原子经济反应和手性合成等医药 农药等产品要引进多种官能团和调整化学结构 生产往往经过多步反应 需要配套开发技术 才能推向工业化 大宗有机化工产品的第二代绿色生产技术正在开发 烃类氧化的 原子经济 反应正在改进替代剧毒光气等原料的绿色技术 研究降低成本开发新一代苯与烯烃烷基化无毒无害固体酸催化剂 烃类氧化的 原子经济 反应正在改进 20世纪80年代发明钛硅分子筛作为催化剂采用H2O2为氧化剂实现下列 原子经济 反应丙烯环氧化制环氧丙烷环己酮氨氧化制环己酮肟苯酚氧化制对苯二酚 丙烯环氧化制环氧丙烷 次氯酸 石灰 废渣污水 传统工艺 氯醇法 原子经济性 31 绿色工艺 钛硅分子筛催化 原子经济性 76 1 氯丙醇 2 氯丙醇 目前针对烃类催化氧化的不足 又有了新进展 降低H2O2费用原位H2 O2合成H2O2 与丙烯环氧化集成新氧化剂 异丙苯过氧化物新氧化催化材料Sn 沸石有机氮络合Fe2 系催化剂含钨的金属簇相转移催化剂 替代剧毒光气等原料的绿色技术需要降低成本 1984年印度博帕尔光气泄漏事件2000年罗马尼亚一家工厂的氰化物泄漏到多瑙河支流事件 造成人身伤亡 生态环境严重破坏需要开发绿色技术 替代光气制造异氰酸酯工艺 伯胺和二氧化碳或碳酸二甲酯反应伯胺和一氧化碳进行氧化羰化硝基苯和一氧化碳羰基化正在小试 中试 比光气法生产成本高10 需要降低成本 甲基丙烯酸甲酯的生产工艺 传统工艺 绿色工艺 47 原子经济性 100 原子经济性 投资 成本低 永恒的主题 设计 生产和使用环境友好产品 产品应该是环境友好的 否则即便是再绿色的生产过程也没有意义 例如 塑料即为环境极不友好的产品 塑料曾被称为 白色革命 但现在却被称为 白色污染 环境友好产品 在加工和应用过程中及功能消失之后均不会对人类健康和生态环境产生危害 4 产品应是环境友好的 在环境友好产品方面 从1996年美国总统绿色化学挑战奖看 设计更安全他学品奖授予RohmHaas公司 由于其开发成功一种环境友好的海洋生物防垢剂 小企业奖授予Donlar公司 因其开发了两个高效工艺以生产热聚天冬氨酸 它是一种代替丙烯酸的可生物降解产品 在环境友好机动车燃料方面 随着环境保护要求的日益严格 1990年美国清洁空气法 修正案 规定 逐步惟广使用新配方汽油 减小由汽车尾气中的一氧化碳以及烃类引发的臭氧和光化学烟雾等对空气的污染 新配方汽油要求限制汽油的蒸汽压 苯含量 还将逐步限制芳烃和烯烃含量 此外 保护大气臭氧层的氟氯烃代用品已在开始使用 防止 白色污染 的生物降解塑料也在使用 美国 总统绿色化学挑战奖 的设计更安全化学品奖 1996年至2001年获奖项目Rohm Haas公司的Sea NineTM海洋生物防垢剂Albright Wilson公司的低毒性 能快速降解的THPS杀菌剂Rohm Haas公司对一类安全高效 具有选择性杀虫效果的ConfirmTM杀虫剂家族的发明和应用DowAgroSciencesLLC公司发明的新型天然杀虫剂产品SpinosadDowAgroSciences公司的Sentricon白蚁巢穴杀灭系统PPG公司的Enviro Prime2000无铅凃层 绿色化学品的设计 功能与环境影响并重 转变观念 产品功能与环境影响并重 设计 研制新产品时 一般要考虑下面因素 物质的结构与活性的关系避免采用毒性功能基团生物吸收量最小化使辅助的物质最小化 工农结合 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 柴油是另一类重要的石油炼制产品 