绿色化工工艺
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• 原子经济性反应的特点： 1）最大限度地利用原料； 2）最大限度地减少废物的排放，减少污染。
反应类型及其原子经济性 1．分子重排反应(Rearrangements)
分子重排反应是100％原子经济反应，因为它通过 原子重整产生新的分子，所有反应原子都结合到产物 中。 2．加成反应(Addition)
性化合物。
催化在绿色化学中的重要性
• 催化是化学工业的基石，化学工业上的重大变革、技术进 步多数是因为因的催化材料或者技术的产生，因此要发展 这样的一门对环境友好，造福于人类的绿色化学，催化尤 为关键，促使研究人员的持续研究。
绿色化工中的原子经济性
➢原子经济性是指原料分子中有百分之几的 原子转化成了产物，用以评价不同工艺路 线的原子利用程度。
绿色化学的实现途径
• ①开发原子经济反应； • ②提高烃类氧化反应的选择性； • ③采用无毒、无害的原料； • ④采用无毒、无害的催化剂； • ⑤采用无毒、无害的溶剂； • ⑥采用生物技术从可再生资源合成化学品； • ⑦环境友好产品； • ⑧计算机辅助的绿色化学设计； • ⑨有机电化学合成方法。
绿色化学的发展预测(12项原则)
学品 • 生物质：由光合作用产生的所有生物有机
体的总称，包括植物、农作物、林产物等。 其中含有淀粉、纤维素、木质素等成分。
生物质资源利用实例
• 发酵技术
绿色催化技术
绿色催化剂定义
绿色化学要求化学品的生产最大限度 地合理利用资源，最低限度地产生环境污染和最 大限度地维护生态平衡。它对化学反应的要求是： 采用无毒、无害的原料；在无毒无害及温和的条 件下进行；反应必须具有高效的选择性；产品应 是环境友好的。这四点要求之中有两点涉及到催 化剂，人们将这类催化反应成为绿色催化反应， 其使用的催化剂也就称为绿色催化剂。
优势，可望成为新一代环境友好的催化材料。
有机固体碱 有机无机复合固体碱
分类
金属氧化性 水合滑石类固体碱催化剂
无机固体碱
负载型无机固体碱
三氧化铝为载体的无机固体碱 分子筛为载体的固体碱
其他载体的固体碱
生物催化剂
定义
工业用生物催化剂是游离或固定化的酶或活细 胞的总称。
由于具有反应条件温和、催化效率高和专一性 强的优点，利用生物催化或生物转化等生物方法来生 产药物组分已成为当今生物技术研究的热点课题。
1.预防环境污染 Prevention 2.原子经济性 Atom Economy 3.无害化学合成 Less Hazardous Chemical Synthesis 4.设计安全化学品 Designing Safer Chemicals 5.使用安全溶剂和助剂 Safer Solvents a Auxiliaries 6.提高能源经济性 Design for Energy Efficiency 7.使用可再生的原料 Use of Renewable Feedstocks 8.减少衍生物 Reduce Derivatives 9.新型催化剂的开发 Catalysis 10.降解设计 Design for Degradation 11.预防污染中的实时分析 Real-time analysis for Pollution Prevention 12.防止意外事故的安全工艺 Inherently Safer Chemistry for Accident Prevention
加成反应是原子经济反应，如环加成、烯烃溴化 等，将反应物加到底物上，充分利用原料中的原子。 3．取代反应(Substitution)
取代反应中，离子基团是终产物中不需要的废物，
反应的原子经济性降低，而其非原子经济程度则视不 同的试剂和底物而决定。 4．消除反应(Elimination)
消除反应是原子经济性最低的反应。
• （1）采用无毒、无害的原料；
• （2）在无毒无害的反应条件下 进行；
