绿色化学的应用 (2)
绿色化学理念在有机化学及实验教学中的应用
绿色化学理念在有机化学及实验教学中的应用[摘要]随着我国工业化程度不断提高,污染越来越严重。
为此,有机化学的课堂实验应将绿色化学理念作为重点教学内容,可以采取的具体措施如下：(1)利用多媒体设备;(2)用微量及半微量操作代替传统的常量实验;(3)鼓励学生参与到综合性的合成实验中去。
通过这一系列措施在实验中降本增效,最小化污染物排放,真正地将绿色化学理念植根于学生的脑海中。
[关键词]绿色化学有机化学实验环境保护最先提出绿色化学理念的是美国化学会(American Chemical Society),由于顺应经济社会发展的客观规律,很快即在世界范围内广泛流传。
绿色化学,简单地说,是采用适当的化学原理减少,甚至消除工业生产对于生态环境的污染。
近年来,随着环境污染事件不断升级以及人们的环保意识不断增强,[1]绿色化学所倡导的理念已经成为国内外高校关注的热点。
众多大学化学教材以及高校的教学计划均纳入了绿色化学相关内容,积极向广大学生推广该理念,以期未来他们能将其运用在工作中。
一、绿色化学理念在有机化学理论教学中的应用(一)加强绪论课的教学绪论课是一门课程的序幕,其教学的目的是使学生明确学习绿色化学的终极目标,启发他们学习该课程的自觉性,激发学习兴趣。
因此,绪论课必须具备两大特性：(1)概念性：绪论课应界定绿色化学的准确定义和涵盖范围,将绿色化学的产生、发展融会于化学史的整个进程中介绍给学生,保证化学学习的连续性;(2)方向性：绪论课应指出绿色化学现阶段的发展状况以及未来的发展方向,同时需要指导学生如何进行该方向的学习,需要具备怎样的知识结构。
因此我们应当首先开场白式地介绍绿色化学的前世今生,以著名化学家、化学实验、化工企业的事例证明绿色化学出现的重要性,从而形象生动地描述其对于化工产业、环境保护乃至全人类发展的伟大意义。
在介绍有机化学的发展历程时,简单陈述生命力学说、实验室的获得、分子组成的确定、有机化合物和有机化学的定义、结构学说的建立等里程碑式的事件。
绿色化学在环境保护中的应用
绿色化学在环境保护中的应用绿色化学是一种以环境友好、资源节约及安全化学为基础，从化学品设计、合成及应用等方面，来减少或避免对环境、人类和动物所造成的不良影响的一种学科。
在环保方面，绿色化学作为一种全新理念、方法和技术，已经得到越来越广泛的应用，成为保护环境的一种有效方式。
一、绿色化学在制造业中的应用绿色化学在制造业中的应用主要表现为两个方面：一是绿色的原材料制备，二是从废弃物中回收资源。
用绿色化学方法制造产品，能够减少环境负担、节约资源，并降低生产成本。
例如有些化学品的合成过程中，废弃物量非常大，不仅对环境造成污染，而且浪费了许多资源，而使用绿色化学方法就可以有效地避免这种现象的发生。
二、绿色化学在农业和养殖业中的应用化学农药会对人体健康和环境造成很大的危害。
而绿色化学则是研究如何在农业和养殖业过程中尽可能地减少化学物质的使用。
例如，利用生物技术研制出缓释肥料，可以减少化肥的使用，长期来看更加环保。
在养殖业方面，绿色化学可以避免使用大量的药物和抗生素。
养殖废水通常富含氮、磷等营养成分，Muntisp这种技术能够提高污水处理的效率，大大减少养殖污染问题。
三、绿色化学在市政和园林绿化中的应用市政和园林绿化中常常需要使用除草剂、杀虫剂和杀菌剂等化学药品。
这些化学药品大量使用不仅对人体健康和环境造成很大的危害，而且容易造成草坪黄化死亡、植物凋萎等问题。
绿色化学在城市绿化管理中的应用，可以避免上述问题的发生。
例如，绿色化学可以利用生物学来降解有毒物质、利用微生物回收废弃物、利用低污染化合物替代有害化学药品等等。
四、绿色化学在日常生活中的应用绿色化学在日常生活中的应用同样具有广泛性和挖掘性。
例如，普通的洗衣粉常常含有许多不良成分，使用它们洗衣服会引起很多人的皮肤敏感和过敏等问题，因此市面上很多牌子专门研发生产绿色的洗衣粉。
此外，普通的洗发水和沐浴露含有一些有毒物质，不仅对皮肤不好，而且还容易造成水污染。
