天津大学-化工导论-课件--第十章-现代化工的发展前景
化工导论 第十章 现代化工的发展前景,传统化工面临的挑战,化工资源与能源的危机 石油、煤和天然气既可用做能源，也是化工的起始原料。 石油化工产品与规模空前发展。由价廉的石油得到各种石油化工产品。 人们逐渐认识到化工资源的匮乏和能源的危机。,传统化工对生态环境的污染,化工三废对生态环境的影响 有害化学品对人类与生态环境的影响,科技发展的基本思考可持续性发展,目前：人类生存安全 中级：人类生存质量 初级：人类生存 人们逐渐认识到可持续性发展要依赖科技进步；但并非一切科技都支持可持续性发展。只有满足人类生存、生存质量和生存安全三个方面的要求，科技进步才能够成为人类不断进步的推动力。,人类面临的五大基本问题,人类面临的五大基本问题是： 人口, 粮食，能源，资源，环境。 在化学化工领域，认识到化工资源的短缺危机与传统化工的三废对污染环境的挑战促使各国政府倡导“绿色化学与化工”。,绿色化学的兴起,绿色化学的兴起与原则 环保治理的三个发展阶段 “稀释废物来防治环境污染” 三废的后处理技术 在源头防止废物的生成,绿色化学的基本原则,美国的P.T. Anastas和J.C. Waner曾提出绿色化学的12条原则： （1）防止废物的生成比在其生成后再处理更好。 （2）设计的合成方法应使生产过程中所采用的原料最大量地进入产品之中。,绿色化学的基本原则,（3）设计合成方法时，只要可能，不论原料、中间产物和最终产品，均应对人体健康和环境无毒、无害（包括极小毒性和无毒）。 （4）化工产品设计时，必须使其具有高效的功能，同时也要减少其毒性。 （5）应尽可能避免使用溶剂、分离试剂等助剂，如不可避免，也要选用无毒无害的助剂。,绿色化学的基本原则,（6）合成方法必须考虑过程中能耗对成本与环境的影响，应设法降低能耗，最好采用在常温常压下的合成方法。 （7）在技术可行和经济合理的前提下，原料要采用可再生资源代替消耗性资源。 （8）在可能的条件下，尽量不用不必要的衍生物（derivatiza-tion），如限制性基团、保护/去保护作用、临时调变物理、化学工艺。,绿色化学的基本原则,（9）合成方法中采用高选择性的催化剂比使用化学计量（stoichiometric）助剂更优越。 （10）化工产品要设计成在其使用功能终结后，它不会永存于环境中，要能分解成可降解的无害产物。,10.2.1.2 绿色化学的基本原则）,（11）进一步发展分析方法，对危险物质在生成前实行在线监测和控制。 （12）选择化学生产过程的物质，使化学意外事故（包括渗透、爆炸、火灾等）的危险性降低到最小程度。 绿色化学的基本原则是从源头消除污染，包括新设计或者重新设计化学合成、制造方法和化工产品来根除污染源。,绿色化学的定义,绿色化学是指化学反应和过程以“原子经济性” 为基本原则，即在获取新物质的化学反应中充分利用参与反应的每个原料原子， 实现零排放。 不仅充分利用资源，而且不产生污染； 并采用无毒、无害的溶剂、助剂和催化剂， 生产有利于环境保护、社区安全和人身健康的环境友好产品。,绿色化工的定义,绿色化工又称清洁生产或环境友好技术，它是在绿色化学基础上开发的从源头上阻止环境污染的化工技术。 绿色化工与传统化工最主要的区别是从源头上阻止环境污染， 即设计和开发在各个环节上都洁净和无污染的反应途径和工艺。,绿色化学与化工的关系,绿色化学追求的目标是从源头上消除污染，而绿色化工的目标则要求是经济效益和环境效益协调发展，可以概括为“三高”、“三低”、“两小”。 反应要高转化率、高选择性和高能源利用率。 原料要低毒、反应介质（溶剂）要低毒、产品要低毒。 产生废物小，副产物也要小 。,绿色化学与化工是 未来化学工业发展的方向和基础,绿色化学与化工是当今国际化学与化工科学研究的前沿，它吸收了当代化学、物理、生物、材料、信息等科学的最新理论和技术，是具有明确的社会需求和科学目标的新兴交叉学科。 目前，绿色化学作为未来化学工业发展的方向和基础，越来越受到各国政府、企业和学术界的关注。,世界各国重视绿色化学与化工,美国总统克林顿宣布设立“总统绿色化学挑战奖” 一个由日本政府规划，旨在防止全球气候变暖、在21世纪重建绿色地球的“新阳光计划”开始实施。 1997年底德国联邦政府正式通过了一个名为“为环境而研究”的计划。,绿色化学与化工的研究内容,原料的绿色化 无毒、无害原料； 可再生资源为原料 化学反应的绿色化 原子经济性反应； 提高反应选择性 催化剂的绿色化 ： 无毒无害催化剂 溶剂的绿色化 ： 无毒无害溶剂 产品的绿色化,原子经济性反应和高选择性反应,原子经济性概念： 原子经济性或原子利用率（%）= （被利用原子的质量/反应中所使用全部反应物分子的质量）100 %,原子经济性反应和高选择性反应,环氧乙烷的生产 环氧丙烷的生产 CO气相催化偶联合成草酸二乙酯,使用无毒无害原料及可再生资源,取代氢氰酸路线合成苯乙酸的新工艺 用生物质原料（淀粉、纤维素）合成乙醇等有机品 以生物质为原料制生物质能源 分子筛代替三氯化铝催化剂 合成乙苯和异丙苯,采用无毒无害溶剂,超临界二氧化碳作为绿色溶剂的利用 离子液体作为绿色溶剂的应用,环境无害的绿色化学产品,绿色化学产品应该具有两个特征： 产品本身必须不会引起环境污染或健康问题，包括不会对野生生物、有益昆虫或植物造成损害； 当产品被使用后，应该能再循环或易于在环境中降解为无害物质。,环境无害的绿色化学产品,可降解塑料的研制 新型化学杀虫剂,化工与高技术,信息、微电子、自动化技术与化工 自动化技术 新材料技术与化工 新能源技术与化工 空间技术与化工 海洋开发技术与化工,21世纪化工展望,世界化工发展趋势 资源利用多元化 产品结构精细化 技术结构现代化 经营管理全球化 发展方向绿色化,试论传统化工面临的两大挑战。 人类面临的五大基本问题是什么？ 请说明环境保护治理的三个发展阶段。 绿色化学与化工研究的主要内容有哪些？ 试给出原子经济性（或原子利用率）的定义， 并举例说明。 试举例说明高新科技与现代化工之间的关系。 绿色化学与化工的含义是什么？它们与传统化工的主要区别在哪里？ 绿色化学品应具有的两个主要特点是什么？ 试就化工的资源、产品、技术、经营和发展方向阐述21世纪化工发展趋势。,思考题,
