绿色化学与环境友好催化剂_王忠帅
绿色催化剂的研究与应用
绿色催化剂的研究与应用催化剂是一种能够提高反应速率的物质，广泛应用于化学工业中。
然而，传统的催化剂通常含有有害或有毒物质，对环境和人体健康造成潜在风险。
为了解决这一问题，研究人员开始关注绿色催化剂的开发与应用。
本文将探讨绿色催化剂的研究进展以及在实际应用中的潜力。
1. 绿色催化剂的概念与特点绿色催化剂是指在其合成、制备和应用过程中对环境无毒无害，能够提供高催化效能的催化剂。
其特点包括：- 环境友好：绿色催化剂使用无害、可再生、可回收的原料，并通过低能消耗的合成方法制备。
- 高效催化：绿色催化剂具有优良的催化活性和选择性，可以在温和的条件下实现高产率的化学反应。
- 安全可控：绿色催化剂的制备和应用过程无毒无害，对工作人员和环境无危害。
2. 绿色催化剂的研究方法与进展为了开发绿色催化剂，研究人员采用了多种方法和策略。
其中包括：- 生物催化剂：通过利用酶或细胞等天然催化剂，实现对生物质转化和有机合成的高效催化。
- 可持续催化剂：采用可再生资源制备催化剂，如利用纳米材料或矿物催化剂进行氧化反应。
- 金属有机框架催化剂：通过合成具有可调控孔隙结构和催化活性的金属有机框架，实现高效催化反应。
近年来，绿色催化剂的研究取得了许多重要进展。
例如，研究人员发现了以贵金属为基础的新型催化剂，在氢化反应和脱羰化反应中表现出优异的催化活性。
此外，利用纳米微球催化剂进行有机催化合成，不仅可以提高催化效能，而且还可以实现催化剂的可回收利用。
3. 绿色催化剂在实际应用中的潜力绿色催化剂的研究为实现可持续发展提供了重要的支持。
其在实际应用中具有广阔的潜力，包括：- 化学工业：绿色催化剂的应用可以提高化学工业的能源利用率和产物收率，减少废弃物和有害物质的排放。
- 能源领域：通过绿色催化剂的开发，可以实现高效催化制氢和二氧化碳转化等关键能源技术的可持续发展。
- 环境保护：绿色催化剂可以用于重金属污染物的降解和废水处理等环境保护领域，对改善环境污染问题具有重要意义。
绿色催化剂介绍
酸型色 红 红 红 红 红 紫 黄 紫 砖红 黄 黄 黄 黄 黄 黄
二甲基黄：
N=N
N(CH3)2 + A =
黄（碱型）
pKa +6.8 +4.8 +4.0 +3.3 +2.0 +1.5 +0.8 +0.43 -3.0 -5.6 - 8.2 -11.35 -12.70 -14.52 -16.04
[H2SO4] % 8×10-8
L酸位：吡啶配位键合于L 酸位的吸收谱带 1450 ㎝-1或1490 1610 ㎝-1
3300
1640
40
20
配位 键合
NH4+
NH3
3120
C B A
配位 键合 NH3
NH4+
3500
3000
2500
2000
波数，㎝-1
A — 脱水Cat B、C — 再吸水Cat
氨在硅铝胶上的吸收 IR 光谱
1500
150
0.64 0.48 0.24 0.15 0.00 0.00 0.00 0.00
300
0.61 0.52 0.32 0.30 0.05 0.00 0.00 0.00
600
0.58 0.58 0.58 0.58 0.48 0.05 0.00 0.00
1000
0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 0.00 0.00
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。
复合催化剂在绿色化学中的应用探讨
复合催化剂在绿色化学中的应用探讨在当今社会，环境保护和可持续发展已经成为全球关注的焦点。
绿色化学作为一门致力于减少或消除有害物质产生的科学领域，正逐渐改变着化学工业的发展方向。
而复合催化剂在绿色化学中的应用，为实现更加环保、高效的化学反应提供了有力的支持。