绿色化学可以研制出环保的香波和沐浴露，不仅能清洁身体，而且不会对环境造成什么危害。
绿色化学的发展和应用
绿色化学的发展和应用随着人类对环境问题的日益关注，绿色化学成为一个热门话题。
绿色化学是指在化学制品的生产过程中，最大限度地减少或消除对人类健康和环境的潜在危害。
它是可持续化学的关键部分，旨在实现经济、环境和社会可持续发展。
本文将探讨绿色化学的发展和应用，并介绍一些实际应用案例。
第一部分：绿色化学的发展历程绿色化学的发展始于20世纪70年代末期，当时出现了“绿色化学”的概念。
之后，一些早期的绿色化学方法被提出，例如在石油精炼中使用酸性催化剂，而不是氢氧化钠或其他强碱性催化剂，这可以减少酸性废弃物的产生。
在这个时期，绿色化学的主要目标是减少环境污染，特别是有害废物的产生。
到了21世纪，绿色化学的范围扩大到了其他领域，包括资源使用效率、能源效率、生物多样性保护等等。
现代绿色化学的主要目标是开发可持续的化学产品和更环保的化学过程。
这需要对化学反应、工艺和生产方式进行彻底的重新设计，并尽可能地减少环境影响。
第二部分：绿色化学的应用案例绿色化学的应用非常广泛。
下面我们将介绍几个实际的应用案例。
1. 生物质热解制备生物炭生物质热解是一种基于温度和时间的过程，将生物质分解为气体、液体和固体产品。
其中固体产物是生物炭，可以用作肥料、土壤改良剂和碳黑源。
使用这个方法的好处是不需要使用化石燃料，也不会产生废弃物。
2. 水基清洗替代有机溶剂水基清洗是一种代替有机溶剂的方法，可以减少对环境和工人健康的影响。
在很多工业领域，使用水清洗的效果和使用有机溶剂相当。
另外，水是环保和廉价的，可以减少生产成本。
3. 绿色催化剂绿色催化剂是一种可以控制化学反应过程的物质。
使用绿色催化剂可以减少有毒的废物和能源成本，同时提高反应率和选择性。
例如，新型纳米金属有机框架材料就能用作催化剂，可以加速不同化学反应。
第三部分：绿色化学的未来发展绿色化学已经成为许多行业的标准，随着技术的发展和落实政策要求，绿色化学将在未来继续发挥更加重要的作用。
下面我们讨论一些未来的发展趋势。
绿色化学在有机合成中的应用
绿色化学在有机合成中的应用随着环境意识的增强和可持续发展理念的提倡，绿色化学作为一种环保、高效的方法逐渐在有机合成领域得到应用。
绿色化学强调使用环境友好的反应条件和高效的催化剂，以减少废弃物产生、改善反应效率和降低资源浪费。
本文将介绍绿色化学在有机合成中的几个重要应用方面。
一、可再生原料的利用传统的有机合成方法中，化学品的生产通常使用非可再生原料，如石油、煤炭等化石燃料，这不仅增加了能源消耗，还对环境造成了严重的污染。
绿色化学的一个重要应用是利用可再生原料进行有机合成，以减少对化石燃料的依赖。
例如，生物质资源如木质纤维、废弃农作物和农业残留物被广泛运用于有机合成中。
利用生物质的纤维素、纤维素衍生物等可以合成糖、有机酸、醇等化学品，如利用稳定的纤维素衍生物生产生物基塑料。
二、催化剂的应用催化剂是有机合成中不可或缺的组成部分，传统合成会使用大量的溶剂和助剂，而绿色化学强调使用环境友好的催化剂，以提高反应效率和选择性。
铁、钴等过渡金属催化剂在绿色有机合成中被广泛应用，它们对于氢化、氧化和羰基化反应具有良好的催化效果。
此外，一些可再生资源如蔗糖、木薯淀粉等也可以作为催化剂的前体。
三、溶剂的选择传统有机合成过程中常使用的有机溶剂如二氯甲烷、三氯甲烷等对环境和健康都存在潜在的危害。
绿色化学强调采用环境友好的溶剂，如水、离子液体等。
水是一种无毒、无污染、可再生的溶剂，被广泛应用于有机合成中。
水相反应可以降低合成过程中的废弃物产生，并且有助于提高反应的选择性。
离子液体由于其优异的溶剂特性和可重复使用的特点，也成为绿色化学领域的研究热点。
离子液体的应用不仅可以代替有机溶剂，还可以催化有机反应和催化剂的载体。
四、反应条件的优化传统有机合成反应常需要高温、高压等严苛的条件，这对能源消耗和反应产物质量控制都带来了困难。
绿色化学倡导使用环境友好的反应条件，如常温、常压下进行反应。
常温条件下的反应不仅节省能源，还可以提高反应的选择性和产率。
