绿色化学合成反应及工艺研究进展材料科学学位论文.docx

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绿色化学合成反应及工艺研究进展材料科学学位论文

无机合成与制备化学论文

论文题目：

绿色化学合成反应及工艺研究进展

姓名：

杨丽

学号：

2012507295

专业班级：

材料科学与工程2012级2班

日期：

2015年5月30日

绿色化学合成反应及工艺研究进展

摘要：

以大量实例介绍了近十年来国内外绿色化工迅速发展的情况。

阐述了绿色化学的概念、发展状况和存在的问题，探讨绿色化学在化学合成的重要性以及必要性。

指出研发节约资源、能源低排放、零排放更安全、更环保的化工技术构建资源共享、副产品互换、产业共生、稳定高效的生态化工工业园是化学工业今后发展的方向。

关键词：

绿色化学  、合成、  传统化学、工艺进展、节能减排

1.引言

随着经济的不断发展，物质生活提高，但是也面临着新的更重要的问题，就是环境污染问题。

其中尤其是化学工业产生的问题更是不容忽视，研究与应用绿色化学工艺，来减少环境污染，已经迫在眉睫。

本文针对该问题展开讨论，明确及深化绿色化学工艺的研究与应用。

2.绿色化学工艺的研究内容 

绿色化学是对传统化学的挑战，是对传统化学思维方式的更新和发展，因此，绿色化学的研究内容是从反应原料、反应条件、转化方法或开发绿色产品等角度进行研究，打破传统的化学反应，设计新的对环境友好的化学反应。

主要包括：

①开发新型原子经济性、高选择性反应, 特别是新型催化剂的开发和研制; ② 可再生资源和矿物的各种成分的多级、多层次转化和高效综合利用; ③新反应条件及过程如超临界流体、环境无害的反应介质等; ④酶催化和仿生催化以及生物质分子和酶分子在催化过程中的构效关系; ⑤制备与环境相容的可生物降解的新材料; 重要农药和药物及其中间体的绿色生产。

2.1绿色化学在我国的发展状况 

在我国, 绿色化学已经提出15年。

1995 年中科院提出绿色化学与技术推进化工生产可持续发展的途径 ; 1997 年国家自然科学基金委提出九五重大基础研究环境友好石油化工催化化学与化学反应工程; 1998年化学进展杂志出版绿色化学技术专辑; 1997 年、1999 年两次举办绿色化学论坛。

全球环境保护的意识和呼声的增强推动了绿色化学的发展。

世界各国逐渐认识到绿色化学的发展应该从大学化学教学着手。

为此, 国内外很多大学都开设了绿色化学课程, 有些大学开始招收绿色化学硕士和博士研究生。

3.绿色化工引领工艺发展

3.1原子经济反应

当前化工行业面临的最大考验之一即节能减排。

人们通过不断反思和总结化学与环境、资源的关系提出了“原子经济反应”的新对策。

1991年斯坦福大学托罗斯特教授提出原子经济反应概念。

原子经济反应是当今国际化学科学研究的前沿领域是21世纪化学工业可持续发展的科学基础。

其目的是将现有化工生产的技术路线从“先污染，后治理”改变为“从源头上根除污染”。

因而越来越受到各国政府、企业和学术界的关注。

原子经济反应是绿色化学的重要内容之一。

现已成为现代合成化学中人们关注的热点。

美国化学界把“化学的绿色化”作为21世纪化学工业发展的主要方向之一，并将美国“总统绿色化学挑战奖”颁发给绿色化学领域的最新成果。

在中国，国家自然科学基金委员会和中国科学院组织了绿色化学与技术的咨询活动一些绿色化学化工的研究课题已纳入国家重大科学技术计划有关院校也相继成立了绿色化学研究机构。

