第一章绿讲义色化学
“绿色化学”的提出和内涵
“绿色化学”的提出和内涵环境与发展问题，已成了当代世界共同面临的两难选择，成了对21世纪人类最严峻的挑战，人类不得不面临新的环境问题。
为了从根本上预防和治理环境污染，必须依靠近年在国际上引起极大关注的化学领域——绿色化学一、“绿色化学”的提出和内涵“绿色化学”这个名称最早出现在美国××局的官方文件中，以突出化学对环境的友好。
2021年，美国总统克林顿、副总统戈尔专设了“总统绿色化学挑战奖”，以推动社会各界进行化学污染预防和工业生态学研究，鼓励支持重大的创造性的科学技术突破，从根本上减少乃至杜绝化学污染源。
由于上述原因，使得“绿色化学”这个名称广为传播。
“绿色化学”是当今社会提出的一个新概念。
在“绿色化学工艺”中，理想状态是反应物中原子全部转化为欲制得的产物，即原子利用率为100%（原子经济性）。
原子的利用率越高，意味着生产过程中废物的排放量越少，对环境的影响也越小。
把绿色化学融合于中学课程教材改革和课堂教学改革之中，便绿色化学成为中学化学教育的一个重要的组成部分，这是中学化学教育的崭新课题。
二、“绿色化学”在中学化学中的渗透1、立足课堂，渗透绿色知识。
化学课堂是教学的主阵地，也是向学生传授环保知识的好场所。
而绿色化学要求与环境教育宗旨是高度一致的。
在实施环境教育过程中，要向学生阐明绿色化学的观点、要求，使他们树立起防治污染、保证人类生存质量的责任感。
化学教师要充分挖掘和利用教材中的环保知识内容，采取渗透的方式，在介绍某种物质或操作方法时自然地引入相关的环保知识，让学生增长环保知识。
如讲二氧化硫时，我就向学生说明它是一种主要的大气污染物，它和氮氧化合物都是形成酸雨的主要物质，空气中二氧化硫70%来源于工业燃料，12%来源于工业燃油，其余则来源于生活燃煤等。
它既直接危害人的身体健康，又可以导致水质酸化，水生动物减少或绝迹，树木、庄稼枯死，还能腐蚀建筑物和文物。
最后让学生讨论：如何防止和减少二氧化硫的污染。
高中化学专题讲义：实验设计的绿色化
高中化学专题讲义：实验设计的绿色化例1保护环境是每一个公民的责任,下列做法：① 推广使用无磷洗涤剂；② 城市生活垃圾分类处理；③推广使用一次性木质筷子；④推广使用清洁能源；⑤过量使用化肥、农药；⑥推广使用无氟冰箱。
其中有利于保护环境的是（ ）A ．①②④⑤B ．②③④⑥C ．①②④⑥D ．③④⑤⑥ 例2从绿色化学的理念出发,下列实验不宜．．用右图所示装置进行的是 A ．不同浓度的硝酸与铜反应 B ．稀硫酸与纯碱或小苏打反应 C ．铝与氢氧化钠溶液或盐酸反应 D ．H 2O 2在不同催化剂作用下分解 例3“绿色化学”是指从技术、经济上设计可行的化学反应,尽可能减少对环境的负作用。
下列化学反应,不符合绿色化学概念的是A 消除硫酸厂尾气排放 SO 2＋2NH 3＋H 2O==(NH 4)2SO 3B 消除制硝酸工业尾气的氮氧化物污染 NO 2＋NO ＋NaOH==2NaNO 2＋H 2OC 制CuSO 4 Cu ＋2H 2SO 4（浓）==CuSO 4＋SO 2↑＋2H 2OD 制CuSO 4 2Cu ＋O 2==2CuO CuO ＋H 2SO 4（稀）==CuSO 4＋H 2O 例4下列符合化学实验“绿色化”的有：①在萃取操作的演示实验中,将CCl 4萃取溴水改为CCl 4萃取碘水 ②在铜和浓硝酸反应的实验中,将铜片改为可调节高度的铜丝 ③将实验室的废酸液和废碱液中和后再排放 A ①② B ①③ C ②③ D ①②③例5“套管实验”是将一支较小的玻璃仪器装入另一支玻璃仪器中,经组装来完成原来需要较多仪器进行的实验。