• （3）具有“原子经济性”，即 反应具有高选择性，极少副产 品，甚至实现零排放；
• （4）产品应是环境友好的；
• （5）满足“物美价廉”的传统 标准
绿色化学的研究内容
绿色化学抗氧化物的研究
• 绿色化妆品是近几年绿色化学中热门的热 门话题。其所指的是采用天然原料，尽量 不使用对皮肤有刺激的色素、香精和防腐 剂；采用清洁的生产技术；使用可降解和 可再生利用的包装材料；舍弃化学合成添 加剂而采用生物工程制剂和天然植物提取 物；在安全无害的前提下，发挥除皱、美 白、抗衰老等功效。而其中的抗衰老涉及 到体内的抗氧化剂的研究，又和绿色化学 走到了一起。
在化工产品生产过程中，从工艺源头上就运用环保的
理念，推行源消减、进行生产过程的优化集成，废物再利用 与资源化，从而降低了成本与消耗，减少废弃物的排放和毒 性，减少产品全生命周期对环境的不良影响。绿色化工的兴 起，使化学工业环境污染的治理 由先污染后治理转向从源头 上根治环境污染。
绿色化学
绿色化学又称环境无害化学 （Environmentally Benign Chemistry)、 环境友好化学(Environmentally Friendly Chemistry)、清洁化学(Clean Chemistry) 。 绿色化学是新世纪人们追求健康，环保，生态平 衡的趋势。是用化学的技术和方法去减少或停止 那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原 料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物等的使 用和产生。其理想是使污染消除在生产的源头， 使整个合成过程和生产过程对环境友好，从根本 上消除污染
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、生产工艺清洁的目的。
绿色化学工艺—— 绿色无机化学工艺
• 含氟废气吸收
绿色化学工艺—— 绿色无机化学工艺
• 含磷酸性废水闭路循环
绿色化学工艺—— 绿色无机化学工艺
• 废渣磷石膏的处理
传统磷铵生产工艺线路，每生产一吨磷酸就产出4~7 吨的磷酸石膏废渣。 ●磷石膏制硫酸联产水泥
绿色化学工艺—— 绿色有机化学工艺
通常人们以石油、煤和天然气等天然资源 及其炼制品或加工产物为起始原料，经过裂解、 氧化-还原、加氢-脱氢、水解-水合及羰基化和 基本有机合成等反应过程，生产基础原料和基 本有机原料，从而形成了基本有机化学工业。
绿色催化技术
固
1.沸石分子筛 2.杂多酸催化剂
体
3.超强酸
酸
4.离子交换树脂
A型沸石的骨架结构图 ZSM-5型沸石的骨架结构图 X（或Y）型沸石的骨架结构图
3A分子筛
13X分子筛
固体碱
随着世界环保意识的加强以及绿色化学的发展， 人们越来越重视环境友好的催化新工艺过程。以固 体碱作为催化剂具有高活性、高选择性、反应条件 温暖和、产物易于分离、可循环使用等诸多优点， 尤其在精细化学品合成方面可使反应工艺过程连续 化，增强了设备的生产能力，发挥着越来越明显的
原料的绿色化
❖传统的直至现代化工生产,原材料大多数对 人类健康、生态环境有毒有害；
❖绿色化学或绿色化工清洁生产，主要要考 虑两大方面：对人类健康和生态环境的影 响；反应、转化成为目标产物（或产品） 过程的转换效率。
可再生资源作为化工生产原材料
• （1）采用生物质材料制取燃料 • （2）采用生物质材料制取精细有机化
绝大多数有机合成过程并不符合绿色化学 基本原则：原料（天然不可再生）、过程（利 用率低）、废物（排放较多、产品污染环境）
绿色化学工艺—— 绿色有机化学工艺
绿色化学工艺—— 绿色有机化学工艺
• 苯与乙烯烷基化制备乙苯
生态工业园区是依据循环经济理论和工业生
