绿色化学工艺
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无机化工过程中的绿色化学与工艺
了。
工原料 。 这些有毒有害的物质使用会导致许多副产品的产生， 严重污染了环 境 。为 了人类健康和环境保护， 化学工程师必须行动起来， 尽量使用 无毒无
害的原料代替有毒原料 ， 最大限度 的保证人类的健康和环境。 目 前化工厂使用 了大量的酸、 碱及有机合成化合物等化工原料， 而这些 物质存在着共 同的缺点， 就是腐蚀性和 毒害性， 对设备存在着严重 的腐蚀 、 对工作人员的健康危害十分严重、产生的废物也会污染环境。为了保护环
０前 言
化工产 品在人类文明发展 的长河中发挥着十分重要的作用，它为人类
的生产和生活提供了许多重要 的产品 但是， 随着 人类使用化工产品程度不 断的加深 ， 化学物质造成的各种污染也不断危 害着我们的生活， 威 胁着人类 的身体健康 。 人类正在逐渐认识到环境 的重要性， 对化学物质使用的管控措 施也越来越严格。 而如何开发对 人类健康和环境危害小的化工生产过程， 甚 至是无公害的化工生产过程 已经成 为化 学家和化工生产面临 的最大挑 战。 我们通常将无机化工过程称 为绿色化学 绿色化学就是用化学的方法和技 术去消除和减少化学危害， 主要是对危害人类健康 、 对环境有害的物质进 行 处理 ， 包括有害原料、 催化剂 、 溶剂 以及化工产物等 。 绿色化学要达到的 目标 就是不再使用有毒有害 的化学过程， 以及 不产生有毒有害的副产品， 是一项 从源 头上遏制化学污染的新 型学科。 在 绿色化学基础上发展起来 的技术是绿色技 术、主要就是利用科技的 进步 ， 对 原来生产过程存在毒 害作用 的生产进行技 术改造 ， 使其耗 能最 少、 污染程度最少 的先进 技术 。利用 化学的方法 从根本上减 少环境污染 的产 生，是消除污 染的根本方法 ，是一种可持续发展的生态模式 通 过技术 改 造， 实现或者接近 零污染排放 的目的。此外， 绿色化学要求具备一定的转化 效率 ， 实现在技术上和经济上 的共赢。 １ ． 绿 色化学的发展进程 到目 前为止， 化学工程 已经有 了上百年的历史 ， 但是大部分工 艺的技术 改造都不能完全解决环保问题 。 由于当时技术和条件 的原因， 对许多环境问 题的设计没有充足的考 虑。化工生产过程会产生大量的废气、 废 物等物质， 进而 也使后 期的环保处理 费用成本大幅度增加 。例如 ， 某年美 国的Ｄ ｕ ｐ ｏ ｎ ｔ 公司 的化学品销售额仅仅１ ８ ０ 亿美元， 而环保 费用却高达１ Ｏ 亿美元 。环保经 济和社会需求的状态来看，传统的化学工艺已经不再适合现代的社会需求
工原料 。 这些有毒有害的物质使用会导致许多副产品的产生， 严重污染了环 境 。为 了人类健康和环境保护， 化学工程师必须行动起来， 尽量使用 无毒无
害的原料代替有毒原料 ， 最大限度 的保证人类的健康和环境。 目 前化工厂使用 了大量的酸、 碱及有机合成化合物等化工原料， 而这些 物质存在着共 同的缺点， 就是腐蚀性和 毒害性， 对设备存在着严重 的腐蚀 、 对工作人员的健康危害十分严重、产生的废物也会污染环境。为了保护环
０前 言
化工产 品在人类文明发展 的长河中发挥着十分重要的作用，它为人类