因其具有许多优点,已被广泛应用于化学实验中。
下列三个实验均为“套管实验”,请观察、分析,回答下列问题：【实验一】图甲是对课本有关Na2O2某性质的两个实验的改进。
（1）将胶头滴管中的水滴入小试管,然后,在导管口A、B处分别进行适当操作,再根据所观察现象可得到的两个结论是____________________,__________________。
绿色化学第二版知识点总结
绿色化学第二版知识点总结第一章：绿色化学导论绿色化学是以人为中心的理念，旨在提供环境友好、经济可行和社会可持续的解决方案。
绿色化学的原则包括原子经济、减少有害物质使用、能源效率、生物多样性保护、安全和健康。
第二章：设计绿色合成路线设计绿色合成路线的关键是使用尽可能少的原料，减少废弃物和副产品的产生，并确保合成过程中的安全性和可持续性。
绿色合成路线的设计需要考虑原料的可获得性、反应条件的温和性以及产物的纯度和性能。
第三章：使用可再生原料可再生原料是指那些能够通过自然过程得以更新并得以持续使用的原料。
在绿色化学中，使用可再生原料可以减少对有限资源的依赖，降低对环境的影响，并带来更可持续的生产和消费方式。
第四章：理解绿色溶剂的优势在绿色化学中，选择合适的溶剂非常重要。
绿色溶剂应具有良好的生态和毒理性能，并且在生产和使用过程中能够降低对环境和健康的不利影响。
第五章：开发绿色催化剂绿色催化剂是绿色化学中的重要组成部分，它们可以在较低的温度和压力下促进化学反应的进行，减少能量消耗和废弃物的产生。
绿色催化剂的设计需要考虑其对环境和健康的影响，并确保其在反应过程中的高效性和选择性。
第六章：开发可降解的塑料塑料制品的生产和使用给环境带来了严重的污染和危害。
在绿色化学中，开发可降解的塑料是一个重要的研究方向，它可以减少对有限资源的挥霍，降低对环境的影响，并为循环经济和可持续发展提供可能。
第七章：推广绿色化学理念推广绿色化学理念是绿色化学发展的一个重要环节，它需要政府、企业和公众的共同努力。
通过宣传教育、立法法规和市场激励等方式，推广绿色化学理念，促进绿色产品和技术的应用，为建设美丽中国和美丽世界作出贡献。
第八章：绿色化学的未来展望绿色化学是未来化学发展的重要方向，它将在能源、环境、材料和生命科学等领域发挥越来越重要的作用。
未来，绿色化学将逐渐成为化学领域的主流方向，带来更多的技术创新和商业机会，为人类社会的可持续发展提供更多的可能性。
绿色化学讲义
As you read this words, your eyes are using an organic compound (retinal) to convert visible light into nerve impulses. When you pick up a book, your muscles were doing chemical reactions on sugars to give you the energy you needed. As you understand, gaps between your brain cells are being bridged by simple organic molecules (neurotransmitter amine) so that nerve impulses can be passed around your brain.