复合催化剂，顾名思义，是由两种或两种以上不同成分组成的催化剂体系。
与单一催化剂相比，复合催化剂具有独特的优势。
它们能够通过各组分之间的协同作用，提高催化活性、选择性和稳定性，从而在绿色化学的诸多领域发挥重要作用。
首先，在有机合成领域，复合催化剂为构建复杂分子提供了更加绿色和高效的途径。
例如，钯铜复合催化剂在交叉偶联反应中的应用，使得碳碳键的形成更加容易和高效。
传统的合成方法往往需要苛刻的反应条件，如高温、高压和使用大量的有机溶剂，这不仅增加了能源消耗，还会导致环境污染。
而钯铜复合催化剂能够在较为温和的条件下催化反应，减少了能源的浪费和有害废弃物的产生。
另外，在能源领域，复合催化剂对于可再生能源的转化和存储具有关键意义。
以燃料电池为例，铂钌复合催化剂在氢燃料电池中的应用，显著提高了氧气还原反应的效率。
这有助于降低燃料电池的成本，推动其大规模应用，从而减少对传统化石能源的依赖，减少温室气体的排放。
在环境保护方面，复合催化剂在废气和废水处理中也展现出了巨大的潜力。
例如，钛基复合催化剂可以在可见光的驱动下，将空气中的有害气体如氮氧化物和挥发性有机物分解为无害物质。
在废水处理中，铁锰复合催化剂能够有效地催化氧化有机污染物，使其转化为可生物降解的物质，从而降低废水的毒性。
复合催化剂之所以能够在绿色化学中取得如此显著的成果，其原理在于各组分之间的协同效应。
这种协同效应可以表现在多个方面。
一方面，不同组分之间可能存在电子转移和相互作用，改变了催化剂表面的电子结构，从而优化了反应物的吸附和活化过程。
另一方面，各组分可以分别针对反应的不同步骤发挥作用，提高了整个反应的效率和选择性。
浅述“绿色催化”
AlCl3-CuCl2、AlCl3-Ti2(SO4)3、AlCl3-Fe2(SO4)3等。 (3) 氟代磺酸化离子交换树脂（Nafion-H）
(4) 膜催化剂 膜催化剂是将催化剂制成膜反应器，反应物 可选择性的穿越催化膜并发生反应，产物也可以选择性的穿过 膜而离开反应区域，从而有效地调节反应区域内的反应物和产 物的浓度，这也是将膜技术和催化综合的一种催化工艺。 如 NOx在膜反应器中还原，反应转化率可达100% 。
结束语
清洁生产是可持续性发展提出的新课题，各国为此花费大 量人力、物力、财力进行研究和开发，是发展的方向。绿色催 化剂的研制与开发，是化学工作者的重大课题，也是化学工业 摆脱排污量，对环境伤害严重局面的希望所在。然而催化技术 仍面临着许多待解决的课题，很多技术尚处于探索阶段，如超 临界流体技术催化氧化反应、等离子体技术、纳米催化技术等 都是绿色化工中有待开发的重要内容。
.3应用
(1) 烃类异构化反应 汽油的抗爆性用异辛烷值表示，直 链烃异构化是生产高辛烷值汽油的重要手段。用SbF3-Al2O3 作催化剂进行丁烷、戊烷的异构化，反应条件为温室，选择 率达80％～90％。
(2)烷基化反应 工业上常通过芳烃烷基化、烯烃烷基化 及烷烃烷基化反应来生产高辛烷值的汽油，固体超强酸作催 化剂可使反应在常温下进行。如苯和乙烯反应制乙苯，传统 反应办法以AlCl3-HCl作催化剂，催化活性较高，但AlCl3 和 HCl都对设备又强烈的腐蚀，故使设备投资大增，且会产生 大量的废水。假如以SbF3-Al2O3为催化剂就克服了这一困难， 且转化率达97％～99％。
绿色催化
OH
O H
OH
CH2OH
(a) HO OH O CH3
OH (b) O Cl
•
ห้องสมุดไป่ตู้
作为人工酶模型的主体分子虽有若干种，但 迄今被广泛采用且较为优越的还是环糊精。CD 分子和底物的结合常数可达104mol-.L，但不及 某些酶对底物的结合常数大，CD羟基的催化能 力也有限。为了增加环糊精的仿酶效果，人们对 环糊精的化学修饰进行了大量的研究，并相继出 现了桥联环糊精和聚合环糊精，以它们为仿酶模 型可以得到双重或多重疏水结合作用和多重识别 作用，其结合常数可达108mol-.L或更高。这样 的结合常数已经超过了一些酶对底物的结合常数， 而且相当于中等亲和力的抗体对抗原的结合常数， 为环糊精的仿酶研究创造了有利条件。
