綠色化學(xué)環(huán)境問題和解決途徑市公開課金獎市賽課一等獎?wù)n件

1、環(huán)境與綠色化學(xué)清華大學(xué)出版社第1頁原美國化學(xué)協(xié)會主席 R. Breslow:*我們生活用具：住宅、家俱、肥皂、牙膏、衣服（即使是天然纖維，也經(jīng)過化學(xué)處理、染色）。*我們吃食物：需要包裝、冷藏；作物生長需要肥料、農(nóng)藥；食品中添加維生素、防腐劑。*化裝品更是化學(xué)家制造出來。*質(zhì)量確保還需化學(xué)方法檢驗食品質(zhì)量。*交通工具汽車更是離不開化學(xué)產(chǎn)品。 第2頁緒 論1 可連續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略依靠綠色化學(xué)2 綠色化學(xué)綠色化學(xué)(Green Chemistry)利用化學(xué)原理，在化學(xué)品設(shè)計、生產(chǎn)和應(yīng)用中消除或降低有毒有害物質(zhì)使用和產(chǎn)生。環(huán)境無害化學(xué)環(huán)境友好化學(xué) 清潔化學(xué) 從源頭消除污染路徑 新設(shè)計化學(xué)合成方法和化工產(chǎn)品來根

2、除污染源 第3頁3 綠色化學(xué)應(yīng)用12條標(biāo)準(zhǔn)P3最好是預(yù)防廢物產(chǎn)生而不是產(chǎn)生后再來處理。合成方法應(yīng)設(shè)計成能將全部起始物質(zhì)嵌并入最終產(chǎn)物中。反應(yīng)中使用和生成物質(zhì)應(yīng)對人類健康和環(huán)境無毒或毒性很小。設(shè)計化學(xué)產(chǎn)品應(yīng)在保持原有功效同時，盡可能使其無毒或毒性很小。應(yīng)盡可能不使用輔助性物質(zhì)（如溶劑、分離試劑等），假如一定要用，也應(yīng)使用無毒物質(zhì)。能量消耗越小越好，應(yīng)能為環(huán)境和經(jīng)濟方面考慮所接收。第4頁只要技術(shù)上和經(jīng)濟上可行，使用原材料應(yīng)是能再生。應(yīng)盡可能防止無須要衍生過程（如基團保護與去保護，物理與化學(xué)過程暫時性修改等）。盡可能使用選擇性高催化劑，而不是靠提升反應(yīng)物配料比。設(shè)計化學(xué)產(chǎn)品時，應(yīng)考慮當(dāng)該物質(zhì)完成自己

3、功效后，不再滯留于環(huán)境中，而可降解為無毒產(chǎn)物。分析方法需要深入研究開發(fā)，能做到實時、現(xiàn)場監(jiān)控，以防有害物質(zhì)形成。一個化學(xué)過程中使用物質(zhì)或物質(zhì)形態(tài)，應(yīng)考慮盡可能減小試驗事故潛在危險，如氣體釋放、爆炸和著火等。第5頁4 綠色化學(xué)中心內(nèi)容，見圖0-1原料綠色化反應(yīng)介質(zhì)綠色化化學(xué)反應(yīng)綠色化產(chǎn)品綠色化無毒無害原料可再生資源環(huán)境友好產(chǎn)品 回歸自然廢物回收利用無毒無害催化劑 無毒無害溶劑原子經(jīng)濟反應(yīng)第6頁5 綠色化工強化技術(shù)生產(chǎn)過程強化設(shè)備6 綠色化學(xué)在我國 1993年世界環(huán)境和發(fā)展大會之后，編制了中國二十一世紀(jì)議程鄭重聲明走可持續(xù)發(fā)展道路決心。 1995年中國科學(xué)院化學(xué)部組織了綠色化學(xué)與技術(shù)推進化工生產(chǎn)可

4、持續(xù)發(fā)展途徑院士咨詢活動 1997年國家自然科學(xué)基金委“九五”重大項目：環(huán)境友好石油化工催化化學(xué)與反應(yīng)工程第7頁 1997年5月，香山科學(xué)會議第72次學(xué)術(shù)研討會：可連續(xù)發(fā)展問題對科學(xué)挑戰(zhàn)綠色化學(xué) 1998年合肥第一屆國際綠色化學(xué)高級研討會 1999年北京第16次九華山科學(xué)論壇“綠色化學(xué)基本科學(xué)問題” 科技部國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項目立項石油煉制和基本有機化學(xué)品合成綠色化學(xué)7 綠色化學(xué)展望第8頁復(fù)習(xí)題1 綠色化學(xué)概念？2 綠色化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)？3 綠色化學(xué)中心內(nèi)容？4 首屆國際綠色化學(xué)高級研討會于年，在舉行。想一想? 猜一猜!第9頁1 環(huán)境問題與處理路徑1.1人類面臨重大環(huán)境危機1.1.1全球變暖 二