染。
按人类活动分：工业环境污染、城市环境污染、
农业环境污染。
按造成环境污染的性质、来源分：化学污染、
生物污染、物理污染（噪声污染、放射性、电 磁波）、固体废物污染、能源污染。
2014/5/6 25 2014/5/6 26
毋容置疑，人类在享受物质进步的同时， 正在面临着越来越大的生存压力。是谁在 把我们引上绝路？ 是化学吗？ 是化学家吗？ 还是让我们共同来看一看生活中那些触目 惊心的镜头吧！！！
2014/5/6
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近期参考书
其它参考书
R. A. Sheldon, I. Arends, U. Hanefeld. Green Chemistry and Catalysis. Wiley-VCH, 2007. 张龙，《绿色化学》，华中科技大学，2011。 汪朝阳主编，《绿色化学通用教程》，中国纺织 出版社，2007。 Albert S. Matlack著，汪志勇等译，《绿色化学导 论》，中国石化出版社，2006。 阎立峰编著，《绿色化学》，中国科学技术出版 社，2007。 胡常伟，李贤均编著，《绿色化学原理和应 用》，中国石化出版社，2005。
绿色化学第1章绪论
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2020/3/22
第一节、环境问题
大洋中的一些岛屿、大陆沿海的低洼地就会 被海水淹没。同时，气候变化还会对农业、 林业、水资源、生态环境和人类的生活、健 康等造成广泛、长远而深刻的影响。
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2020/3/22
第一节、环境问题
二、核冬天的威胁
《绿色化学》电子教案
第一章 绪论
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2020/3/22
目录
第一节、环境问题 第二节、资源问题 第三节、健康问题 第四节 可持续发展问题
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2020/3/22
第一章、绪论
化学作为一门“核心、实用、创造性”的 科学，从其诞生到今天，已经取得了巨大的 成就。它的方法、它的结构以及化学反应方 面的研究目前仍在主导其他学科；它在开发 天然资源以满足人类的生活需要方面作出了 巨大的贡献。基于化学的产业利用天然资源 制取大量的化肥、农药、农膜、塑料、钢铁 、水泥等原料，并生产大量的合成纤维和橡 胶等以弥补农业、林业的不足；
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2020/3/22
第一节、环境问题
另一方面，汽车尾气、火力发电厂 的烟气等中所含的 NOx 类化合物臭 氧进入平流层后，会催化的臭氧分 解反应，从而破坏臭氧层。由于人 类向大气中排放的能破坏的物质增 加很快，因而臭氧层的破坏已日趋 严重。目前在南极上空已形成了近 万平方公里的“臭氧空洞”。
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2020/3/22
第一节、环境问题
温室气体主要有二氧化碳、氮氧化物、卤代 烃类等。据估计，如果按照现在各国二氧化 碳排放量增加的速度继续排放， 21 世纪中 叶地球表面的平均温度将升高 1.4 ～ 1 .5 ℃ ，两极冰雪将会加速融化，海平面将上 升 0.25 ～ 0 .65m 。由于海平面的上升， 势必使风暴潮灾害加剧、洪涝威胁增大，导 致海水倒流内侵、海岸内缩，这不仅会增大 排污的难度，而且使现有的江海堤防工程不 能满足需要，因而减灾能力不断降低。
高中化学校本课程教材《绿色化学》
原子经济性概念
01
在化学反应中，原料分子中的原子全部转化为目标产物，实现
零排放和高效利用。
原子经济性反应类型
02
包括加成反应、重排反应、环化反应等，这些反应具有高效、
高选择性和环境友好的特点。
原子经济性合成实例
03
如烯烃的氢甲酰化反应、羰基合成等，这些实例展示了原子经
济性合成在工业生产中的应用。
高效催化合成技术
水作为溶剂在化学反应中具 有独特的性质，如促进某些 有机反应的进行、提高反应 速率和选择性等。
离子液体作为溶剂的特点及应用
离子液体由阴阳离子组 成，具有极低的蒸气压 、高热稳定性、宽电化 学窗口等特性。
离子液体可以作为绿色 溶剂替代传统有机溶剂 ，用于有机合成、催化 反应、电化学等领域。