H2N n X m NH n=1,2,3,5 m=0,1,2 β X=NH
β
N
N OH HO
N
β
二（多）胺环糊精模型
桥联环糊精模型
• (2) 咪唑环番仿酶 • 环番(Cyclophane，简称CP)指一类以亚甲 基和杂原子为骨架将苯等芳香环桥联起来的环状 大分子。环番不仅具有环糊精、冠(穴)醚和多齿 配体的疏水性空腔等特点，还具有合成方法和结 构修饰的灵活多样性，能更好地发挥氢键作用、 静电作用、疏水作用、π-π和阳离子-π的协同作 用可望成为性能更优异的仿酶。咪唑作为重要的 生物配体，具有优异的质子授-受、共轭酸碱、 选择性络合等性能。因此，将咪唑基引入环番能 进一步改善其性能。 • 苯偶姻的传统合成工艺需要使用剧毒的氰化 钠作催化剂，虽然工艺简单，产率较高，但对环 境污染严重。谢如刚等设计合成了一系列咪唑环 番类化合物，见图8-3。
• 8.1.2 各类仿酶催化剂简介 • 8.1.2.1 主客体酶 • 主-客化学和超分子化学的迅速发展极大地促进了人 们对酶催化的认识，同时也为构建新的模拟酶创造了条 件。除天然存在的宿主酶模型(如环糊精)外，人们已设 计合成了冠醚、穴醚、环番、杯芳烃、酞菁、卟啉、大 环多胺等大环配体用于构筑酶模型。下面对几个重要的 品种作一简单介绍。 • (1) 环糊精仿酶 • 对底物的疏水识别和结合作用是酶催化的重要因素。 因此，模拟酶的疏水识别和结合作用是仿酶研究的重要 内容。也就是说，模拟酶除了模拟酶的活性中心外，还 必须模拟酶催化的疏水性微环境。环糊精 (cyclodextrin，简称CD)是由多个D-葡萄糖以1,4-糖 苷键结合而成的一类环状低聚糖。根据葡萄糖单元的数 量不同可分为6个、7个及8个环糊精三种，它们均是略 呈锥形的圆筒，其伯羟基和仲羟基分别位于圆筒较小和 较大开口端。这样，CD分子外侧是亲水的，其羟基可 与多个客体形成氢键，而其内侧是C3、C5的氢原子和
绿色催化的发展
绿色催化的进展与前景（张国伟辽宁石油化工大学）1绿色催化的定义催化是化学工业的基石。
许多国家尤其是发达国家,非常重视催化技术的发展和催化剂的创制,均将催化技术作为新世纪优先发展的领域。
催化过程,包括各种形式的化学催化和生物催化,是实现高原子经济反应的重要途径。
为克服传统化学反应带来的环境危害,目前,学术界和化工界正致力于发展环境友好的催化过程绿色化学是20 世纪末崛起的一门新兴学科,相对于传统化学它是未来化学化工发展的主要方向之一。
它的英文名字为Green Chemistry ,又有人称之为环境无害化学(Environment-tally benign chemistry )，在其基础上发展的技术称环境友好技术(Environmentally friendly technology)、绿色技术(Green technology)或洁净技术(Clean technology)。
绿色化学与技术的目的是依靠科技的发展，创造出生产单位产品的产污系数最低而资源及能源消耗最少的先进工艺技术，从化学反应人手根本上减少环境污染，而不是开发对废气、废水、废渣等治理的环保局部性终端治理技术。
绿色化学的研究主要是围绕化学反应、原料、催化剂、溶剂和产品的绿色化开展的。
它的定义是,利用化学的技术和方法去减少或消灭那些对人类健康和生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂、产物及副产物等的使用和产生。
发展“绿色化学”技术的思想首先在欧美国家产生。