绿色化学与现代生活 用例
绿色化学与现代生活用例绿色化学是一种注重减少环境影响和提高可持续性的化学理念和方法。
在现代生活中，绿色化学发挥了重要作用，带来了许多实际的应用。
以下是一些绿色化学在现代生活中的例子：1. 可再生能源：绿色化学促进了可再生能源的开发和利用。
例如，通过绿色化学方法可以改进太阳能电池、风能转换器和生物质能源技术，实现更高效、可持续的能源供应。
2. 绿色清洁剂：传统清洁剂中含有对环境和健康有害的化学物质，而绿色化学研发了更环保的清洁剂替代品。
这些绿色清洁剂在清洁效果上同样出色，但对水体和生态系统的影响更小。
3. 可降解塑料：绿色化学致力于开发可降解的塑料材料，以减少塑料垃圾对环境的负面影响。
这些可降解塑料可以在自然环境中分解，并减少对海洋生态系统的污染。
4. 绿色催化剂：绿色化学研究了更高效和环保的催化剂，用于化学反应和工业生产过程。
这些催化剂减少了对有害化学物质的使用，提高了反应效率，减少了废物产生。
5. 绿色农业：绿色化学在农业领域推动了更可持续和环保的农业实践。
例如，研发了绿色农药和有机肥料，以减少对土壤和水资源的污染，并保护生态系统的平衡。
6. 可再利用材料：绿色化学鼓励利用废弃物和副产品作为原料，开发可再利用的材料。
这种方法可以减少资源消耗，减少废弃物产生，并促进循环经济的发展。
7. 绿色纺织品：绿色化学在纺织行业推动了绿色纺织品的发展。
研发出环保染料和可再生纤维材料，降低了对水资源的需求和对环境的影响。
8. 电池技术：绿色化学为电池技术提供了可持续和环保的解决方案。
例如，开发了可再生能源储存的高效电池材料，促进了电动汽车和可再生能源的广泛应用。
9. 水处理：绿色化学方法被应用于水处理领域，以净化和提供清洁的饮用水资源。
通过绿色化学的技术，可以高效地去除污染物和有害物质，提高水资源的可持续利用率。
10. 医药和化妆品：绿色化学在医药和化妆品领域推动了更环保和可持续的产品开发。
例如，绿色合成方法可以减少有害副产物的生成，开发更安全和高效的药物和化妆品。
绿色化学原理与应用
绿色化学原理与应用环境污染日益加剧，人类已经意识到保护环境的重要性。
绿色化学是为了在化学过程中减少对环境的负面影响而开发的一种新型化学。
它通过最大限度地减少废弃物的产生、使用天然而非有毒的化合物及促进可持续发展来达到这一目标。
本文将介绍绿色化学的原理和应用。
一、绿色化学原理绿色化学的基本原理是维持原子经济性、代谢良性、避免污染、安全性和可持续性。
具体来说，绿色化学从以下四个方面来实现自己的宗旨。
1. 在反应过程中最大限度地利用原料传统的化学反应经常采用大量的溶剂及其它原料，而绿色化学则通过反应中尽可能多的物质被转化成有用的物质，从而减少无意义的氧化还原反应，从而最大限度地使用原料。
2. 优化化学反应工艺绿色化学通过优化反应工艺，尽可能地减少工业化反应所产生的废弃物。
比如，采用绿色的催化剂，在复杂的反应中，针对亲核性或亲电性体系的选择性催化剂的使用是一个不错的选择。
此外，微反应技术、高速球磨技术等也成为优化化学反应工艺的发展方向。
3. 替代有毒化学试剂绿色化学反对使用由于分解产生有毒污染物或有毒中间体的试剂，提倡使用可再生或可生物降解的溶剂或化学试剂。
很多绿色溶剂如水，可轻易地生物併成 CO2 与 H2O，有助于实现目标。
4. 结合环境影响的化学度量绿色化学认为，度量化学反应对环境的影响是实现环保化学的关键。
因此，化学反应必须具有环境评估方法以评估实施过程对环境的影响。
基于 LCA 理论系统，应该确定分析评估方法，用以评估资源循环、能源效率与环保情况。
二、绿色化学的应用能源和工业界在使用绿色化学技术方面领先，但这种技术也被应用于医学、食品和日常清洁等领域。
1. 能源绿色化学技术被广泛应用于石化、燃料和光伏等能源产业。
通过使用可再生原料进行生产，可以降低化石燃料的使用，这可以在未来的能源供应中发挥重要作用。
2. 工业绿色化学技术已被应用于诸如颜料、聚合物、胶体或纤维等许多领域，例如环保装备、可生物降解的塑料和水净化系统等，这些工业生产的产品能带来更少的污染。
