绿色化学

非传统催化剂
催化剂的正确选择，对合成化学反应速度、 催化剂的正确选择，对合成化学反应速度、反应的选 择性和转化率， 择性和转化率，以及减少或消除产生副产物等有重要 影响。 影响。无毒无害和高效催化剂的研究和开发是绿色化 学的一个重要研究方向。 学的一个重要研究方向。
绿色化学在工业生产中的应用
玻璃工业
非传统原材料 现在，在人工合成的有机化学品中， 现在，在人工合成的有机化学品中，绝大多数是 从石化原料制备的。要经氧化、 从石化原料制备的。要经氧化、加氧或类似的过 传统上， 程。传统上，这个氧化过程是化学合成中污染环 境最严重的步骤之一。 境最严重的步骤之一。农业性原材料和生物性原 材料是很好的非传统原材料。 材料是很好的非传统原材料。这些原材料的分子 中多数都含有大量的氧原子，所以用它们取代石 中多数都含有大量的氧原子， 油作起始原料可以消除污染严重的氧化步骤。 油作起始原料可以消除污染严重的氧化步骤。探 索和开发非传统的可再生原材料是绿色化学的另 一主要内容。 一主要内容。
十二条绿色化学原则
预防（ ）。防止产生废物 预防（Prevention）。防止产生废物，比在他产生后再 ）。防止产生废物， 处理或清除更好。 处理或清除更好。 原子经济性（ ）。设计合成方法时 原子经济性（Atom Economy）。设计合成方法时，应 ）。设计合成方法时， 尽可能使用于生产加工过程的材料都进入最后的产品中。 尽可能使用于生产加工过程的材料都进入最后的产品中。 无害（或少害）的化学合成（ 无害（或少害）的化学合成（Less Hazardous Chemical Syntheses）。设计的合成方法中所采用的原料与生成的 ）。设计的合成方法中所采用的原料与生成的 ）。 产物对人类与环境都应当是低毒或无毒的。 产物对人类与环境都应当是低毒或无毒的。 设计无危险的化学品（ ）。设计 设计无危险的化学品（Design Safer Chemicals）。设计 ）。 生产的产品性能要考虑限制其毒性。 afer Solvents and Auxiliaries）。 ）。 所使用的辅助物质包括溶剂、分离试剂、和其他物品应 所使用的辅助物质包括溶剂、分离试剂、 是无害的。 是无害的。
绿色化学在我国的兴起： 绿色化学在我国的兴起：
1995年 中国科学院化学部的院士们提出以“ 1995年，中国科学院化学部的院士们提出以“绿色化 学与技术——推进化工生产可持续发展的途径”作为 推进化工生产可持续发展的途径” 学与技术 推进化工生产可持续发展的途径 重要的科研选题。 重要的科研选题。 1997年 举办了以“可持续发展问题对科学的挑战 1997年，举办了以“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。 绿色化学” 绿色化学 为主题的香山科学会议。 1999年底又在北京九华山庄举行了以“ 1999年底又在北京九华山庄举行了以“绿色化学基本 年底又在北京九华山庄举行了以 科学问题”为主题的21世纪核心科学问题论坛。 21世纪核心科学问题论坛 科学问题”为主题的21世纪核心科学问题论坛。 并且，在国家科技部的支持下， 并且，在国家科技部的支持下，已在中国科技大学和 四川大学组建了绿色化学研究中心。 四川大学组建了绿色化学研究中心。
绿色化学的概念
绿色化学( 绿色化学(Green Chemistry )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)。 ) 绿色化学即用化学的技术和方法去减少或消灭那些对 人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、 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。绿色化 溶剂和试剂、产物、副产物等的使用和产生。 学的理想在于不再使用有毒、有害的物质， 学的理想在于不再使用有毒、有害的物质，不再产生 废物，不再处理废物。 废物，不再处理废物。它是一门从源头上阻止污染的 化学。治理污染的最好办法就是不产生污型。 化学。治理污染的最好办法就是不产生污型。
绿色化学的理论基础
按照R.Sheldon的说法，要达到无害环境的绿色 的说法， 按照 的说法 化学目标，在制造与应用化工产品时， 化学目标，在制造与应用化工产品时，要有效地利用 原材料，最好是再生资源；减少废弃物量，并且不用 原材料，最好是再生资源；减少废弃物量， 有毒与有害的试剂与溶剂。 有毒与有害的试剂与溶剂。 为了达到此目标，Anastas ＆Warner提出了著名 为了达到此目标， 提出了著名 的十二条绿色化学原则( 的十二条绿色化学原则(Twelve Principles of Green Chemistry)， 作为开发环境无害产品与工艺的指导， ) 作为开发环境无害产品与工艺的指导， 这些原则涉及合成与工艺的各个方面。例如溶剂、 这些原则涉及合成与工艺的各个方面。例如溶剂、分 能源与减少副产物等，简称十二条， 离、能源与减少副产物等，简称十二条，从而为绿色 化学的进一步发展奠定了理论基础。 化学的进一步发展奠定了理论基础。
绿色化学的一些主要内容
原子经济性