1995 年,美国设立“总统绿色化学挑战奖[1]”,并设专门机构推动其发展。
与此同时,欧洲也提出“可持续发展化学工业”的概念。
日本紧随其后,于1998 年设立了“化学技术战略推进机构”,主张确立新的化学技术体系,并于2000 年提出“绿色可持续发展化学( GSC)的概念,即通过包括产品设计、原料选择、制造方法、使用方法及循环利用等技术的革命,保证“人与环境的健康与安全”和“能源和资源的节省”。
绿色有机催化化学_高分子负载催化剂的设计_合成及应用.kdh
!""#年第#期精细化工原料及中间体专家论坛传统的有机合成化学与化工在生产出人们所需要的产品同时，在合成过程中也产生大量的有害的副产物、废物。
这些有害的物质对人类赖依生存的环境和人类健康造成严重的影响。
要在根本上解决这些问题，必须要实现化学反应的原子经济性，用催化反应代替化学计量反应等绿色合成方法；使用为不易挥发的、低毒甚至无毒的溶剂———水相体系、超或近临界流体$%&’()*+&,-.、无溶剂、氟两相体系$*+&/0)0&12,’341(%516(7———*2%.以及离子态液体介质$809,:+,;&,-.条件下的反应替代有毒的和易燃、易挥发的有机溶剂的反应。
另一方面，合成产物与原料、副产物和催化剂的分离虽然也在有机合成中占据了相当重要的地位，却一直没有引起人们足够的重视。
较之非均相反应，尽管均相反应具有选择性好，反应条件温和等长处，但可溶解在有机相中的催化剂的分离却往往比较困难，有时甚至不可能。
这样既形成了污染，又造成了催化剂的浪费，整个合成过程的效率也大为降低。
近几十年来，均相有机催化反应的研究取得了巨大的成就。
各种类型的均相催化反应都得到了极大的发展。
然而，这些均相反应的催化剂一般来说存在价格昂贵、易流失、较难回收操作等缺点；另一方面，均相催化剂往往要使用重金属离子，这样既对产物和因反应的后处理产生污染，催化剂又难于回收，整个合成的效率也大为降低，因此这些均相催化剂在工业上的应用就受到了相当大的限制。
随着环境保护压力的增大，绿色化学和可持续化学概念提出，人们把精力越来越多地投向环境友好的合成方法的研究。
寻找能够重复使用且回收操作简单的催化剂或配体就成为了有机催化反应领域的研究热点之一。
由于在整个有机合成过程中，产物的分离纯化占据了相当大的比重。
毫无疑问，固载催化剂为方便分离催化剂与产物和回收重复利用催化剂提供了一种可能，也是绿色化学的一个重要发展方向。
_绿色催化_浅述
“绿色催化”浅述杨双春 王 东 张洪林(辽宁石油化工大学石化学院 抚顺 113001)摘 要 催化是化学工业的基石。
许多国家尤其是发达国家,非常重视催化技术的发展和催化剂的创制,均将催化技术作为新世纪优先发展的领域。
催化过程,包括各种形式的化学催化和生物催化,是实现高原子经济反应的重要途径。
为克服传统化学反应带来的环境危害,目前,学术界和化工界正致力于发展环境友好的催化过程。
关键词:绿色化学 原子经济 可持续性发展 酶催化 纳米催化Abstract:The catalysis is the foundation of chemical industry.Many countries,particularly the advanced countries,attach importance to the development of the catalysizing technology and fomulating catalyst.The catalysing technology is preferentially considered as a research field in this century.Catalysis process,including all the chemistry catalysis and