绿色化学技术在制药工业中的应用
绿色化学技术在制药工业中的应用制药工业是目前全球最具有竞争性和成长性的产业之一。
然而，随着人们对环境保护意识的增强，传统的化学合成方法面临严峻的挑战。
因此，绿色化学技术逐渐被应用于制药工业，以提高制药过程的效率和可持续性。
本文将介绍绿色化学技术在制药工业中的应用，并探讨其对环境和经济的好处。
1. 绿色化学技术的定义绿色化学技术是一种具有环保和可持续性的化学技术。
它包括了所有化学合成方法、反应条件和产物处理方法，旨在减少或消除对环境的有害影响。
这种技术通常使用可再生的原材料、不使用有害物质和生成无害的化合物来实现化学反应。
绿色化学技术的目标是设计出更加环保和可持续的化学合成方法，降低制药过程的能耗和污染物排放。
2. 传统制药工艺的不足之处传统的制药工艺通常采用大量的有机溶剂、催化剂和其他化学物质进行合成。
这些物质未经处理的排放会对环境造成污染。
此外，传统的工艺通常需要高温和高压的反应条件，这种条件下容易形成副产物，产生大量的污染物。
这些副产物难以去除，导致制药过程的污染更加严重。
3. 绿色化学技术的应用绿色化学技术在制药工业中的应用包括以下几个方面：（1）使用可再生的原材料。
可再生的原材料如植物材料、生物质和轻质化学品等，能够替代传统的石油化学品，降低制药过程的污染。
（2）精细化学合成。
绿色化学技术通过使用先进的催化剂和分离技术，减少了制药过程中需要的有机溶剂、催化剂和其他化学物质，从而降低了排放物的数量和污染物的浓度。
（3）采用无溶剂的反应方法。
无溶剂的反应方法降低了制药过程中需要的有机溶剂和其他化学物质的使用，减少了排放物的数量和污染物的浓度。
（4）循环经济。
绿色化学技术通过挖掘废料和废气的利用价值，实现了制药过程的循环经济。
例如，使用废气中的二氧化碳来进行催化反应，减少了化石燃料的使用，降低了温室气体的排放。
4. 绿色化学技术的好处（1）环保优势。
绿色化学技术减少了对环境的污染，降低了排放物的数量和污染物的浓度，保护了环境和人类的健康。
绿色化学技术的应用与发展趋势展望
绿色化学技术的应用与发展趋势展望随着生态环境的日益受到关注和人们对可持续发展理念的认同，绿色化学技术正在成为化工行业的研究和应用热点。
绿色化学技术是指采用环保的、可持续的方法，开发和生产无毒、无害、高效的化学产品。
本文将从绿色化学技术的应用案例、发展趋势以及技术路线等方面探讨其在未来的发展方向。
一、绿色化学技术的应用案例（一）替代有毒、危险物质绿色化学技术的重要应用之一就是为化学品替代有毒、危险物质，例如替代甲醛和苯酚等有害物质。
在这方面，我们可以看到一些典型案例。
比如，丙烯酸酯类凝胶就是一种优秀的替代甲醛粘合剂的产品。
该凝胶无毒、无刺激性，完全达到环境友好标准。
在制备过程中，还通过生物技术手段开发了一种生物质材料，进一步降低了环境污染的风险。
（二）设计可降解的材料在可持续发展的理念下，设计可降解的材料是绿色化学技术最为重要的应用领域之一。
例如，生物降解瓶、可生物降解的纳米薄膜材料等就是绿色化学技术的代表应用。
生物降解瓶是指采用生物分解的方法生产的瓶原料，具有卓越的可降解性、可生物降解性和可循环利用性。
这种瓶材的设计不仅可以有效减轻废弃物对环境的破坏，而且能够为可持续发展理念的实现做出积极贡献。
二、绿色化学技术的发展趋势（一）应用范围蓬勃发展随着环境保护和可持续发展理念的广泛普及，绿色化学技术的发展呈现了强劲的势头。
未来，绿色化学技术将在新能源、新材料、环境保护等领域持续发力，形成更为广泛的绿色应用。
（二）创新驱动的飞跃发展绿色化学技术的另一个发展趋势就是从“经验驱动”到“创新驱动”的飞跃。
这表现为新技术的广泛应用、新材料的研制、废弃物的转化利用等方面。
未来，随着更多的新方法和新技术的投入和应用，绿色化学技术将更好地实现从源头到终端的全生命周期管理。
三、绿色化学技术的技术路线（一）催化技术的发展绿色化学技术的发展需要靠一些高效的催化技术，这对促进原料利用效率和产品质量的优化非常有帮助。
在未来，催化技术将继续成为绿色化学技术最为关键的技术路线之一。