对环境友好柴油 美国要求硫含量不大于0 05 芳烃含量不大于20 同时十六烷值不低于40 为达到上述目的 一是要有性能优异的深度加氢脱硫催化剂 二是要开发低压的深度脱硫 芳烃饱和工艺 国外在这方面的研究已有进展 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化学法液碱催化固体碱催化二段催化酶催化 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年规划达到230万吨 2010年达到830万吨 德国生物柴油的年产量已达40万吨 已有700多个加油站销售生物柴油 法国许多石油柴油中已调配有生物柴油 哥本哈根 里斯本等欧洲城市的公共汽车已经使用生物柴油美国30万吨 年 日本40万吨 年生物柴油生产能力 我国发展生物柴油的意义 问题及对策 超清洁柴油有利于增产柴油 调整柴汽比减少原油进口 多一条运输能源安全保障的途径多一条农林业增产 增收途径关键是植物油成本高 难与石油柴油竞争对策 政府支持与农业生产结合 农业加工工业 种植低成本油料作物改进工艺 利用副产品 甘油 润滑剂 清洁溶剂等 降低成本 5 闭路循环 之路 闭路循环 回收的实例 从尼龙地毯中回收己内酰胺DuPont公司旧地毯送回工厂 从底层除去地毯纤维 碾碎成尼龙细绒 再混合成型利用AlliedSignal和DSM公司 化学反应除去聚丙烯和衬里 填充物 再回收己内酰胺 从废泡沫塑料回收原料 苯乙烯 采用高温高压熔融裂解工艺 已建一套废泡沫塑料回收苯乙烯的工厂规模1000吨 年 从聚酯废料回收原料 对苯二甲酸和乙二醇 采用糖化法 正建一套废聚酯瓶回收对苯二甲酸和乙二醇的工厂规模1万吨 年 废塑料 纤维等材料的回收 走上 闭路循环 之路的对策 废塑料 纤维等的回收 关键是建立起垃圾的分类回收系统从易回收的废塑料入手 与销售部门联合回收电冰箱 洗衣机 电视机等家电产品的聚苯乙烯塑料 与饮料工厂合作 回收废聚酯瓶组织多学科合作开发技术 包括引进个别新技术 绿色化学生产 涂料工业 制革工业引言 造纸工业 氯氟碳化合物 CFCs 可降解塑料 绿色化学合成途径和合成技术一些合成途径和技术体现了绿色化学的思想 如 电化学合成是合成新药物和其他有机物的有效手段无机水热合成 条件温和 污染少 可用于合成新型分子筛和其他环境友好催化剂 绿色化学化工 寻找充分利用原材料和能源的在各个环节中部净化和无污染的反应途径和工艺 涂料 应用于物体表面而能结成坚韧保护膜的物料的总称 多数是含有或基本不含颜料的粘液 1 涂料工业 涂料的功能 1 防止物体表面受到气候腐蚀 化学腐蚀以及日光照射而起变化 2 防止或减少物体表面直接受到摩擦和冲击 3 增加物体表面美观 挥发性有机物 VOC 涂料中通常含有挥发性有机物 VOC VOC VolatileOrganicCompound 包括碳氢化物 有机化物 有机硫化物 碳基化合物 有机酸和有机过氧化物等 在NOx存在下 还可导致光化学烟雾的产生和污染 有机溶剂及其它有机污染物在阳光作用下会产生许多光化学反应 一般指大气中的原子 分子 自由基或离子由于吸收光子而引起的反应 污染范围大 使全球气候变暖 大气层氧化容量和酸度变化 导致酸雨 VOC 挥发性有机化合物 会产生直接毒害 同时还会产生光化学烟雾 VOC的主要来源有交通和涂料的生产与使用 占20 25 绿色涂料 亦称环境友好涂料 是指涂料在制造和施工过程中没有有害物质的分解 挥发 排放或分解 挥发 