the biology catalysis,is the important way to realize the high atom reaction. To avoicing the harms of the traditional chemical reaction,at present,the academe and the chemical industry group are being devoted to develop the environmental and friendly catalysis process.keyw ord:green chemistry atom economy the sustained development enzyme catalysis nanometer catalysis1 前言绿色化学是20世纪末崛起的一门新兴学科,相对于传统化学它是未来化学化工发展的主要方向之一。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2012年8月（上）
现今，全球性污染问题日益加剧，能源资源也随着利用而日益减少，人类面临着越来越严重的生态危机。在全球十大环境问题中，与化学或者化工类产品的化学物质污染有关的污染问题占了大多数原因，因此，有人提出了“绿色化学”的概念。绿色化学又被称为清洁化学、环境友好化学，它建立在传统化学的基础上，吸收了各学科的理论基础和先进技术（包括生物、物理、材料等学科），始终把“绿色意识”作为指导，在化学过程中，融入各种化学知识、化学方法和化学技术，用先进的化学方法和技术减少或消灭那些对人类社会健康威胁的有害物质（包括原材料、溶剂和试剂、有害的催化剂）等。1绿色化学的诞生绿色化学最初的思想起源于美国，在1984年，美国环保局提出“废物最小化”，基本方法是通过对废物的有效回收利用并有效控制废物的产生来达到废物最少，而后，1989年，又提出了“污染预防”的观念，“污染预防”主要是针对生产场地进行规定，最大限度地减少废物的产生，合理有效利用身边资源并减少使用有害物质作为材料，以此来实现“零排放”，从而保护自然资源，至此，绿色化学的思想初步形成。到了，1990年，美国将“防止污染”确立为国策，联邦政府通过了“防止污染”的法令，在该法令中，首次出现了“绿色化学”一词，它是被这样定义的：绿色化学是指从采用最少的资源和能源消耗，并产生最小排放的工艺过程。随着1992年，美国环保局发布的“污染预防战略”、1995年“总统绿色化学挑战奖”在美国政府正式设立，“绿色化学”这一理念很快被应用于化学领域，并成为了国家化学科学的前沿。2绿色化学的重要性随着工业的快速发展，在带来经济效益的同时，也带来了环境污染问题，大气、水和土壤等都不同程度受到了化学工业有毒气体的污染。据统计，全球每年有二氧化碳气体两百多亿吨、氟氯氰几百万吨、各种有害气体四亿吨升入天空，造成大气污染；白色污染是由于各种塑料原材料的大量使用导致的，农田的贫瘠化是由于大量的化肥与农药的使用导致的。在90年代初期，美国就花费了1100多亿元用于环保费用，各项清理费用也高达7000亿美元。在治理污染的过程中，人类付出了惨痛的代价，然而，有些污染而带来的后果，在短时期内，是不能彻底解决的，如：臭氧层被破坏、气候变暖、农药以及重金属在环境介质间的互相传递等。由此可以看出，实施绿色化学已经迫在眉睫，要想实现化学工业的可持续发展，就要遵循绿色化学的理念，做好绿色化学工作。3绿色化学研究成果绿色化学的研究成果有以下几方面。1）有效吸收二氧化碳。二氧化碳是造成温室效应的主要来源，常温下是一种无色无味气体，密度比空气略大，能溶于水，并生成碳酸。燃烧料燃烧是二氧化碳的主要来源之一。煤炭燃烧释放出的二氧化碳，在短时间内无法彻底根治，所以，怎样有效吸收二氧化碳是绿色化学研究的重要课题，现今，已经研究出的方法有：碳酸钾加热化学吸附法；乙醇物理吸附法；膜分离技术。2）清洁能源。目前，煤炭在我国能源中仍处于主要地位，因为，有关部门已经大力推广煤炭液化技术和洗煤技术。同时，太阳能、核能作为一种新的清洁能源，也已经被广泛使用，有效降低了能源对环境的污染。
