绿色化学 第一章 绿色化学兴起的历史沿革和定义

第一章绿色化学兴起的历史沿革和定义

第一节20世纪化学工业的贡献

1997年，原美国化学会主席R.Breslow在《化学的今天和明天——门中心的实用的和创造性的科学》一书中说到：

从早晨开始，我们在用化学品建造的住宅中醒来，家具是部分地用化学工业生产的现代材料制作的，我们使用化学家们设计的肥皂和牙膏并穿上由合成纤维和合成染料制成的衣服，即使天然纤维（如羊毛或棉花）也是经化学品处理过并染色的。这样可以改进它们的性能。

为了保鲜起见，食品要被包装和冷藏起来，而这些食品要么用化肥、除草剂和农药使之生长；要么家畜类需兽医药来防病；要么需加入维生素后食用；甚至我们购买的天然食品，如牛奶，也必须经过化学检验后方可食用。

我们的交通工具——汽车、火车、飞机——在很大程度上依靠化学工业的产品；晨报是用化学家们制造的油墨在用化学方法制造的纸上印刷的；用于说明事物的照片要用化学家们制造的胶卷和胶片；日常生活中的金属制品都是用经过以化学为基础的冶炼转化为金属或合金后制造的，为了保护它们还要涂上油漆。

化妆品是由化学家制造和检验过的；警察和军人用的武器也都依靠化学。事实上，在我们的日常生活中很难找出一种不依靠化学和化学家帮助而制造出来的产品。

第二节20世纪人类面临的环境危机

1、温室气体大量排放导致全球变暖

气温上升的原因：人类燃烧煤、石油和天然气，排放大量CO2等温室气体

2、臭氧层破坏

1985年，英国科学家观测到南极上空出现臭氧层空洞。

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。

研究表明，臭氧层破坏与氟利昂分解时产生的氯原子有直接关系。

氟里昂是1935年美国杜邦化学公司首先作为制冷剂使用的，“人类从此开创了制冷新纪元！”而直到80年代，才注意到它竟然是破坏大气臭氧层的元凶——但为时已晚，全世界已累计耗用4000万吨氟里昂，并在南极上空造成至少2000万平方公里的大空洞。

3、生物多样性减少

野生物种的减少不仅与生态环境的恶化有关，还与人的捕杀有关。

4、酸雨成灾

的平衡决定,PH值正常的未被污染的雨水PH值为5.6，它由大气中的水和CO

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<5.6的雨水就称为酸雨。全球三大酸雨区美国和加拿大地区、北欧地区、中国南方地区。

酸雨使水体和土壤酸化，损害农作物和林木生长，危害渔业生产（pH＜4.8，鱼类就会死亡，腐蚀建筑物、文化古迹和工厂设备，危害人类健康。

我国重庆、贵州、长江三角洲、珠江三角洲雨水的pH值经常在4左右。

2000年我国二氧化硫排放总量为1995万吨。

全国每年由于酸雨污染造成的经济损失达200亿元左右。

5、森林锐减

全球森林面积的减少主要发生在20世纪50年代以后，其中1980年至1990年期间全球平均每年损失森林995万公顷，约等于一个韩国的面积。

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。

6、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。

中国的土地沙漠化问题之严重更是令人触目惊心。近20年来我国土地沙化面积，平均以每年2460平方公里的速度扩展，这相当于每年损失一个中等县的区域面积。

按照《联合国防治沙漠化公约》的定义，我国荒漠化的土地面积高达280多万平方公里，占我国国土面积的近1/3。每年因荒漠化造成的直接经济损失达540亿元。

土地荒漠化与沙尘暴有直接关系。50年代我国强沙尘暴天气的发生次数为5次， 90年代发展到23次，2001年则发生了32次扬沙和沙尘暴天气。

7、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。

8、淡水资源污染

地球上淡水的量是相对固定的。全球水资源的97%是海洋咸水，仅有3%为淡水；而2%的淡水为极地冰川，只有1%可供人类使用。其中可使用淡水的50%以上来源于山上和发源于高山地区的江河。

由于滥用水资源以及环境污染使得水资源紧张的状况进一步加剧。

全世界平均每年有4260亿吨工业废水和生活废水排入水体，多数河流和湖泊都受到不同程度的污染，其中约有40%的河流受到较为严重的污染。这更加剧了淡水资源的紧张，目前全世界有100多个国家缺水。据2003年8月9日瑞典首都斯德哥尔摩召开一年一度的世界水资源大会公布的统计报告称，全球约有14亿人喝不到安全的饮用水，有23亿人没有起码的卫生条件，每天有6000名儿童死于卫生不良引起的疾病。

今年世界环境日活动的主题是："水——20亿人生命之所系"。这一主题生动地揭示了人类与水的依存关系，以及人类所面临的严重水资源危机。

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。

千条江河归大海。地球上的所有物质，无不可以通过各种途径最后进入海洋。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。