离子液体在溶解有机物 、无机物和聚合物等方 面具有广泛的应用前景 。
B
C
绿色涂料
以水性涂料、无溶剂涂料等为代表，具有无 毒无害、低挥发性有机化合物排放等特点。
绿色燃料
以生物柴油、氢气等为代表，具有可再生、 清洁环保等特点。
D
谢谢聆听
超临界流体在有机合成、催化反应、纳米材 料制备等领域具有广泛的应用前景。
D
无溶剂条件下的绿色合成反应
01
02
03
04
无溶剂条件可以避免使用有机 溶剂，从而减少环境污染和废
弃物处理成本。
无溶剂条件下的绿色合成反应 具有高原子经济性、高选择性
和高效率等优点。
常见的无溶剂条件下的绿色合 成反应包括固相反应、研磨反
绿色化学的应用可以减少有害物质对人类健 康的影响，提高生活质量。
02
01
推动科技创新
绿色化学第一讲ppt课件
绿色化学
化学工业的 E 因子
生产量 石油制品 基础化学品 精细化学品 医、农药 10-6 ~ 10-8 10-6 ~ 10-8 10-6 ~ 10-8 10-6 ~ 10-8 E-因子 约0.1 ＜1~5 5~50 25~＞100
E-因子：废物与目标产物的质量比
绿色化学
目标 ： a 减少大量的化学工艺、化学制品所带来的环境 负荷 。 b 提高化学产品的经济性、效益性。 经济性没有的话，普及绿色化学是困难的、 不可能的。环境负荷的降低与经济性是平衡关 系，因此要求：环境负荷减少并且产品具有竞 争力。 c 构筑化学与社会之间信赖关系。确保绿色在社 会上的重视。
例三
对人类健康的危害性和对环境、生态的破坏
1961年在欧洲引起了一起对药物Thalidomide的恐 慌。妇女在孕期为了减少恶心和呕吐而服用这个药物， 却发现所生的小孩带有严重的缺陷。估计全世界有1万 人之多，引起了社会关注，合成化学品作为药物对人类 产生的影响。
例四
1962年海洋生物学Rachael Corson所著的《寂静 的春天》，书中详细地叙述了DDT和其它杀虫 剂对各种鸟类产蛋的影响，这些化学试剂通过 皮肤、消化道进入人体，使人中毒。并在地球 大气循环的作用下，被带到世界各地，甚至在 北极的海豹和南极的企鹅体中也发现了DDT， 因而DDT于1941年上市至1972年禁止使用，长 达30余年间。
绿色化学的12原则
2. 设计的合成方法应使生产过程所采用的原料最 大量地进入产品中。（原子效率）
对于一个化学反应，若所使用的所有材料均转化至最 终目标产物中，则该反应就没有废物或副产物排放。这种 反应的效率最高、量节约能源与资源，同时也避免了废物 或副产物的分离与处理等过程．是化学反应的理想目标 Trost于1991年提出了“原子经济化学”(Atom Economy) 的概念。原子经济考察一个合成程中所有反应物转化成最 终产物的情况。
新版高中化学讲义：环境保护与绿色化学
一、环境保护1．环境问题：主要是指由于人类不合理地开发和利用自然资源而造成的生态环境破坏，以及工农业生产和人类生活所造成的环境污染。
2．环境保护的任务(1)环境质量监测：对污染物的存在形态、含量等进行分析和测定，为控制和消除污染提供可靠的数据。
(2)治理工业“三废”(废水、废气、废渣)。
(3)杜绝污染物的排放，从根本上解决环境问题。
二、大气污染及其治理1．污染物主要来源：化石燃料的燃烧和工业生产过程产生的废气及其携带的颗粒物。
2．污染物主要成分：CO、SO2、氮氧化物、挥发性有机物、烟尘等。
3．大气污染问题大气污染物在太阳辐射等因素作用下，经过复杂变化形成次生污染物，具体形成过程如下：次生污染物可造成酸雨、雾霾、光化学烟雾、臭氧空洞等污染现象。
第30讲环境保护与绿色化学知识导航模块一化学与环境保护知识精讲4．大气污染的治理措施限制和减少污染物的排放，吸收和处理大气污染物。
(1)通过改善燃料质量、改进燃烧裝置和燃烧技术、改进排烟设备、发展洁净煤技术降低燃煤在能源结构中的比例等措施，减少煤等化石燃料燃烧产生的污染；(2)通过推广使用无铅汽油、在汽车尾气系统中安装催化转化器、使用燃料电池、乙醇汽油作为汽油代用品、发展电动车等措施，减少汽车等机动车尾气污染； (3)停止氟氯代烷的生产和使用以保护臭氧层；(4)通过合理使用煤气、石油气或天然气等家用燃料、使用合格的环保型建筑材料和装饰材料、禁止在公共场所吸烟等措施降低CO 、CO 2、NO 、NO 2、SO 2、尼古丁、甲醛、苯及其同系物、氡等污染物含量，改善室内空气质量等。
思考与交流——酸雨是怎么形成的？【答案】大气污染物NO 2或SO 2溶于水，导致酸雨。
三、酸雨的形成及治理 1．硫酸型酸雨及治理(1)形成原理：_______________________________________________________________。