5、氧化碳、厄爾尼諾、拉尼娜1.1.2臭氧層破壞 氟利昂1.1.3生物多樣性降低1.1.4酸雨蔓延1.1.5森林銳減第10頁1.1.6土地荒漠化1.1.7大氣污染1.1.8水體污染1.1.9海洋污染1.1.10垃圾圍城1.1.11放射性污染1.1.12戰(zhàn)爭：生態(tài)環(huán)境災(zāi)難第11頁第12頁第13頁三、中國環(huán)境問題工業(yè)大氣污染固體廢物污染我國水土流失面積達356萬平方公里，占全國陸地面積近40%我國已經(jīng)有80%江河湖泊受到不 同程度污染第14頁土地沙化草原退化森林破壞渤海在哭泣海洋環(huán)境惡化第15頁1 環(huán)境問題與處理路徑1.2室內(nèi)污染問題1.2.1室內(nèi)污染物種類及危害第16頁常見室內(nèi)空氣污染物 污染物分子

6、式來 源對健康影響二氧化硫SO2燃 燒氣 喘二氧化氮NO2燃 燒氣 喘一氧化碳CO燃燒、吸煙、尾氣影響碳氧血紅蛋白功效二氧化碳CO2燃燒、代謝惡心、頭痛氨NH3清潔劑、代謝刺眼、鼻臭 氧O3負(fù)離子發(fā)生器、空氣凈化器呼吸功效反應(yīng)甲 醛HCHO人造板、化裝品、吸煙、家俱不良建筑綜合癥、致突、致癌苯C6H6膠粘劑、溶劑白血病苯并芘B(a)P吸煙、溶劑、燃煤肺 癌可吸入顆粒PM10燃燒、吸煙、揚塵、凝結(jié)致病、致癌總揮發(fā)有機物TVOC膠粘劑、溶劑、燃燒、化裝品過敏、不良建筑綜合癥細(xì)菌總數(shù)發(fā)霉、寵物等各種疾病第17頁中國室內(nèi)裝飾協(xié)會室內(nèi)環(huán)境檢測中心曾向消費者發(fā)出警示：新裝修居室中環(huán)境污染超標(biāo)率達88%，新

7、裝修或放置新家俱家庭，最好推遲入住時間。第18頁1.2.2日常生活污染人體新陳代謝烹飪電子產(chǎn)品使用a產(chǎn)生有害氣體b電磁波污染第19頁一是對身體健康直接影響 :電腦顯示器伴有輻射與電磁波 ,長久使用會傷害人們眼睛 ,誘發(fā)一些眼病 ,如 青光眼等；長久擊鍵會對手指和上肢不利 ;操作電腦時 ,體形和全身難得有改變 ,高速、單一、重復(fù)操作 , 持久強迫體位 ,輕易造成肌肉骨骼系統(tǒng)疾患。計算機操作時所累及主要部位有腰、頸、肩、肘、腕部 等。 二是電腦微波對身體危害 :電腦低能量 X射線和低頻電磁輻射 ,輕易引發(fā)人們中樞神經(jīng)失調(diào)。英國一項 辦公室電磁波研究證實 ,電腦屏幕發(fā)出低頻輻射與磁場 ,會造成 71

8、9種病癥 ,包含眼睛癢、頸背痛、短暫失 去記憶、急躁及抑郁等。對女性還易造成生殖機能及胚胎發(fā)育異常 ,出現(xiàn)痛經(jīng)、經(jīng)期延長等癥狀 ,少數(shù)婦女還 發(fā)生早產(chǎn)或流產(chǎn) ,孕婦每七天使用20小時以上電腦 ,其流產(chǎn)發(fā)生率增加80%以上 ,同時 ,還能造成胎兒畸形。 第20頁三是增加精神和心理壓力 :操作電腦過程中注意力高度集中 ,眼、手指快速頻繁運動 ,使生理、心理過分重負(fù) ,從而產(chǎn)生睡眠多夢、神經(jīng)衰弱、頭部酸脹、機體免疫力下降 ,甚至?xí)T發(fā)一些精神方面疾病。這種人易 喪失自信 ,內(nèi)心時常擔(dān)心、煩躁、焦慮不安 ,最終導(dǎo) 致身心疲憊。四是造成網(wǎng)絡(luò)綜合征 :長時間無節(jié)制地花費大量時間和精力在互聯(lián)網(wǎng)上連續(xù)聊天、瀏