态学原理而设计成的一种新型工业组织形态，是生态工业 的聚集场所。生态工业园区遵从循环经济的减量化、再利 用、再循环的3R原则，其目标是尽量减少区域废物，将 园区内一个工厂或企业产生的副产品用作另一个工厂的投 入或原材料，通过废物交换、循环利用、清洁生产等手段， 最终实现园区的污染物“零排放”。工业生态学将工业园 区这样一个人工生态系统设想为自然生态系统，也存在着 物质、能量和信息的流动与储存，并通过工业代谢研究， 利用生态系统整体性原理，将各种原料、产品、副产物乃 至所排放的废物，利用其物理、化学成分间的相互联系、 相互作用，互为因果地组成一个结构与功能协调的共生网 络系统。生态工业园区是实现生态工业的重要途径，是经 济发展和环境保护的大势所趋。从环境保护角度来看，生 态工业园区才是最具环保意义和生态绿色概念的工业园区。
目前，绿色化工已被全球列为21世纪实现可持续发展的一项重要战略， 是解决资源、能源紧缺、环境恶化的重要途径，是提高人类生存质量和保 证国家与民众安全的核心基础科学与技术。未来，绿色化工和清洁生产工 艺技术将向节能、环保的方向发展。化学与材料、生命、信息、能源、资 源、环境等领域的结合将开辟新的发展方向，为提高人类生活质量和环境 改善提供多种途径。采用无毒、无害原料和溶剂、高选择性化学反应，从 源头上消除污染的绿色化学过程将得到普遍关注。
源自文库
目前世界各国都在大力推崇绿色化工的理念。在法国，“绿色化工”增长 势头强劲，给农业发展带来了全新思路。随着“绿色化工”的迅速升温， 未来这一新兴产业创造的财富很可能超过农产品本身，仅生物能源一项就 将产生巨大经济效益和社会效益。
绿色化工的出现，为我国化工行业的快速发展提供了良好契机。绿色化工 技术和科技产品的逐渐完善，将通过“变废为宝”做到“清洁生产”，资 源利用“一体化”，使新兴化工工业园区实现循环经济。
生物催化剂的应用
目前，生物催化工艺对化学工业已产生重大影响， 全球酶市场规模约10亿美元。酶都有其最佳温度和 pH 值。而有些工业生产过程需在在传统方面，微生 物和酶工艺已被用于生物衍生原料，现在开始扩展到 石油衍生材料领域，且手性酶在有机药品合成及柴油 微生物脱硫中得到广泛应用，在反应中作歧化剂。在 生产小分子的药物及中间体时，生物转化和传统的化 学方法最显著的区别就是能非常有效地不对称合成手
反应类型及其原子经济性 1．分子重排反应(Rearrangements)
分子重排反应是100％原子经济反应，因为它通过 原子重整产生新的分子，所有反应原子都结合到产物 中。 2．加成反应(Addition)
性化合物。
催化在绿色化学中的重要性
• 催化是化学工业的基石，化学工业上的重大变革、技术进 步多数是因为因的催化材料或者技术的产生，因此要发展 这样的一门对环境友好，造福于人类的绿色化学，催化尤 为关键，促使研究人员的持续研究。
绿色化工中的原子经济性
➢原子经济性是指原料分子中有百分之几的 原子转化成了产物，用以评价不同工艺路 线的原子利用程度。
绿色化学的实现途径
• ①开发原子经济反应； • ②提高烃类氧化反应的选择性； • ③采用无毒、无害的原料； • ④采用无毒、无害的催化剂； • ⑤采用无毒、无害的溶剂； • ⑥采用生物技术从可再生资源合成化学品； • ⑦环境友好产品； • ⑧计算机辅助的绿色化学设计； • ⑨有机电化学合成方法。
绿色化学的发展预测(12项原则)
学品 • 生物质：由光合作用产生的所有生物有机
体的总称，包括植物、农作物、林产物等。 其中含有淀粉、纤维素、木质素等成分。
生物质资源利用实例
• 发酵技术
绿色催化技术
绿色催化剂定义
绿色化学要求化学品的生产最大限度 地合理利用资源，最低限度地产生环境污染和最 大限度地维护生态平衡。它对化学反应的要求是： 采用无毒、无害的原料；在无毒无害及温和的条 件下进行；反应必须具有高效的选择性；产品应 是环境友好的。这四点要求之中有两点涉及到催 化剂，人们将这类催化反应成为绿色催化反应， 其使用的催化剂也就称为绿色催化剂。
优势，可望成为新一代环境友好的催化材料。
有机固体碱 有机无机复合固体碱
分类
金属氧化性 水合滑石类固体碱催化剂
无机固体碱
负载型无机固体碱