排放的有害物质在规定的工艺条件下能满足排放标准 不至于对人类和大自然造成危害 因此 我们要发展对环境污染少 对人体无害的涂料 关键 开发低VOC的涂料 A 高固含量溶剂型涂料低固含量溶剂型涂料的固含量通常为30 50 而高固含量溶剂型涂料的固含量为65 85 开发高固含量溶剂型涂料可减少挥发性有机溶剂的使用 降低对人类和环境的危害程度 绿色涂料的尝试 B 水基涂料水基涂料以水作为溶剂 不会对环境产生污染 常见的水基涂料有 水分散型涂料 即以有机溶剂 水为溶剂 以水代替部分有机溶剂 可以减少OC的危害 乳胶型涂料 即涂料分子以乳胶形式分散于水中 这种涂料VOC含量极低 甚至为零 目前以获得广泛应用 水溶性高分子 即涂料高分子材料即为水溶性的 这样即可完全采用水作为溶剂 但开发水溶性高分子材料 尤其是适用于各类需求的涂料高分子材料具有一定难度 因此该类已商品化的涂料较少 粉末涂料 即不需要任何溶剂的涂料 其优点是理论上绝对零VOC 然而在应用中却遇到困难 如 工艺复杂 涂层较厚 配色性差 不规则物体涂布效果差等 引言 制革工业是我国重要工业部门之一 年产量高 每年年产猪皮革约八千多万张 牛皮革三千多万张 羊皮革五千多万张 年出口创汇八十多亿美元 在国际皮革业 尤其是中低档皮革业中占有重要地位 2 制革工业 制革工业污染的来源 制革工业污染严重 主要污染来源为 除去原料皮上的废料 占污染源70 80 通常1吨原料皮只能生产200千克皮革 制革过程中所用的化工原料 如 盐腌 酸浸 鞣制 铬鞣 等过程中都会带来很大污染 我国制革工业污染严重 我国制革业污染严重 具不完全统计 我国制革业每年产生3500吨含铬废物 5000吨含硫废物及12吨悬浮物污染 我国许多地区被制革废物严重污染 鞣制原理及改进 鞣剂主要与胶原结合 常见的鞣剂为含铬化合物 含铬化合物与胶原的活性基作用时 铬以正价与胶原的羧基作用 以负价与胶原的氨基作用 这样使皮革蛋白发生恰到好处的变性 成为熟皮 熟皮不会霉变 而且有很好的质感 铬鞣剂是目前发现的最好的鞣剂 其鞣革性优越 然而铬鞣剂毒性大 由此产生的制革工业废物对环境具有很大的危害 因此人们致力于改善鞣革剂 例如 采用金属络合物以及开发高吸收铬鞣剂 鞣剂的污染 制革业污染严重 其中危害最大的是鞣剂的污染 常用的鞣剂有无机鞣剂和有机鞣剂 这些鞣剂通常都含铬 铝 铁 锆 钛 硅等元素 3 造纸工业 造纸用植物主要组成为木素和纤维素 木素是由若干苯丙烷单元构成的高分子聚合物 纤维素是用于造纸的部分 造纸过程中需将纤维素与木素分离 将所得原料漂白后才可用于形成纸张 造纸工业的主要污染 造纸工业的主要污染为有害废液 占全国废水排放量1 6 造纸过程最易产生污染的阶段通常包括 煮浆 碱煮时的废水 漂白 含氯漂白物 制浆 中段废水 等 其中含氯废水是最为严重的污染物 造纸用植物主要组成 1 改革漂白技术通过改革漂白技术 可以减少含氯废水的污染 现在比较通用的是采用少氯漂白技术 如 以ClO2替代Cl2 或采用无氯漂白技术 如 采用氧 过氧化氢 臭氧等进行漂白 2 改革制浆技术改革制浆技术也是减少造纸废水的重要环节 如采用机械法制浆 利用废纸制浆及生化制浆 采用适当的微生物来制浆 等 利用废纸制浆是尤其值得提倡的方法 许多发达国家废纸回收率已达到很高水平 例如 1997年法国废纸用量占纸浆总消耗量的48 9 德国为59 荷兰为71 瑞士为65 2 英国为71 5 而我国1998年造纸工业废纸用量占纸浆总消耗量却为38 到2005年 我国拟将废纸用量占纸浆总消耗量的比例提高到45 