目前，我国大部分海域的水质基本保持良好状态。但近岸海域已受到不同程度的污染和生态破坏。特别是与大中城市毗连的海域、海湾、入海河口处的污染比较严重。

10、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.航空遥感测量显示，北京郊区50平方米以上的垃圾堆就有7000多个，2002年一年北京运垃圾有285万吨，相当于两个半景山。如此推算，从90年代至今，北京已被20多座景山一样巨大的垃圾山包围着。

第三节环境保护运动呼唤绿色化学

1.环境保护的警世之作——《寂静的春天》

1962年，美国女科学家Rachel Carson所著《Silent Spring》出版，书中详细地叙述了DDT等杀虫剂对各种鸟蛋的影响，使鸟类数量急剧减少，使原来花红叶绿、百鸟歌唱的春天变得“一片寂静”。DDT(双对氯苯基三氯乙烷),1939年被发明，1941年上市。昆虫一碰到它，便因神经系统麻痹而被杀死。将它喷酒在农作物上，或喷酒在带菌昆虫赖以繁殖的沼泽类地区将它喷酒在农作物上，或喷酒在带菌昆虫赖以繁殖的沼泽类地区，会收到良好的灭虫效果。

在后来的30年间，千百万吨滴滴涕在全世界被使用。在非洲，它可能拯救了几百万人的性命。消灭了虫害，农民的收成剧增。

但不久以后，人们发现有些昆虫对滴滴涕产生了抗药性，药效不如从前那样明显了，动物在吃了喷过滴滴涕的植物后，滴滴涕能在其体内积累。由于滴滴涕在动物体内未被降解，这使人担心它会通过食物链传递下去。

对滴滴涕积聚的最初警告信号是来自对鸟类的研究。 Rachel Carson发现鸟类从吃下的昆虫那里吸收了滴滴涕，从而使产下的蛋壳变薄。薄蛋壳很容易破碎，致使幼鸟死去。既然滴滴涕能影响鸟类，难道它不会影响人类吗？

《寂静的春天》这本书第一次对人类长期流行于全世界的口号——“向大自然宣战”、“征服大自然”的绝对正确性提出了质疑。她指出，化学杀虫剂的生产和应用，会殃及很多有益生物，连人类自己也不能幸免。

尽管当时的工业界特别是化学工业界对她发起了猛烈的抨击，而当时的美国政府也没有及时给予卡逊应有的支持，使卡逊在《寂静的春天》出版两年后，因癌症和遭受空前的诋毁、攻击而与世长辞，然而卡逊惊世骇俗的预言，像是黑暗寂静中的一声呐喊，终于唤醒了人类。科学家和生态学家得出结论，使用滴滴涕弊多利少。

1971年，美国环保署成立，1972年正式立法宣布禁止使用DDT 。

Rachel Carson被誉为人类环保事业的“普罗米修斯”。

2. 全球环境保护对策大事记

1972年6月16日联合国人类环境会议通过《环境宣言》。

1973年1月联合国成立环境规划署。

1977年8月联合国通过“防止荒漠化行动计划”。

1982年5月18日联合国人类环境会议通过《内罗毕宣言》。

1984年4月非洲召开环境保护会议，决定每年4月10日为“非洲环境保护日”。

1985年3月5日通过保护臭氧层的《维也纳公约》。

1987年4月27日世界环境与发展委员会公布《我们共同的未来》长篇报告。

1987年9月16日联合国环境署保护臭氧层会议通过《蒙特利尔协定》。

1989年3月23日联合国环境署控制危险废物越境转移会议通过《巴塞尔公约》。

1990年，美国国会通过《污染预防法》，并确定为国策，提出从源头上防止污染的产生。同时，美国环保局发起了绿色化学计划，其目的是促进开发对人类健康和生态环境危害较少的化学产品和工艺流程。

1992年6月3日至14日联合国环境与发展大会，102个国家元首出席会议。大会通过了《里约热内卢环境与发展宣言》以及《二十一世纪议程》。

1992年11月16日 1575名著名科学家起草的《世界科学家对人类的警告》发表。

1993年9月17日至19日联合国环境规划署与澳大利亚民间环境团体联合倡议的“让世界清洁起来”的运动在61个国家得到热烈响应。

1995年3月16日，美国总统克林顿宣布设立“总统绿色化学挑战奖”。

3.环境保护经历的三个时期

(1) 20世纪中期以前——稀释废物来防治污染时期

在20世纪中期以前，由于对化学物质的长期毒性、生物积累乃至致癌性缺乏足够的认识，认为只要充分降低某一化学物质在特定介质中的浓度就足以减轻其最终影响，人们是将化学品直接排放到大气、水体和土壤中作为其最终处理方法的。应当说自然生态系统对某些外来的化学物质是有一定的抵抗和净化能力（称为环境的自净能力）的，但这种能力是有一定限度的，当污染物超出环境的自净能力时，就会对环境造成严重破坏，进而通过呼吸、饮食等途径进入人体，威胁人类健康。因此，采用稀释废物来防治污染的办法导致了20世纪30年代以来世界范围内的八大公害事件。