三氧化铝为载体的无机固体碱 分子筛为载体的固体碱
其他载体的固体碱
生物催化剂
定义
工业用生物催化剂是游离或固定化的酶或活细 胞的总称。
由于具有反应条件温和、催化效率高和专一性 强的优点，利用生物催化或生物转化等生物方法来生 产药物组分已成为当今生物技术研究的热点课题。
1.预防环境污染 Prevention 2.原子经济性 Atom Economy 3.无害化学合成 Less Hazardous Chemical Synthesis 4.设计安全化学品 Designing Safer Chemicals 5.使用安全溶剂和助剂 Safer Solvents a Auxiliaries 6.提高能源经济性 Design for Energy Efficiency 7.使用可再生的原料 Use of Renewable Feedstocks 8.减少衍生物 Reduce Derivatives 9.新型催化剂的开发 Catalysis 10.降解设计 Design for Degradation 11.预防污染中的实时分析 Real-time analysis for Pollution Prevention 12.防止意外事故的安全工艺 Inherently Safer Chemistry for Accident Prevention
加成反应是原子经济反应，如环加成、烯烃溴化 等，将反应物加到底物上，充分利用原料中的原子。 3．取代反应(Substitution)
取代反应中，离子基团是终产物中不需要的废物，
反应的原子经济性降低，而其非原子经济程度则视不 同的试剂和底物而决定。 4．消除反应(Elimination)
消除反应是原子经济性最低的反应。
• （1）采用无毒、无害的原料；
• （2）在无毒无害的反应条件下 进行；
• （3）具有“原子经济性”，即 反应具有高选择性，极少副产 品，甚至实现零排放；
• （4）产品应是环境友好的；
• （5）满足“物美价廉”的传统 标准
绿色化学的研究内容
绿色化学抗氧化物的研究
• 绿色化妆品是近几年绿色化学中热门的热 门话题。其所指的是采用天然原料，尽量 不使用对皮肤有刺激的色素、香精和防腐 剂；采用清洁的生产技术；使用可降解和 可再生利用的包装材料；舍弃化学合成添 加剂而采用生物工程制剂和天然植物提取 物；在安全无害的前提下，发挥除皱、美 白、抗衰老等功效。而其中的抗衰老涉及 到体内的抗氧化剂的研究，又和绿色化学 走到了一起。
在化工产品生产过程中，从工艺源头上就运用环保的
理念，推行源消减、进行生产过程的优化集成，废物再利用 与资源化，从而降低了成本与消耗，减少废弃物的排放和毒 性，减少产品全生命周期对环境的不良影响。绿色化工的兴 起，使化学工业环境污染的治理 由先污染后治理转向从源头 上根治环境污染。
绿色化学
绿色化学又称环境无害化学 （Environmentally Benign Chemistry)、 环境友好化学(Environmentally Friendly Chemistry)、清洁化学(Clean Chemistry) 。 绿色化学是新世纪人们追求健康，环保，生态平 衡的趋势。是用化学的技术和方法去减少或停止 那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原 料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物等的使 用和产生。其理想是使污染消除在生产的源头， 使整个合成过程和生产过程对环境友好，从根本 上消除污染
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、生产工艺清洁的目的。
绿色化学工艺—— 绿色无机化学工艺
• 含氟废气吸收
绿色化学工艺—— 绿色无机化学工艺
• 含磷酸性废水闭路循环
绿色化学工艺—— 绿色无机化学工艺
• 废渣磷石膏的处理