(2)治理：可在煤中添加生石灰、熟石灰、石灰石，或氨水作为脱硫剂。
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10、设计化学产品时，应考虑当该物质完成自己的功能后， 不再滞留于环境中，而可降解为无毒的产品；
11、分析方法也需要进一步研究开发，使之能做到实时、现 场监控，以防有害物质的形成；
12、化学过程中使用的物质或物质的形态，应考虑尽量减少 实验事故的潜在危险，如气体释放、爆炸和着火等。
(包括醋酸)
BHC公司新发 明的绿色方法
获1997年美国“总统 绿色化学挑战奖”
设计安全化学品奖、 更新合成路线奖、 变更溶剂和反应条件奖、 学术奖和小企业
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高效有机合成法
一瓶多步串联反应
F
形 成 四 个 新 建F 7 个 手 性 中 心
T M S 产 率 6 5 % ～ 7 0 % H
5、尽量不使用辅助性物质（如溶剂、分离试剂等），如 果一定要用，也应使用无毒物质；
6、能量消耗越小越好，应能为环境和经济方面的考虑所 接受；
2021/2/6
10
绿色化学的12条原则
7、只要技术上和经济上可行，使用的原材料应是能再生的；
8、应尽量避免不必要的衍生过程（如基团的保护，物理与 化学过程的临时性修改等）；
实际：E-因子=40
原子利用度和E-因子已成为一个化工过程
2021/2/6 绿色程度性（1）
加成反应：
例：烯烃的催化加氢：
Ni
CH3CH=CH2 + H2
CH3CH2CH3
可用通式表示为： A ＋ B → C
原子利用率达到100％
例： Michael(迈克尔)反应:
精品
第一章绿色化学
课程主要内容
绿色化学和绿色化工; 工业有机合成的化学基础（按反应机理对反应进行分类）； 合成工艺影响因素（温度、压力、催化剂、浓度、溶剂等对工业有机合成
反应的影响）； 均相、多相和酶催化反应（催化反应的特征、机理、应用范围，工业上对
催化剂的要求等）； 相转移催化作用（相转移催化原理及其在工业中的应用）； 溶剂效应（溶剂对反应的影响）； 有机光化学合成（光化学理论基础、合成反应的影响因素）； 有机电化学合成（有机电化学合成原理、特征，及其工业应用）； 辐射化学（辐射化学基本原理，辐射化学反应的影响因素，辐射化学在精
预期产物的分子量 原子利用度（%）=
生成物质的原子量总合
×100
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A＋B A＋B
产物
C＋D C＋
废物或副 产物
废物为零
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E-因子 E(nvironmental) Factor
Sheldon提出原子利用(atom utilization)，原子效率 (atom efficiency)和E-因子概念。提出用E-因子，即生 产每千克产品所产生的废弃物来衡量化工流程的排放量。
过渡金属催化剂的研究，提供了一些很好的原子经济性反应：
O HO
OH CH3
CH3
O (PhP3)RhCl EtOH, 25℃
HO
OH CH3 CH3
原子利用率100％
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实现绿色化学中催化剂的作用
使用化学计量无机试剂为主要污染源 化学计量的还原剂：Na、Zn、Fe、LiAlH4、NaBH4等； 化学计量的氧化剂：KMnO4、MnO2、K2Cr2O7等； 无机酸碱催化剂：NaOH、KOH、H2SO4、HF等；
长（大于30年） 中等
大于10万吨/年 小于1万吨/年
窄
很宽
短 不定 很宽
＜$ 5/Kg 不存在
＞$10/Kg 较小
不定 较大
低 小 工艺改进
中 高 工艺开发
大 中/高 产品开发
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5
1978年 ,美国商业部工业经济局曾发表关于 石油化工投入产出资料
投入石油化工原料 50亿美元 ： 产生脂肪烃、芳香烃等初级化学品 1 0 0亿美元
Diels-Alder反应:
原子利用率：
+
[ 82 /（28+54）] ×100 = 100%
D-A反应亦称双烯合成（diene synthesis), 是制备环状化合物应用最广泛的 合成方法之一，也是形成碳碳键的重要方法。
D-A反应是一个原子经济性的反应
例1.