废纸的再回收和在利用关键在于应大力提倡废纸回收 同时作为普通消费者 应正确对待再生纸 作为普通书写用品 再生纸完全具备了其必须的功能 且制造过程对环境的影响小 是一种绿色产品 在发达国家 人们以使用再生纸为荣 这在高等学府中表现尤为突出 我国目前也在大力推广使用再生纸 作为受过良好教育的年轻人应主动参与到这个行动中 4 氯氟碳化合物 CFCs 氯氟碳化合物 简称 CFCs 是一种含氯 氟和碳等元素的化合物 如制冷剂氟里昂等 CFCs于1930年被发现 它具有化学稳定性好 不燃 无腐蚀性 毒性低 热力学和电化学性能优良等优点 作为致冷剂 灭火剂 泡沫塑料的发泡剂 电子元件的清洗剂 气溶胶喷射剂等被应用于各领域 在CFCs被发现的早期 人们在实验室中进行了大量实验 未发现该类物质对环境有很大影响 然而 在广泛使用并向环境释放时 才发现CFCs的使用从某种程度上讲 就象是打开了潘多拉的魔盒 引言 塑料曾被称为 白色革命 然而时过境迁 在当今的媒体上常将塑料称为 白色污染 塑料被广泛地应用于制作垃圾袋 购物袋 一次性包装袋 餐具等 由于人们的不恰当处置和塑料的特殊性质 如长期不分解 占地面积大 焚烧处理产生有害气体等 导致废塑料产生极大污染 破坏景观 影响农作物及海洋生物生长 危及野生动物生命等 塑料不易降解 塑料是一种高分子材料 常见的高分子的结构为 其主要分子骨架为C C键 从下表的键能数据可以看出 组成塑料骨架的C C键很难断裂 键能 在特定条件下断开化学键所需的能量 5 可降解塑料 C C331kJ mol 很大 C Cl327kJ molC Br276kJ molC I239kJ molC S289kJ molC N293kJ molC P264kJ mol 可降解塑料主要有光降解塑料和生物降解塑料 光降解塑料是在光照下可自行分解的塑料 其光解期可控制在约60 600天 生物降解塑料主要有完全生物降解塑料和生物崩坏性塑料 完全生物降解塑料以淀粉为主要原料 加入一年生长期植物纤维粉和特殊的添加剂制成 淀粉是一种可生物降解天然高分子 在徽生物的作用下会分解为葡萄糖 最后分解为水和二氧化碳 对环境没有任何污染 研究发现采用该法制成的生物降解塑料堆肥状态下五天开始发霉 十天时所测样品与堆肥融为一体 样品失去测试前的形状和颜色 四十天即全部变成水和二氧化碳 此类塑料原料来源广泛 玉米 土豆 红薯 木薯等 并且价格低廉 生物全降解快餐盒每个成本仅为0 18 0 20元 生产过程也无任何污染 添加剂采用的是无毒无害的可食用生物胶 因而该产品在使用后还可以进一步开发作为饲料利用 具有再资源化功效 生物崩坏性塑料是在普通塑料中加入生物降解材料 如光敏剂 淀粉等原料 该塑料制品在使用完 并废弃在大自然中暴露三个月后 可由完整的形状分解成碎片 可降解塑料 植物纤维粉加胺热压技术以植物纤维 例如秸秆 稻草 甘蔗渣等经过破碎得到纤维粉 然后混入大量的胶或树脂 再注入到模具中加高压及高温下成型 以纸代塑技术以纸代塑技术即采用纸浆为原料 在模具中成型 烘干生产一次性餐具 塑料的替代物 清洁生产 绿色化学及绿色化工生产要求清洁生产 清洁生产是指既可满足人们的需要 又可合理使用自然资源和能源 并保护环境的生产方法和措施 其实质是一种物料和能源消费最小的人类活动的规划和管理 将废物减量化 资源化和无害化 或消灭于生产过程之中 清洁生产是一种新的创造性的思想 该思想将整体预防的战略持续应用于生产过程 产品和服务中 以增加生态效益和减少人类及环境的风险 即变 被动反应 为 主动反应