传统磷铵生产工艺线路，每生产一吨磷酸就产出4~7 吨的磷酸石膏废渣。 ●磷石膏制硫酸联产水泥
绿色化学工艺—— 绿色有机化学工艺
通常人们以石油、煤和天然气等天然资源 及其炼制品或加工产物为起始原料，经过裂解、 氧化-还原、加氢-脱氢、水解-水合及羰基化和 基本有机合成等反应过程，生产基础原料和基 本有机原料，从而形成了基本有机化学工业。
绿色催化技术
固
1.沸石分子筛 2.杂多酸催化剂
体
3.超强酸
酸
4.离子交换树脂
A型沸石的骨架结构图 ZSM-5型沸石的骨架结构图 X（或Y）型沸石的骨架结构图
3A分子筛
13X分子筛
固体碱
随着世界环保意识的加强以及绿色化学的发展， 人们越来越重视环境友好的催化新工艺过程。以固 体碱作为催化剂具有高活性、高选择性、反应条件 温暖和、产物易于分离、可循环使用等诸多优点， 尤其在精细化学品合成方面可使反应工艺过程连续 化，增强了设备的生产能力，发挥着越来越明显的
原料的绿色化
❖传统的直至现代化工生产,原材料大多数对 人类健康、生态环境有毒有害；
❖绿色化学或绿色化工清洁生产，主要要考 虑两大方面：对人类健康和生态环境的影 响；反应、转化成为目标产物（或产品） 过程的转换效率。
可再生资源作为化工生产原材料
• （1）采用生物质材料制取燃料 • （2）采用生物质材料制取精细有机化
绝大多数有机合成过程并不符合绿色化学 基本原则：原料（天然不可再生）、过程（利 用率低）、废物（排放较多、产品污染环境）
绿色化学工艺—— 绿色有机化学工艺
绿色化学工艺—— 绿色有机化学工艺
• 苯与乙烯烷基化制备乙苯
生态工业园区是依据循环经济理论和工业生
态学原理而设计成的一种新型工业组织形态，是生态工业 的聚集场所。生态工业园区遵从循环经济的减量化、再利 用、再循环的3R原则，其目标是尽量减少区域废物，将 园区内一个工厂或企业产生的副产品用作另一个工厂的投 入或原材料，通过废物交换、循环利用、清洁生产等手段， 最终实现园区的污染物“零排放”。工业生态学将工业园 区这样一个人工生态系统设想为自然生态系统，也存在着 物质、能量和信息的流动与储存，并通过工业代谢研究， 利用生态系统整体性原理，将各种原料、产品、副产物乃 至所排放的废物，利用其物理、化学成分间的相互联系、 相互作用，互为因果地组成一个结构与功能协调的共生网 络系统。生态工业园区是实现生态工业的重要途径，是经 济发展和环境保护的大势所趋。从环境保护角度来看，生 态工业园区才是最具环保意义和生态绿色概念的工业园区。
目前，绿色化工已被全球列为21世纪实现可持续发展的一项重要战略， 是解决资源、能源紧缺、环境恶化的重要途径，是提高人类生存质量和保 证国家与民众安全的核心基础科学与技术。未来，绿色化工和清洁生产工 艺技术将向节能、环保的方向发展。化学与材料、生命、信息、能源、资 源、环境等领域的结合将开辟新的发展方向，为提高人类生活质量和环境 改善提供多种途径。采用无毒、无害原料和溶剂、高选择性化学反应，从 源头上消除污染的绿色化学过程将得到普遍关注。
源自文库
目前世界各国都在大力推崇绿色化工的理念。在法国，“绿色化工”增长 势头强劲，给农业发展带来了全新思路。随着“绿色化工”的迅速升温， 未来这一新兴产业创造的财富很可能超过农产品本身，仅生物能源一项就 将产生巨大经济效益和社会效益。
绿色化工的出现，为我国化工行业的快速发展提供了良好契机。绿色化工 技术和科技产品的逐渐完善，将通过“变废为宝”做到“清洁生产”，资 源利用“一体化”，使新兴化工工业园区实现循环经济。
生物催化剂的应用
目前，生物催化工艺对化学工业已产生重大影响， 全球酶市场规模约10亿美元。酶都有其最佳温度和 pH 值。而有些工业生产过程需在在传统方面，微生 物和酶工艺已被用于生物衍生原料，现在开始扩展到 石油衍生材料领域，且手性酶在有机药品合成及柴油 微生物脱硫中得到广泛应用，在反应中作歧化剂。在 生产小分子的药物及中间体时，生物转化和传统的化 学方法最显著的区别就是能非常有效地不对称合成手