的生产和生活提供了许多重要 的产品 但是， 随着 人类使用化工产品程度不 断的加深 ， 化学物质造成的各种污染也不断危 害着我们的生活， 威 胁着人类 的身体健康 。 人类正在逐渐认识到环境 的重要性， 对化学物质使用的管控措 施也越来越严格。 而如何开发对 人类健康和环境危害小的化工生产过程， 甚 至是无公害的化工生产过程 已经成 为化 学家和化工生产面临 的最大挑 战。 我们通常将无机化工过程称 为绿色化学 绿色化学就是用化学的方法和技 术去消除和减少化学危害， 主要是对危害人类健康 、 对环境有害的物质进 行 处理 ， 包括有害原料、 催化剂 、 溶剂 以及化工产物等 。 绿色化学要达到的 目标 就是不再使用有毒有害 的化学过程， 以及 不产生有毒有害的副产品， 是一项 从源 头上遏制化学污染的新 型学科。 在 绿色化学基础上发展起来 的技术是绿色技 术、主要就是利用科技的 进步 ， 对 原来生产过程存在毒 害作用 的生产进行技 术改造 ， 使其耗 能最 少、 污染程度最少 的先进 技术 。利用 化学的方法 从根本上减 少环境污染 的产 生，是消除污 染的根本方法 ，是一种可持续发展的生态模式 通 过技术 改 造， 实现或者接近 零污染排放 的目的。此外， 绿色化学要求具备一定的转化 效率 ， 实现在技术上和经济上 的共赢。 １ ． 绿 色化学的发展进程 到目 前为止， 化学工程 已经有 了上百年的历史 ， 但是大部分工 艺的技术 改造都不能完全解决环保问题 。 由于当时技术和条件 的原因， 对许多环境问 题的设计没有充足的考 虑。化工生产过程会产生大量的废气、 废 物等物质， 进而 也使后 期的环保处理 费用成本大幅度增加 。例如 ， 某年美 国的Ｄ ｕ ｐ ｏ ｎ ｔ 公司 的化学品销售额仅仅１ ８ ０ 亿美元， 而环保 费用却高达１ Ｏ 亿美元 。环保经 济和社会需求的状态来看，传统的化学工艺已经不再适合现代的社会需求
无机化工过程中的绿色化学与工艺
无机化工过程中的绿色化学与工艺在无机化工领域，绿色化学与工艺的概念是指通过最小化或消除对环境的负面影响，从而实现可持续发展和环境友好的生产过程。
1.催化剂的应用：催化剂的引入可以降低反应温度和压力要求，减少能源消耗，并且能选择性地促进所需产品的生成。
绿色化学与工艺中的催化剂通常是高效且可再生的。
2.原料的选择：绿色化学与工艺中优先考虑环境可持续的原料。
例如，选择可再生资源作为原料，或利用废弃物和副产品作为起始原料，可以减少对自然资源的依赖并减少废物的产生。
3.溶剂的选择：选择环境友好且具有较低毒性的溶剂，可以减少对工人和环境的伤害。
此外，选择高效的溶剂也可以提高反应效率。
4.节能与废物利用：绿色化学与工艺中，节能也是一个重要的考虑因素。
通过改进反应条件、优化反应过程、进行废热回收等手段，可以减少能源消耗。
此外，废物利用也是绿色化学与工艺中的关键内容，可以通过废物的再生利用或转化为有价值的产物，减少对环境的影响。
5.绿色合成方法：绿色化学与工艺中，采用更环境友好的合成方法也是一个重要方面。
例如，选择具有较低环境风险的反应条件、减少副反应的生成、实施无排放合成方法等。
此外，精确控制反应条件和中间体生成路径，以提高反应的选择性和产率也是绿色合成的重要内容。
通过上述的绿色化学与工艺方法，无机化工过程中可以实现对环境影响的最小化。
这种绿色化学与工艺的应用不仅可以降低生产过程中的环境风险，还可以改善工人的劳动条件，并提高产品的竞争力。
然而，要实现无机化工过程的绿色化学与工艺，仍然面临一些挑战。
首先，绿色化学与工艺的应用需要与传统工艺相比，具有可接受的经济效益，这需要在技术和经济方面进行综合考虑。
其次，在一些特定的无机化学反应中，寻找环境友好的替代方法可能非常困难。
此外，改善催化剂的性能和开发更环境友好的催化剂也是一个具有挑战性的任务。
综上所述，无机化工过程中的绿色化学与工艺是实现可持续发展和环境友好的生产过程的重要手段。
绿色化学工艺绿色无机化学工艺1
绿色化学工艺—— 绿色无机化学工艺
几种无机产品的绿色化学工艺 先驱物法绿色化学工艺 水热法绿色化学工艺 溶胶-凝胶法绿色化学工艺 低热固相反应