N O 2 +
85%
N O 2 H
O
H
这类催化剂的特点： ⑴ 只需通过简单的过滤即可达到与产物的分离； ⑵ 可重复使用，有时达到50次。
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发现新合成方法提高反应的原子经济性
布洛芬—镇静、止痛药 的生产
Boots公司的 Brown方法
原子经济性～40%
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发现新合成方法提高反应的原子经济性
原子经济性 ～99%
绿色化工：在其基础上发展的化工技术和化工生产实践
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9
绿色化学的12条原理
1、防止废物的产生而不是产生后再来处理或清理；
2、合成方法应设计成能将所有的起始物质嵌入到最终产 物中；
3、只要可能，合成方法应被设计成能使用和产生对人类 健康和环境无毒或毒性很小的物质；
4、设计的化学产品应在保护原有功效的同时尽量使其无 毒或毒性很小；
如合成树脂、合成橡 胶、合成纤维、表面 活性剂等
Ⅲ 精细化学品
如中间体、医药和农
药的原药等
Ⅳ 专用化学品
如医药成药、农药配
剂、各种助剂、水处 理剂等
低
科 技 开 发 投 资
高
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4
工业化学品的特征
特征 生产周期 生产规模 生产范围 产品价格 产品差别 服务差别 附加值 R&D重点
通用化学品 精细化学品 专用化学品
2.H2SO4
3.MeOH
H2SO4
O
MeO
原子利用率46%
+ (NH4)HSO4
H3CC
CH + CO + CH3OH
Pd催化剂
O
60MPa, 60℃ MeO
收率99%, 原子利用率100%
壳牌公司生产甲基丙烯酸甲酯制备方法
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使用安全的化学品(2)
1、由光气生产的主要产品及用途
例2. Ph
CH3O
O +
CHO
-20℃ ee值:64%
O
H Ph
CH3O
O H
C H O H
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(不对称D-A反应)
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有机合成中常见反应的原子经济性（3）
重排反应： 例：Claisen重排：
O C H 2C H=C H 2 C laisen重 排
O H
C H 2C H=C H 2 (碳氧键参加的[3,3]迁移反应)
重排反应可用通式表示为：A→B
原子利用率100％
例：Cope重排:
HO
KH, THF
O
(碳碳键参加的[3,3]重排)
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O O
原子利用率100％
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精细化工实现高原子经济反应的途径
目前，在基本有机原料的生产中，已有一些实现了原子经 济性反应 如：丙烯氢甲酰化制丁醛、甲醇羰基化制醋酸
在精细化工中原子利用率还很低，废物排放量很大。
O + H2O2
O
O + H2O
锡/β-沸石
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
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环境友好催化剂
COCl
O
envirocat EPZG
+
140℃, 24h
Cl
Cl
用AlCl3
1t产品→3t含铝废弃物
用envirocat EPZG 催化剂↓1/10，HCl↓3/4，产率70%
Cl
Pd催化剂 3000t Lazabemide
N Cl +CO+H2N(CH2)2NH2 65%
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开发新催化剂提高反应的原子经济性（2）
Baeyer-Villiger反应—用于生产医药、塑料添加剂 ➢ 传统工艺
O
C l
+
O
O O H
O
O
C l
+
O O H
3-氯过氧化苯甲酸氧化剂，原子经济性42%，产生3-氯苯甲酸废物 ➢ 绿色工艺
瑞士CIBA公司精细化工率超过85%。
Dupont经营战略为： ⑴ 近期目标发展通用化学品（成本、市场竞争力） ⑵ 中期目标扩大专用化学品 ⑶ 远期目标发展生命科学制品
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工业化学品对生态环境的影响
类别
炼油产品 大宗化学品 精细化学品 药物
化工产品生产规模与环境因子
生产规模 /ｔ
106～ 108 104～ 106 102～ 104 10～ 103
光气(COCl2)，又称碳酰氯。 主要用于生产异氰酸酯，聚氨酯，聚碳酸酯，也是生产染料、
医药、农药和矿物浮选剂的原料。
聚氨酯是一种热缩性树脂，1995年世界总消耗量为650万吨， 80%作泡沫塑料，广泛应用于建材、家具、汽车、制革、纤维等行 业。
2、光气的毒性
剧毒，在空气中最高允许含量为1.0×10-7，吸入极微量时可引 起咳嗽、咽喉发炎、黏膜充血、呕吐等；重症时，引起肺部淤血 和肺水肿；深度中毒时，引起血管膨胀、心脏功能丧失，导致急 性窒息性死亡。死者肺部溢出的血液为肺平时质量的3-4倍，因而 被称为“在陆地上的溺死”。第一次世界大战中，光气曾被用作 化学武器。
化学催化过程：实现高原子经济反应的重要途径
CH2=CH2