3）寻找氟里昂的替代品，减少氟里昂的使用。氟里昂是氟氯代甲
烷和氟氯代乙烷的总称，因此又称“氟氯烷”或“氟氯烃”。氟里昂是
臭氧层破坏的元凶，在一些发达国家，已经几乎停止使用氟里昂物质，
我国也研制出了一些替代氟里昂的替代品，研发出了无氟制冷技术。
4）环境友好的化学反应（酶作为催化剂）。在以前的化学工艺中，
有的原料是有毒有害的，这些物质给环境造成了严重的污染，对人类健
康有着很大的威胁。现今，随着科学技术水平的不断提高，生产有机化
合物成为化学领域的重要学科，他们把酶作为催化剂，以生物为原材
料，减少的环境的污染，消除对人类健康的危害。同时，在实验研究中
发现，酶反应既不污染环境，而且设备简单、条件温和、无不良反应、
选择性好、产品性质好，它正在成为绿色化学的一个重点研究对象。
5）环境友好产品的开发。现今，人们越来越注重环境保护事业，
对环境保护的要求也越来越高，不仅要求能够有效控制现污染源，而且
努力研制新的能源，以期能够保护环境，有利于人类生存健康。在环境
友好激动燃料方面，已经采取了相关政策，减少对环境的污染，比如：
“限号政策”———通过对汽车尾号的限制，减少私家车的上路天数，这
样，就有效减少了汽车尾气中一氧化碳和光化学烟雾对空气的污染。同
时，液化石油气、甲醇和乙醇等酯类燃烧物质、压缩尾气等也已经被逐
步推广。
4绿色化学化工与环境友好催化剂
绿色化学倡导的理念是与环境发生友好的化学反应。因此，它对
传统化学进行分析研究，“取其精华、取其糟粕”———它把传统的化学
工艺中那些与环境发生良好的化学反应的部分，继续学习、发扬和继
承，而把那些与环境发生不良反应的现象，破坏环境的部分，绿色化学
将用环境友好反应逐渐替代他们，使他们发生转变。化学工业的基础在
于催化，经过时间的在证明，我们可以看到，化学工业在进行重大变革
之时，与新的催化方法、催化材料和催化技术都有着密切的关联。新型
催化剂、新的催化方法在绿色化工中起着关键的作用，环境友好催化剂
包括：能源催化、环保催化和酶催化。固体催化剂是绿色化工的主要催
化剂。现今，绿色化学的研究重点不仅是研究如何降低污染，还要研究
如何组织污染源，实现低污染想阻止污染的转变，固体催化剂是催化剂
领域的一个重大突破，前景十分乐观。
5结语
总之，应加大绿色化学的发展力度，对于污染，要从源头抓起，从
根本上消除，实现“零排放”，这是我国环境保护的必由之路。就目前
的情况来说，采取标本兼治的方法符合环境保护的发展要求，也是符合
我国国情的有利选择。
作者简介：王忠帅，１９８８年生，男，汉族，辽宁大连人，本科，
大连大学环境与化学工程学院化学系０８１班。
绿色化学与环境友好催化剂
王忠帅
（大连大学环境与化学工程学院化学系０８１班，辽宁大连１１６０２１）
［摘要］绿色化学是知识经济时代化学工业发展的必然趋势，是当今世界国际化学研究的最新领域。本文介绍了什么是绿色化学以及绿色化
学诞生的经过；分析了绿色化学在当前的重要性；探讨了绿色化学的研究成果；最后，论述了绿色化学化工与环境友好催化剂。
［关键词］绿色化学；环境友好催化剂；环境化学；污染防治
[参考文献]
［１］张军华．化学新概念———绿色化学［Ｊ］．中国检验检疫，２００２．
［２］贺红武，任青云，刘小口．绿色化学研究进展及前景［Ｊ］．农药研究与应用，
２００７．
［３］刘永辉，李静．绿色化学的研究进展及前景［Ｊ］．浙江化工，２００８．
［４］姜虹．环境友好催化剂开发成功［Ｎ］．中国化工报，２００３．
２４