1
绿色化学工艺—— 绿色无机化学工艺
无机化工产品的原料主要来源于矿产资源， 而各种矿产品的有用元素含量又很低，通常要 采取煅烧、焙烧、烧结及熔融等处理在经过转 化，方可获得相应的无机化工产品。
传统无机化工产品生产工艺比较落后，原
材料能源等消耗较大，生产劳动条件差，对环
境污染严重，这些已经成为制约无机化学工业
可持续发展的关键因素之一。因此必须改革传
统生产工艺，解决生产过程排放的废弃物，并
设法将之变成有用的化学产品，已达到资源和
能源的充分利用、产品对环境有好、生产工艺
2
清洁的目的。
绿色化学工艺—— 绿色无机化学工艺
2
绿色化学工艺—— 绿色无机化学工艺
氯碱生产废水处理
将各个段废水集中送入配水槽经沉降除砂，经 油水分离除油污后进入调节池，并在调节池内进行 酸碱中和反应。
3
绿色化学工艺—— 绿色无机化学工艺
盐泥综合利用
对盐泥的综合利用主要是回收氧化镁制 成轻质氧化镁，以作为油漆、橡胶、造纸工 业填充剂，或做镁砖、坩埚等优质耐火材料 之用。
过去工艺缺点：转化率低、成本及能耗高、 产量低、环境污染严重等
6
绿色化学工艺—— 绿色无机化学工艺
碳化硅晶须连续生产绿色化学工艺
绿色化学工艺的原则对碳化硅生产进行重新设 计，用工业硅酸钠和盐酸，采用独特的操作工艺， 制得活性高、粒度细、SiO2-C混合均匀、疏松性好 的SiC晶须原料。改连续化绿色生产新工艺的特点在 于生成硅胶沉淀物过滤、洗涤性能优良，易通过洗 涤除去杂质；能耗和成本低，环境保护好；在原料 制备、连续进出料、合成气氛、催化剂及生长空间 等方面具有绿色特性。气体和固体物料在反应器内 逆流接触，气体封闭循环使用，实现了有毒气体零 排放，保证了生产过程绿色化。
几种无机产品的绿色化学工艺 先驱物法绿色化学工艺 水热法绿色化学工艺 溶胶-凝胶法绿色化学工艺 低热固相反应
1
绿色化学工艺—— 绿色无机化学工艺
无机化工产品的原料主要来源于矿产资源， 而各种矿产品的有用元素含量又很低，通常要 采取煅烧、焙烧、烧结及熔融等处理在经过转 化，方可获得相应的无机化工产品。
传统无机化工产品生产工艺比较落后，原
材料能源等消耗较大，生产劳动条件差，对环
境污染严重，这些已经成为制约无机化学工业
可持续发展的关键因素之一。因此必须改革传
统生产工艺，解决生产过程排放的废弃物，并
设法将之变成有用的化学产品，已达到资源和
能源的充分利用、产品对环境有好、生产工艺
2
清洁的目的。
绿色化学工艺—— 绿色无机化学工艺
2
绿色化学工艺—— 绿色无机化学工艺
氯碱生产废水处理
将各个段废水集中送入配水槽经沉降除砂，经 油水分离除油污后进入调节池，并在调节池内进行 酸碱中和反应。
3
绿色化学工艺—— 绿色无机化学工艺
盐泥综合利用
对盐泥的综合利用主要是回收氧化镁制 成轻质氧化镁，以作为油漆、橡胶、造纸工 业填充剂，或做镁砖、坩埚等优质耐火材料 之用。
过去工艺缺点：转化率低、成本及能耗高、 产量低、环境污染严重等
6
绿色化学工艺—— 绿色无机化学工艺
碳化硅晶须连续生产绿色化学工艺
绿色化学工艺的原则对碳化硅生产进行重新设 计，用工业硅酸钠和盐酸，采用独特的操作工艺， 制得活性高、粒度细、SiO2-C混合均匀、疏松性好 的SiC晶须原料。改连续化绿色生产新工艺的特点在 于生成硅胶沉淀物过滤、洗涤性能优良，易通过洗 涤除去杂质；能耗和成本低，环境保护好；在原料 制备、连续进出料、合成气氛、催化剂及生长空间 等方面具有绿色特性。气体和固体物料在反应器内 逆流接触，气体封闭循环使用，实现了有毒气体零 排放，保证了生产过程绿色化。
化学制药中的绿色化学
（二）优化工艺条件