美国Stanford大学的 大学的B.M.Trost教授在 教授在1991年首次提 美国 大学的 教授在 年首次提 出了反应的“原子经济性”新概念。 出了反应的“原子经济性”新概念。他认为化学合成 应考虑原料分子中的原子进入所希望产品中的数量， 应考虑原料分子中的原子进入所希望产品中的数量， 原子经济性的目标就是在设计合成路线时尽量使原料 分子中的原子更多或全部地变成最终预期产品中的原 子。 原子经济性（ ） （被利用原子的质量/反应中所使 原子经济性（%）=（被利用原子的质量 反应中所使 用全部反应物分子的质量） (1-1) 用全部反应物分子的质量）×100 根据上式可知，原子利用率越高， 根据上式可知，原子利用率越高，反应产生的废弃物 越少，对环境造成的污染也越少。 越少，对环境造成的污染也越少。
绿色化学
陈芳 环境科学与工程学院
绿色化学发展阶段 绿色化学的概念 绿色化学的理论基础 绿色化学的一些主要内容 绿色化学在工业生产中的应用 结语
绿色化学发展阶段
美国1990年通过了污染预防法（Pollution Prevention 年通过了污染预防法（ 美国 年通过了污染预防法 Act of 1990）。它促进美国环保局于1991年建立了绿 ）。它促进美国环保局于 年建立了绿 ）。它促进美国环保局于 色化学规划 。 1994年8月于美国华盛顿市召开的 届美国化学会全 年 月于美国华盛顿市召开的 月于美国华盛顿市召开的208届美国化学会全 国年会环境化学分会，首次以“绿色化学”为主题。 国年会环境化学分会，首次以“绿色化学”为主题。 1997年 月在美国先是由工业界、学术界、 1997年5月在美国先是由工业界、学术界、国家重点 实验室等联合在互联网上组成了一个虚拟非盈利组织， 实验室等联合在互联网上组成了一个虚拟非盈利组织， 以后演变建立了世界第一个绿色化学研究院（ 以后演变建立了世界第一个绿色化学研究院（Green Chemistry Institute, GCI） 。 ） 同年6 同年6月在美国首都召开了第一届绿色化学和工程年 会。 1999年初 年初， 1999年初，英国皇家化学会创办了国际性的 学术刊物。 “Green Chemistry”学术刊物。 学术刊物
为了预防污染进行实时分析（ 为了预防污染进行实时分析（Real-Time Analysis for Pollution Prevention）。需要进一步开发新的分析方 ）。需要进一步开发新的分析方 ）。 法使可进行实时的生产过程监测并在有害物质形成之 前予以控制； 前予以控制； 催化作用（ ）。采用具有高选择性的催化剂 催化作用（Catalysis）。采用具有高选择性的催化剂 ）。 比化学计量学的助剂优越的多。 比化学计量学的助剂优越的多。 防止事故发生的固有安全化学（ 防止事故发生的固有安全化学（Inherently Safer Chemistry for Accident Prevention）。在化学过程中 ）。在化学过程中 ）。 使用的物质和物质形态的选择， 使用的物质和物质形态的选择，应使其尽可能地减少 发生化学事故的潜在可能性，包括释放、 发生化学事故的潜在可能性，包括释放、爆炸以及着 火等。 火等。
色彩斑烂的玻璃制品给人以赏 心悦目的感觉，为我们生活增添了不 心悦目的感觉， 少的情趣。可是， 少的情趣。可是，在这个五彩缤纷的 玻璃世界中， 玻璃世界中，却包含着有害的甚至剧 毒的元素，如铅、 毒的元素，如铅、铬、镉、镍、铜、 砷等重金属，以及氟、 锰、砷等重金属，以及氟、氯、硫等 非金属。在工业生产过程中， 非金属。在工业生产过程中，这些元 素会释放、气化，污染大气、水源， 素会释放、气化，污染大气、水源， 以致对人类造成伤害。 以致对人类造成伤害。
炉渣玻璃
钢铁工业及有色冶金工业的发展产生了大量炉渣。 钢铁工业及有色冶金工业的发展产生了大量炉渣。以 我国为例,每年的冶金炉渣排放量便超过了700万吨， 我国为例,每年的冶金炉渣排放量便超过了700万吨，累计 700万吨 多达2000多万吨。目前利用率不到5% 2000多万吨 5%。 多达2000多万吨。目前利用率不到5%。若用以生产炉渣玻 璃陶瓷制品，由于配料中可加入50% 60%的炉渣无疑是保 50%～ 璃陶瓷制品，由于配料中可加入50%～60%的炉渣无疑是保 护生态环境的一种最有效的方法。不仅如此, 护生态环境的一种最有效的方法。不仅如此,尚能产生巨 大的经济效益。 大的经济效益。 炉渣玻璃比普通玻璃具有更高的抗弯、抗压强度， 炉渣玻璃比普通玻璃具有更高的抗弯、抗压强度，极 高的耐磨性能，良好的热性能(能耐1000℃的冷热温差) 1000℃的冷热温差 高的耐磨性能，良好的热性能(能耐1000℃的冷热温差)， 优良的电绝缘性能和稳定的化学性能。 优良的电绝缘性能和稳定的化学性能。
设计要讲求能效（ 设计要讲求能效（Design for Energy Efficiency）。 ）。 化学加工过程的能源要求应考虑它们对环境和经济的 影响并应尽量节省。 影响并应尽量节省。 使用可再生的原料（ 使用可再生的原料（Use Renewable Feedstocks）。 ）。 当技术和经济上可行时， 当技术和经济上可行时，原料和加工厂粗料都应可再 生。 减少衍生物（ ）。如果可能 减少衍生物（Reduce Derivatives）。如果可能，尽量 ）。如果可能， 减少和避免利用衍生化反应。因为， 减少和避免利用衍生化反应。因为，此种步骤需要添 加额外的试剂并且可能产生废物。 加额外的试剂并且可能产生废物。 设计要考虑降解（ ）。化学产 设计要考虑降解（Design for Degradation）。化学产 ）。 品的设计应使它们在功能终了时， 品的设计应使它们在功能终了时，可分解为无害的降 解产物并不在环境中长期存在。 解产物并不在环境中长期存在。