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和、设备简单，因此是绿色生产技术。
• 生物催化剂90年代开始应用于多种工业生产
过程（见表4-1）。
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3
表4-1. 生物催化技术的应用领域
工业部门 石油炼制
大宗化学品
高分子聚合物
应用领域 成熟程度及应用情况
生物脱硫
工业示范
生物制机动燃料
开发中
生物制氢
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12
• 甲醇羰基化法合成乙酸经历了由高压钴催
化法发展到低压铑催化法的科学技术突破。
➢20世纪中期，ASF公司开发出采用羰基钴
-碘催化剂的高压羰基化工艺，反应温度 250oC，反应压力53MPa，产物按甲醇计 收率为90%。
➢此方法的缺点是反应条件苛刻、能耗高、
催化反应速度低、原料利用不充分、生成 副产物较多，因此推广应用有限，仅有几 套装置运行，最大规模为64kt/a。
开发中
乙醇
已成熟
1，3丙二醇
接近成熟
甘油
工业示范
可生物降解聚合物
工业应用
Xanthan plymers 工业应用
聚丙烯酰胺
工业应用
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4
特殊有机中间体 新中间体
Байду номын сангаас
手性中间体
Oleochemicals
医药
医用蛋白
手性药物
农用化学品
Carbonhydrates Polymers
生物杀虫剂
日用化学品 乳酸
• 当时乙烯法制乙醛的路线以其生产规模大，成本低而
与其他路线竞争占有很大优势，使乙烯制乙醛在70年 代初达到了1610kt/a的规模，所生产的乙醛大部分用于 制造乙酸。
• 缺点：石油和乙烯原料成本高；乙醛制乙酸的单程转
化率约90%；收率以乙醛计为94-95%；反应中有少量
副产物双乙酸亚乙酯、丁烯酸、丁二酸等生成，分离
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第二节 绿色原料
一、从葡萄糖合成己二酸和邻苯二酚 二、生物质转化为化学品 三、CO2作发泡剂 四、 非光气法合成异氰酸酯（不要求） 五、碳酸二甲酯作甲基化试剂 （不要求） 六、苄氯羰化合成苯乙酸 （不要求）
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28
一、从葡萄糖合成己二酸和邻苯二酚
规模为140kt/a的从玉米生产聚乳酸的装置，用于生产 纤维和塑料等。
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6
• 我国在某些领域也取得了重大进展。
➢如生物催化丙烯腈制丙烯酰胺在建设几
套千吨级规模装置的基础上，一套规模 为20kt/a的生产装置正在投产。
➢以厌氧活性污泥为原料的“有机废水发
酵法制氢技术”研究目前已通过中试验 证，实现了中试规模连续非固定菌长期 操作生物制氢。
赖氨酸
柠檬酸
环境保护
废物处理技术
生物治理
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工业应用 工业应用 工业应用 工业应用 工业应用 工业应用 工业应用 接近成熟 工业应用 工业应用 开发中 开发中
5
• 生物技术在化学化工中的应用正在全面兴起。其中，
在精细化学品和药物的合成，特别是手性化合物等
高附加值化学品的合成中已得到成功的工业应用，并 占据了一定的市场分额。
第四章 绿色化学的应用
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1
• 化学反应因选择性不高造
成资源大量浪费，而且副 产物的生成又造成对环境 的污染。
• 化学家们一直在探索提高
反应选择性，以达到尽可 能高的原子经济性反应 。