化学反应的许多工艺条件，如原料纯度，投料比，反应时间，反应温 度，反应压力，溶剂，pH值等，不仅会影响产品收率，而且也会影响 污染物的种类和数量。对化学反应的工艺条件进行优化，获得最佳工 艺条件，是减少或消除污染的一个重要手段。
乙酰苯胺的硝化：原工艺要求溶于硫酸中，再加混酸进行硝化。后研 究发现，乙酰苯胺硫酸溶液中硫酸浓度已经够高，混酸中硫酸可以省 去。这样不但节省大量硫酸，而且大大减轻污染物的处理负担。
绿色化学又称“环境无害化学”、“环境友好化学”、 “清洁化学”，绿色化学是近十年才产生和发展起来的， 是一个 “新化学婴儿”。它涉及有机合成、催化、生物化 学、分析化学等学科,内容广泛。绿色化学的最大特点是在 始端就采用预防污染的科学手段，因而过程和终端均为零 排放或零污染。世界上很多国家已把“化学的绿色化”作 为新世纪化学进展的主要方向之一。
例：辉瑞制药生产关节炎治疗药塞来昔布(11， celecoxib，商品名西乐葆)的工艺中，共使用了5种常用 溶剂(THF, MeOH, EtOH, IPA, H2O)，在随后的工艺优化 中，溶剂的数量从5种减少到3种(MeOH, IPA, H2O)，溶 剂的用量也大幅降低，总收率从63％上升到84％，产生 的废物减少了35％，分离纯化时采用50％的异丙醇洗涤 而不是原来100％的异丙醇，产品的分离只需冷却到20 ℃而不是原来的5 ℃，区域异构体杂质也减少到0.5％以 下，为后续的精制工艺打下了很好的基础
随着社会对绿色化学、清洁生产的迫切需求，以 及绿色化学迅速的成长发展，绿色化学一定会在 环境保护的平台上大放异彩，给环境保护带来突 破式的发展，有效地平衡经济利益增长与生态可 持续发展，真正的为社会带来巨大裨益。
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绿色化学工艺
案例：ClO2合成及消毒过程 的绿色化学与工艺
1.——ClO2合成的绿色化学工艺 2.——制取ClO2的工艺及存在的问题 3.——工艺改革使ClO2合成实现绿色化 4.——ClO2 的合成呈三大趋势 5.——ClO2消毒过程的绿色化学与工艺 6.——ClO2对饮用水消毒的绿色工艺
1.ClO2合成的绿色化学工艺
1 .可把水中少量的S2- 、SO3-2 、SnO2-2 、AsO32 、SbO3-2 、NO2- 和CN- 等有毒有害的还原性 酸根氧化去除。如ClO2可将氰化物氧化成无毒 无害的二氧化碳和氮: 2ClO2+ 2CN- = 2CO2 ↑ + N2 ↑ + 2Cl2. 可把水中常见还原态金属阳离子氧化去除。如 把二价锰氧化成不溶于水的二氧化锰: 2ClO2+ 5Mn2+ + 6H2O= 5MnO2 ↓ + 12H+ + 2Cl-
• 原水→投加ClO2→混凝澄清→ 过滤→投加氯 气→清水池
• ClO2在混凝前与混凝剂同时投加, 不仅可
通过氧化作用去除水中能产生三卤甲烷 的前体物( 如腐殖酸和黄腐酸等) , 还可改 善胶体颗粒带电性能, 从而达到助凝作用, 使沉淀、过滤的处理效率得到提高。预 氧化投加ClO2的量一般控制在0. 5~ 1. 0x 10- 6 g／mL。滤后投加少量氯气作为消 毒剂,用来控制水中的细菌学指标。这样 不仅最大程度减少了水中三卤甲烷的形 成量, 也能保证水中余氯持续杀菌活力, 操作检测简单, 运行费用低。
氯酸钠+ 盐酸 ( 复合型ClO2 发生器)
亚氯酸钠+ 盐酸 ( 高纯ClO2 发生器） 电解食盐水 (ClO2 协同消毒发生器)
3.工艺改革使ClO2合成实现绿色化
9.绿色化学工艺——生物质生产乙醇
3
绿色化学工艺——生物质生产乙醇
生物质（biomass)定义 利用太阳能通过光合作用（