3.2绿色化学工艺

绿色化学的核心是利用化学原理从源头上减少和消除工业生产对环境的污染。

按照绿色化学的原则，理想的化工生产方式应是反应物的原子全部转化为期望的最终产物。

为了实现绿色化学工艺和工业，主要着眼于以下几个方面：

（1）采用无毒、无害的原料：

化学研究和化工生产中经常采用有毒、有害的原料，如剧毒的光气、氢氰酸、苯类、醛类等原料和中间体，它们严重地污染环境并危害人类的健康。

采用无毒、无害的原料是绿色化学的一项重要任务。

（2）应用“原子经济”反应路线：

就是最大限度地利用原料分子中的每一个原子，使之结合到目标分子中，不产生副产物或废物，从而实现废物的零排放。

“原子经济”反应有利于节约资源和保护环境。

（3）采用新型、高效、对环境友好、可回收的催化剂：

通过选择催化剂，可以提高反应的选择性，并避免副产物的生成，提高原子的利用率，减少有害物质对环境的排放。

（4）采用无毒、无害的溶剂：

致力于开发无溶剂存在下的反应，如固态反应；开发和应用无毒、廉价、不危害环境的水介质体系；以超临界流体做介质的反应将成为绿色合成工艺的重要途径。

（5）产品的绿色化：

采用新的工艺、新的原料、新的配方，合成新的对人类和环境无毒、无害的绿色产品是绿色化学的最终使命和终极目标。

如开发新型的制冷剂，减少对臭氧层的破坏；开发新型的、可生物降解的高分子材料，解决“白色污染”问题。

（6）充分应用可再生资源：

采用可再生资源做化学化工原料，是绿色化学的一项重要任务和研究方向。

据统计，现代95%以上的有机化学品都来自石油和煤，但石油和煤的储量有限，属不可再生能源。

同时，石油和煤的开采和加工又严重污染环境。

采用可再生的生物质，如淀粉、纤维素、沼气、糖类等取代传统的石油、煤等工业原料既可以保护资源又有利于环境，可谓一举双得。

（7）从产品开发的途径上考虑：

传统的化学工艺的开发是经过漫长的实验探索，并不断地改进、优化和完善。

在这种研究模式下，必将消耗大量的化学试剂、溶剂和能源，并源源不断地产生副产物和废物。

往往开发一条可行的化学工艺需要经过漫长的时间和消耗大量的人力、物力。

目前，计算机辅助分子设计和材料设计是一门新兴学科分支，并在实践中取得了广泛的发展和应用。

如在有机合成和药物合成中，科学家首先建立了一个已知的有机合成反应尽可能全的资料库,然后在确定目标产物后,第一步找出一切可产生目标产物的反应；第二步又把这些反应的原料作为中间目标产物找出一切可产生它们的反应路线；接着应用计算机智能技术优化出价廉、物美、不浪费资源、不污染环境的最佳反应路线；最后，通过化学方法合成出所设计的目标分子。

绿色化学在节约原料、保护环境、保障人类健康与安全方面发挥了日益显著的作用，并受到社会的广泛关注。

世界各国的许多科研机构和政府部门都在致力于绿色化学的开发和推广应用。

相信随着科学的进步和人们绿色意识的提高，我们的赖以生存的地球环境会变得更加美好。

 4、绿色化学工艺的应用 

4.1 绿色化学与洗涤用品 

用“绿色设计”“绿色技术”来生产对人体无害、环境友好的绿色洗涤剂。

合成洗涤剂中三聚磷酸钠（STPP）在洗涤去污过程中具有独特的作用．因此是最为理想的助剂，它的加入大大提高了洗涤剂的性能。

但是含磷洗涤剂中磷元素对水体富营养化起到一定促进作用。

酶作为一种生物制品无毒并能完全生物降解，对环境的生态平衡起良性的作用。

近年来开发的包裹技术、微胶囊技术和保护剂技术，更进一步提高了酶对人体的安全性和酶活力的稳定性。

酶已从一般辅助料发展成为与表面活性剂、助剂具有同等重要地位的关键组成，它可提高产品的质量和产品档次，增强产品的市场竞争力。

4.2绿色化学与化妆品  

    开发利用绿色天然的原料是制造化妆品的一个重要方面，如从植物（丹参、红花、元胡、赤芍等）中提取有效成分，利用生物技术提取和制造，如胎盘提取物、蜂王浆、胶原蛋白、血清、果酸、DNA、海藻多糖等有效物。

甲壳低聚糖是由2个～10个单糖以苷键连接而成的糖类总称，它是由天然绿色生物材料甲壳素／甲壳胺的降解而成。

甲壳低聚糖及其衍生物具有独特的生理活性和功能性质，具有良好的水溶性、保湿性、吸湿性、抑菌作用及促进毛发生长，具有生物可降解性等功能，因而可用于护理皮肤、毛发的绿色化妆品生产中。

采用相对分子质量为103～105ｔ的甲壳低聚糖作为化妆品材料，效果特好圈。

4.3绿色化学与医药 

   医药化学品的绿色生产技术可生产出更高品级的产品。

这些新产品具有原料易得，生产工艺简单和高性能、高附加值的发展优势。

因此将绿色化学应用于医药领域将是一种新型但非常重要的发展方向，这也将对社会以及全人类做出不可忽视的重大贡献。

5.国内化学工业未来发展趋势

   化肥--发展高浓度化肥，包括DAP、NPK复合肥等。

改造一批中型化肥企业向西靠近，在有天然气或硫、磷资源的地方建设大型化肥装置。

支持国外企业投资中国建设高浓度化肥厂。

乙烯--国家将以乙烯为代表的石油化工定为国民经济技术产业之一而大力发展。

力争到2005年将乙烯产能提高到900万吨／年，乙烯的自足率由43%提高到60%左右，中国政府鼓励中外合资建设大型乙烯装置，目前还在建设的有南京扬子／巴斯夫（BASF）（乙烯60万吨／年）、上海石化／英国石油（BP）（乙烯90万吨／年）、惠州中海油／Shell（乙烯80万吨／年）三个大型合资项目，还有福建石化／Exxon、天津石化／Dow等合资乙烯项目都在进行准备工作。

对现有乙烯装置将通过扩产使之优化产品结构，使小乙烯达到合理的规模以提高竞争能力，对乙烯原料也将进一步优化以提高收率降低成本。

    精细化工--加快精细化工产品发展，提高化工的精细化率。

  涂料工业在解决高档涂料所用的关键原料同时，大力发展节能、环保型和耐久性涂料，如水基涂料、粉末涂料、辐射固化涂料，有机硅、有机氟改性丙烯酸酯徐料，重防腐涂料以及专用涂料等。

染料重点发展符合国际纺织品环保法规要求的分散、活性、酸性、直接等染料及有害颜料代用品。

  近二十年来，随着全球性环境污染的加剧、能源的匮乏和社会公众对环境保护及人类可持续发展的日益关注，人们开始对造成环境与生态恶化的主要元凶——化学和化学工业的重要性提出质疑。

人类的生存和发展是利用和消耗自然资源的过程。

这个过程的科学基础就是化学。

化学工业是人类文明和社会发展的基石。

随着世界人口的剧增、人类消费的日益增加，我们越来越感受到来自自然的巨大压力，最主要的是人口、能源和环境三大问题。

化学化工的发展为人类的生活的改善提供了源源不断的能源和物质基础，但同时又是造成能源和环境问题的罪魁祸首之一。

因此，化学和化工工业又倍受人们的质疑。

绿色化学合成工艺的出现，为人类最终从化学的角度解决环境和能源问题带来了新希望。

6.参考文献