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2
第一节 绿色化学反应
一、生物催化
• 生物材料在利用资源和发展绿色技术方面均
十分重要。采用生物可再生资源代替当前广 泛使用的石油，是一个长远的发展方向。
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15
• 我国中科院化学所蒋大智等对甲
醇羰基化合成乙酸的催化剂和催 化反应体系进行改进，他们采用 高分子负载型铑催化剂，使催化 反应速度明显提高，达到了 1.2~6.6×103 molAcOH/molRh·h, 时空产率高达15mol/L，羰基化产 物选择性保持在99%以上，形成具 有自己特色的催化反应体系。
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➢1968年美国Monsanto公司的Paulick 和Roth发
现了新的可溶性羰基铑-碘化物催化剂体系。 此方法的优点：它们对甲醇羰基化合成乙酸 有更高的催化活性和选择性（催化速度 ）； 1.1×103molAcOH/molRh·h, 羰基化选择性大于99%。
➢反应条件变得十分缓和，反应温度降至
➢ 据统计，1996年，生物催化剂已占世界催化剂90亿
美元市场的11%。
➢ 美国Biosystem公司（EBC）已成功开发了一种生物脱
硫的新工艺（BDS），第一套柴油生物脱硫工业示范 装置正在Petro Star公司的 Alaska 炼油厂建设之中， 预计2001年第三季度投产。
➢Cargill Dow 聚合物公司正耗资3亿美元建设一套生产
麻烦；设备投资较高，因此导致此路线后来逐渐失去
竞争能力。
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丁烷液相氧化制乙酸
该方法曾是50-60年代生产乙酸的主要路线，
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• 真正的反应过程是相当复杂的，生
成的氧化产物多，主要副产物有甲 醇、甲酸、乙醇、丙酸等，它们占 有相当大的比例，分离过程比较麻 烦。
• 无论从原料的有效利用和环境影响
➢以玉米淀粉制得的糖类化合物为原料，
采用生物发酵法制造甘油，已建成示范 工厂。
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二、甲醇羰基化法合成乙酸
乙酸生产有乙醛氧化法、丁烷和轻质油 氧化法以及甲醇羰基化法。 乙醛氧化法制备乙酸的反应式如下：
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8
• 这条生产乙酸的技术路线开发最早，至19世纪60年代，
Hoechst-Wacker法直接氧化乙烯制乙醛技术开发成功 后更有了有飞速的发展。
175~200 oC，反应压力降至6 MPa以下，产物 以甲醇计收率为99%。
• 意义：
➢从工业生产上实现了原子经济反应，成为近
代羰基合成技术发展道路上的里程碑；
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14
➢消除了氧化法合成乙酸的环境污染
问题；
➢开辟了可以不依赖石油和天然气为
原料的合成路线。
它的原料可从自然界丰富的碳 和水资源制取的一氧化碳和氢来解 决，因为甲醇是由一氧化碳和氢气 合成的,因此也可看成利用自然界可 再生资源的典型的绿色化学原料路 线。
来看，丁烷液相氧化法不再具有任 何优势，因此已逐渐被淘汰。
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11
甲醇羰基化法合成乙酸
• 甲醇羰基化法合成乙酸是一个典型的原子
经济反应，它的原子经济性达到100%。
• 该 方 法 是 20 世 纪 60 年 代 后 期 由 美 国
Monsomto公司开发成功的 ，它占了乙酸新 增生产能力的90%以上 。