photosynthesis)生成的任何有机物质
4
绿色化学工艺——生物质生产乙醇
生物质包括 林产物：树木（灌木、乔木） 草类 农作物：粮食 秸秆——麦草、稻草、玉米秆 海产物：各类海草 城市废弃物：报纸、天然纤维
纤维素水解反应动力学是一级串联反应
纤维素
糖
分解产物
A
B
C
31
绿色化学工艺——生物质生产乙醇
C.序列阶段酸水解 采用浓酸和稀酸水解的三阶段： 第一阶段：预水解，水解和萃取木质素中的半纤
维素，用稀酸。 第二阶段：主水解，在浓酸中将纤维素水解成寡
糖和葡萄糖单体。 第三阶段：最后阶段，寡糖水解。
32
绿色化学工艺——生物质生产乙醇
l 水解时间和温度 温度对水解速度影响很大，温度愈高，纤
维素酸水解的速度越快，但已生成单糖的分解也 越快。一般采用高温时，应用稀酸短时间水解， 如温度较低时，可采用较浓的酸和较长的时间水 解。
35
绿色化学工艺——生物质生产乙醇
2．纤维素酶水解 A.酶水解理论 l 纤维素酶来源
细菌、放线菌、高等霉菌中有不少都可以 在纤维素上生长。
就发酵为酒精，从而解决葡萄糖对水解有反馈和 抑制作用，如果酵母选择合适，纤维二糖也可利 用，水解速度增加，糖产量和酒精收率增加
53
绿色化学工艺——生物质生产乙醇
54
绿色化学工艺——生物质生产乙醇
2. 森林和木材加工废物 森林采伐时
树枝和树梢约占整个树的4～12％ 树桩占4～5％ 森林中不成材的树木占木材储量的15％ 三者相加达木材储量的23～32％。木材加工中， 边角料和木屑占加工木料的25～30％，其中木屑 占1/3。
绿色化学工艺——生物质生产乙醇
生物质（biomass)定义 利用太阳能通过光合作用（
photosynthesis)生成的任何有机物质
4
绿色化学工艺——生物质生产乙醇
生物质包括 林产物：树木（灌木、乔木） 草类 农作物：粮食 秸秆——麦草、稻草、玉米秆 海产物：各类海草 城市废弃物：报纸、天然纤维
纤维素水解反应动力学是一级串联反应
纤维素
糖
分解产物
A
B
C
31
绿色化学工艺——生物质生产乙醇
C.序列阶段酸水解 采用浓酸和稀酸水解的三阶段： 第一阶段：预水解，水解和萃取木质素中的半纤
维素，用稀酸。 第二阶段：主水解，在浓酸中将纤维素水解成寡
糖和葡萄糖单体。 第三阶段：最后阶段，寡糖水解。
32
绿色化学工艺——生物质生产乙醇
l 水解时间和温度 温度对水解速度影响很大，温度愈高，纤
维素酸水解的速度越快，但已生成单糖的分解也 越快。一般采用高温时，应用稀酸短时间水解， 如温度较低时，可采用较浓的酸和较长的时间水 解。
35
绿色化学工艺——生物质生产乙醇
2．纤维素酶水解 A.酶水解理论 l 纤维素酶来源
细菌、放线菌、高等霉菌中有不少都可以 在纤维素上生长。
就发酵为酒精，从而解决葡萄糖对水解有反馈和 抑制作用，如果酵母选择合适，纤维二糖也可利 用，水解速度增加，糖产量和酒精收率增加
53
绿色化学工艺——生物质生产乙醇
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绿色化学工艺——生物质生产乙醇
2. 森林和木材加工废物 森林采伐时
树枝和树梢约占整个树的4～12％ 树桩占4～5％ 森林中不成材的树木占木材储量的15％ 三者相加达木材储量的23～32％。木材加工中， 边角料和木屑占加工木料的25～30％，其中木屑 占1/3。
绿色化学工程与工艺应用化学工业生产所取得的主要成果
绿色化学工程与工艺应用化学工业生产所取得的主要成
果
绿色化学工程与工艺在化学工业生产中取得了显著的应用成果，具体表现在以下几个方面：
1. 原子经济性：绿色化学工程与工艺的核心目标是实现原子经济性，即原料分子中的原子尽可能多地转化为产品，而不是产生副产物或废物。