（2）20世纪中期至八十年代末——末端治理时期

由于对化学品的环境危害有了较多的了解，各国政府相继立法限制废物的排放浓度和排放量，于是许多企业不得不将废水、废气和废渣进行处理后才能排放，然而这并没有从根本上解决环境污染问题。一方面有毒有害物质仍源源不断地被排放到环境中，1993年美国仅以365种有毒物质估算，其排放量就达到了30亿吨。另一方面，处理污染物所需费用十分巨大。1992年，美国化学工业用于环保的费用为1150亿美圆，而美国政府清理已污染地区的费用更高达7000亿美圆。高昂的费用使环境治理陷入困境。

（3）20世纪九十年代以后——污染预防为主，末端治理为辅时期

1990年，美国颁布了污染防止法案，将污染防止确定为美国的国策。绿色化学在这一背景下应运而生。绿色化学的目标是改变现有化学化工生产的技术路线，实现从“先污染，后治理”向“从源头上根除污染”的转变。

目前，世界各国对绿色化学与化工技术的研究十分重视，进展非常迅速，已出现一批生产大宗有机化学品的绿色化学技术。可以预见，绿色化学将成为实现经济和社会可持续发展的有效手段。

第四节什么是绿色化学？

1.绿色化学的定义

绿色化学，又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学。它是利用化学原理和方法来减少或消除对人类健康、社区安全、生态环境有害的反应原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物的使用和产生的新兴学科。是一门从源头上减少或消除污染的化学。

2.绿色化学的特点

从科学观点看，绿色化学是对传统化学思维方式的创新和发展；

从经济观点看，绿色化学为我们提供合理利用资源和能源、降低生产成本、符合经济持续发展的原理和方法;

从环境观点看，绿色化学是从源头上消除污染，保护环境的新科学和新技术方法。

绿色化学是更高层次的化学。

3.绿色化学与环境化学和环境治理的区别

环境化学是一门研究污染物的分布、存在形式、运行、迁移及其对环境影响的科学。环境治理则是对已被污染了的环境进行治理，即研究污染物对环境的污染情况和治理污染物的原理和方法。

而绿色化学是从源头上阻止污染物生成的新学科，它是利用化学原理来预防污染，不让污染产生，而不是处理已有的污染物。

4.绿色化学应用的原则

主要有12条：

（1）防止污染优于污染治理；

（2）提高原子经济性；

（3）尽量减少化学合成中的有毒原料、产物；

（4）设计安全的化学品；

（5）使用无毒无害的溶剂和助剂；

（6）合理使用和节省能源；

（7）利用可再生资源代替消耗性资源合成化学品；

（8）减少不必要的衍生化步骤；

（9）采用高选择性催化剂优于使用化学计量助剂；

（10）产物的易降解性；

（11）发展分析方法，对污染物实行在线监测和控制；

（12）减少使用易燃易爆物质，降低事故隐患。

5.各国政府对绿色化学的政策与奖励

（1）美国“总统绿色化学挑战奖”

1995年3月16日，美国总统克林顿宣布设立。所设奖项包括变更合成路线奖、改变溶剂/反应条件奖、设计更安全化学品奖、小企业奖和学术奖。奖励那些具有基础性和创新性，对工业生产具有实用价值的化学工艺新方法，以减少资源的消耗，从根本上实现对污染的防止。

（2）日本的“新阳光计划”

20世纪中叶，日本发生了举世闻名的东京光化学烟雾、水俣病、痛骨病等环境污染事件，给灾区人民带来了深重的灾难，引起了日本政府的高度重视。

进入20世纪90年代，日本实施“新阳光计划”, 旨在防止全球气候变暖，重建绿色地球，大力加强节约资源、能源以及环境保护技术的研究开发。并指出绿色化学就是化学与可持续发展相结合。

（3）欧洲国家的环境保护新政策

a.德国

六十年代，经济高速发展，环境污染严重。如莱茵河鱼虾大量死亡。

八十年代，实施环境保护政策。

九十年代，联邦政府通过“为环境而研究”计划。内容包括区域性和全球性环境工程、实施可持续发展的经济及进行环境教育。

b.英国

2000年设立英国绿色化学奖，奖励那些在绿色化学研究中做出突出成绩的学者、公司和中小企业。

c.荷兰

利用税法条款等方法推进清洁生产技术的开发和应用，对采用革新性的清洁生产或污染控制技术的企业，其投资可按 1 年折旧（其它投资的折旧期通常为10年）。

(4) 我国高度重视绿色化学研究

1995年，中国科学院化学部确定了《绿色化学与技术》的院士咨询课题。

1997年，以“可持续发展问题对科学的挑战---绿色化学”为主题的香山科学会议第72次学术讨论会在北京召开。同年，《国家重点基础研究发展规划》将绿色化学作为重点支持方向之一。

1995年，中国科学院化学部确定了《绿色化学与技术》的院士咨询课题。

1997年，以“可持续发展问题对科学的挑战——绿色化学”为主题的香山科学会议第72次学术讨论会在北京召开。同年，《国家重点基础研究发展规划》将绿色化学作为重点支持方向之一。

思考题

1、二十世纪人类面临的十大环境危机是什么？

2、绿色化学的定义、特点及其与环境化学和环境治理的区别。

3、绿色化学的十二条原则是什么？