通过优化化学反应路径和提高反应效率，可以减少不必要的消耗和环境污染。
2. 清洁生产：绿色化学工程与工艺致力于实现清洁生产，即在生产过程中尽可能地减少或消除对环境的负面影响。
通过采用高效、环保的工艺和技术，以及优化生产过程的能源和资源利用，可以实现化工生产的低排放甚至零排放。
3. 生物技术的应用：生物技术在绿色化学工程与工艺中得到了广泛应用。
例如，生物催化剂可以替代传统的化学催化剂，减少对环境的污染。
同时，生物技术还可以用于废物的生物降解和资源化利用。
4. 绿色合成方法：绿色合成方法是绿色化学工程与工艺的重要组成部分。
通过开发高效、环保的合成方法，可以减少化学合成的环境影响。
例如，采用无毒或低毒性的原料、催化剂和溶剂，优化反应条件和过程等。
5. 循环经济：循环经济是绿色化学工程与工艺的重要应用方向。
通过实现资源的循环利用和废弃物的减量化、资源化，可以降低化工生产的环境负担，同时提高经济效益。
6. 节能减排：绿色化学工程与工艺注重节能减排，通过采用先进的节能技术和设备，优化生产过程的能源利用，降低化工生产的能耗和温室气体排放。
7. 环境保护：绿色化学工程与工艺在环境保护方面发挥了重要作用。
通过减少污染物排放和加强废物处理处置，可以有效降低化工生产对环境的影响，同时促进生态环境的恢复和改善。
15绿色化学工艺——绿色产品
绿色化学工艺——绿色产品
1.降解诱导期
降解塑料保持其性能稳定的时间，超过这 段时间后，材料性能迅速恶化。
从理论上讲 ，任何塑料都会受到周围环境 影响而降解。
周期过长，十年，数十年——无意义 过短，加工贮存使用过程中即降解则无法 表现其作为塑料制品的价值。
绿色化学工艺——绿色产品
性能变化
A——诱导期（性能稳定 B——快速降解期 C——后期降解（直至生成CO2、H2O)
从生产到使用，乃至到回收的整个过程都符合特 定的环境保护要求，对生态环境无害或危害极少， 以及利用资源再生或回收循环再用的产品。
绿色化学工艺——绿色产品
绿色产品的特征 绿色产品与传统产品一样具有以下三个特征： ①核心产品成功地符合消费者的主要需求——
—于消费者的有用性； ②技术和质量合格，产品满足各种技术及质量
纯塑料一般来说是很稳定的，而含有某些 “杂质”，如羰基，催化剂中残存的金属离子， 过氧化物时，这些杂质将吸收太阳辐射，引发光 降解反应。
在塑料中引入“杂质”，根据引入杂质的方式 不同，分为：聚合型光降解塑料 、添加型光降 解塑料
绿色化学工艺——绿色产品
聚合型光降解塑料 将CO或其他含有羰基的光敏基团和乙烯进
A
B
C
时间
绿色化学工艺——绿色产品
2.降解塑料的分类
光降解塑料 在太阳光作用下，经可控诱导期后，聚合物
发生降解作用，材料性能迅速劣化，最终分解为 低分子物质。 生物降解塑料
通过自然界存在的微生物（如真菌，霉菌 和藻类）的作用，经过一段适当的时间完成降解 的塑料 。
绿色化学工艺——绿色产品
3.光降解塑料设计思路：
绿色化学工艺——绿色产品
德国的绿色产品基本类型：
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➢ 采用原子经济性反应 ➢ 采用绿色cat，固体酸、两相、仿生（酶）催化 ➢ 采用绿色溶剂，水、超临界流体、离子液体
➢ 过程强化 设备强化(微型化)
含N,P的有机正离子和大 的无机负离子组成， 室T、低T为液体
方法强化(过程集成化，替代能源、非定态操作)
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8
两相催化技术
水/有机两相催化：以不溶于有机相的水溶性过渡 金属配位化合物为cat,发生在水相或两相界面的 反应。
16
10.3绿色化工过程实例
（2）环氧丙烷的绿色生产工艺 现状：氯醇法
共氧化法 绿色生产方法
TS-1催化过氧化氢氧化丙烯
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（2）环氧丙烷的绿色生产工艺
主反应
CH3CH2=CH2+H2O2→ CH2CHCH3+H2O o
主要副反应
CH2CHCH3+H2O →C3H6(OH)2 o 2H2O2 →2H2O+O2
19
（2）环氧丙烷的绿色生产工艺
反应条件和反应机理
✓ 溶剂效应：溶剂的种类对反应活性、产物的选择 性甚至反应机理都有影响。在质子性溶剂如甲醇、 异丙醇中环氧化反应较快；在非质子性溶剂如乙 腈、丙酮中较慢。
✓ 温度和压力: T↑，X丙烯↑，PO选择性↓，最佳T约为40℃; 气-固-液非均相反应，P丙烯↑; PO选择性,ν ↑
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4
原子经济性
重排反应 （100%） 写12-4式
加成反应 （100%） 乙烯直接氯化生产1，2二氯乙烷
取代反应：原子经济性不高，有副产物 消除反应：与取代反应一样，有副产物 氧化反应：原子经济性与所采用的氧化剂有关
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5
绿色化学原则
过程绿色化
绿色化学工艺
原料绿色化
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18
（2）环氧丙烷的绿色生产工艺
催化剂——TS-1分子筛
将具有变价特征的过渡金属Ti引入纯硅分子筛的 骨架中而形成。具有微孔和中孔的孔道结构，在 形成氧化还原催化的同时赋予了择形功能。
特征：
✓ 缺酸性质:有定向氧化催化性能，在氧化反应中不 会引起酸催化副反应；
✓ 疏水性：
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质，混合气体反应物。H2在液相中的溶解度有利 于反应，H2在甲醇、丙酮等有机溶剂中溶解度较 水中大得多
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14
氢气和氧气直接合成过氧化氢新工艺
反应条件 ✓ 反应温度和压力 10-30℃，40-50MPa ✓ 反应机理及动力学：有分歧，三种观点，
第一种：
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15
流程图
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10 绿色化学化工概论
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1
10.1绿色化学基本概念
绿色化学：环境无害化学、环境友好化 学、清洁化学，在化学产品的设计、制造 和应用中避免和减少对人类健康和生态环 境有毒有害物绿色化学工艺：指在绿色化学基础上开发的
从源头上阻止环境污染的化学工艺。该工艺的建 立和开发的指导思想是采用“原子经济”反应， 即原料中每一个原子都转化成产品，不产生任何 废物和副产品，实现废物的“零排放”，也不采 用有毒有害的原料，催化剂和溶剂，并生产环境 友好的产品。
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10
超临界流体
超临界流体兼有气体和流体两者的特点，有与液 体相当的溶解能力，可溶解大多数有机物；粘度 和扩散系数类似于气体，提高溶质的传递速率。
超临界CO2 对有机物有较大的溶解度，对水的溶 解度小，分离易。适于作亲电、氧化反应的溶剂 超临界CO2可通过简单蒸发成为气体而被回收， 重新作为溶剂循环使用，且其汽化热比水和大多 数有机溶剂小。理想绿色超临界溶剂。
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3
原子经济性
原子经济性：指反应物中的原子有多少进入了产物 ∑PiMi i
AE=---------×100% ∑FjMj j
Pi: 目的产物分子中i原子的数目 F: 原料分子中j原子的数目 M: 各原子的相对原子质量
原子利用率： 目的产物的量
原子利用率=------------------------×100% 各反应物的量之和
产品绿色化
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6
10.2绿色化学工艺的途径和手段
原料绿色化
➢ 原料决定了反应类型，工艺等 ➢ 选择原料考虑本身危害性、毒性、可再生性，即
采用无毒、无害原料 ➢ 以生物质作为化工原料在经济上还不具备竞争力，
是今后绿色工艺的发展方向
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7
10.2绿色化学工艺的途径和手段
过程绿色化
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20
（2）环氧丙烷的绿色生产工艺
反应器
✓ 釜式：结构简单，难适于大宗化工产品的生产 ✓ 固定床：操作简单，生产能力大，关键控制T；
内扩散阻力损失cat选择性 ✓ 环流：多相反应器，结构简单，操作稳定，传质、
传热效率高，易大型化。
生产工艺（分三部分）
环氧化反应、产物精制、溶剂回收
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特点：反应产物和cat分别处于有机相和水相中， 通过简单的相分离可将cat与产物分开。以水为反 应介质，减少了有机溶剂的使用。不适合水敏感 性反应物。
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两相催化技术
氟/有机两相催化：由溶解cat的氟相和溶解反应 物的有机相组成。低温时，氟相物质难溶于甲苯、 丙酮、醇等溶剂，当T↑,能够与有机相混溶→均相 反应体系；反应结束↓，均相体系又分为两相。产 物与cat易分离。 特点：含氟溶剂ρ高、热稳定性好、无毒、对气 体溶解度高，适于有气体参与的反应。
H2O2 →H2O+1/2O2 H2O2 +H2 →2H2O 从热力学，上述反应都可进行但生成水的反应更有利
∴选cat
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氢气和氧气直接合成过氧化氢新工艺
反应条件 ✓ Cat及助剂：Pd, Pd-Pt ， 载体γ-Al2O3,SiO2等
助剂是无机酸和卤离子溶液 ✓ 溶剂： 气-固-液三相反应，固体cat,液相反应介
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10.2绿色化学工艺的途径和手段
产品绿色化
设计安全的化学品，对人类健康和环境无毒害 设计可降解的化学品
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10.3绿色化工过程实例
（1）氢气和氧气直接合成过氧化氢新工艺 氢氧直接合成是原子经济反应 反应原理及热力学分析
H2+O2→H2O2
H2+1/2O2→H2O