9、覽 ,會造成各種行為異 常、心理障礙、人格障礙、交感神經(jīng)功效部分失調(diào) ,嚴(yán)重者發(fā)展成為網(wǎng)絡(luò)綜合征 ,該病癥經(jīng)典表現(xiàn)為 :情緒 低落、興趣喪失、睡眠障礙、生物鐘紊亂、食欲下降和體重減輕、精力不足、精神運動性遲緩解激動、自我評 價降低、思維遲緩、不愿意參加社會活動、極少關(guān)心他人、飲酒和濫用藥品等。五是電腦散發(fā)氣體危害呼吸系統(tǒng) :電腦、激光打印機等設(shè)備會釋放有害人體健康臭氧 ,不但有毒 ,而且可 造成一些人呼吸困難 ,對于那些哮喘病和過敏癥患者來說 ,情況就更為嚴(yán)重了。另外 ,較長時間呆在臭氧氣體 濃度較高地方 ,還會造成肺部發(fā)生病變。第21頁吸煙危害第22頁化裝品日用化學(xué)品污染 增白化裝品污染：

10、據(jù)醫(yī)學(xué)美容教授介紹，一些皮膚增白劑對人面容有潛在危險。尤其是許多祛斑化裝品中含有沒有機汞和氫醌等有毒化學(xué)藥品。增白霜中汞是氟化汞和碘化汞，也很輕易被皮膚吸收造成慢性積聚，會引發(fā)局部或全身性毒副反應(yīng)。如皮炎、肌肉萎縮、粟粒疹，甚至過敏反應(yīng)。洗滌用具污染： 據(jù)衛(wèi)生檢測部門證實，市場上許多洗滌用具中或多或少地含有對人體或生態(tài)環(huán)境有害成份。在抽查中發(fā)覺，一些洗衣粉中三聚磷酸鈉、硅酸納、表面活性劑、熒光增白劑等均是有害物質(zhì)。 香水污染： 從化學(xué)角度講，香水中含有各種易揮發(fā)有害化合物，它對人體神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生毒副作用不可小視。很多人使用香水時，會出現(xiàn)頭暈、惡心、嘔吐等中毒癥狀，有些人則產(chǎn)生過敏反應(yīng)，引發(fā)皮膚疾

11、患。第23頁1.2.3建筑和裝修材料污染 裝修、家俱和建筑本身污染當(dāng)前仍是室內(nèi)污染主要起源。甲醛、氨、苯、氡、氯化烴，這些室內(nèi)空氣污染物包圍全球近二分之一人，造成人體35.7% 呼吸道疾病，22%慢性肺病和15% 氣管炎、支氣管炎和肺癌。它造成是多系統(tǒng)、多組織、多細(xì)胞、多基因損害。第24頁最頑固污染物 甲醛：有一定毒性揮發(fā)性有機化合物。當(dāng)室內(nèi)空氣中釋放量到達一定濃度時，人眼、耳、鼻、喉均會感到刺激，吸入一定量后將會引發(fā)某種程度中毒，如損害中樞神經(jīng)系統(tǒng)，損害視網(wǎng)膜，使視力減退并產(chǎn)生頭痛癥狀。起源：人造地板、家俱和 裝修中使用黏合劑以及 地毯等合成織物。第25頁最致癌污染物 苯：長久吸入苯濃度較高

12、空氣易引發(fā)苯慢性中毒，引發(fā)過敏性發(fā)炎、喉頭水腫及血小板下降，嚴(yán)重可能造成再生障礙性貧血。苯及其化合物已被世界衛(wèi)生組織確定為強致癌物質(zhì)。起源：建筑材料中所使用大量 化工材料，如涂料、溶劑、 稀釋劑、膠粘劑等。第26頁破壞呼吸道污染物 氨：經(jīng)過皮膚及呼吸道引發(fā)中毒，長久接觸低濃度氨會引發(fā)喉炎，還可能造成呼吸困難、肺水腫、昏迷和休克。起源：建筑施工所使用混凝土、防凍劑等，也可能來自 室內(nèi)裝飾材料，如 家俱涂料使用 添加劑和增白劑。第27頁造成肺癌第二大殺手 氡：無色、無味放射性惰性氣體。較底濃度氡就會增加肺癌發(fā)生率。在衰變過程中放出射線會致癌，是除吸煙以外引發(fā)肺癌第二大原因。起源：建筑材料和室內(nèi)裝飾

13、 材料，如礦渣磚、爐渣、 花崗巖、瓷磚、潔具等。第28頁損傷視力污染物 TVOC（總揮發(fā)性有機物）：指居室中烷、烴等有機物總量，主要刺激人眼睛和呼吸道，嚴(yán)重時會引發(fā)頭痛、頭暈、視力損壞以及記憶力降低等。起源：室內(nèi)涂料、油漆，如壁櫥、門框、地毯、壁紙等合成織物。第29頁1.3人類面臨新環(huán)境問題1.3.1“生命倫理”受到挑戰(zhàn)“生物工程技術(shù)將消除一切界限” ，后果1.是新生物投放自然界后可能不受控制地繁殖、傳輸，從而影響現(xiàn)有生態(tài)系統(tǒng)平衡；2.是改變了基因遺傳特征可能不知不覺地傳給其它生物（基因自然轉(zhuǎn)移）并在這些生物中形成不受控制或者是危險特征；3.是假如用于制造武器，就可能造出比原子彈威力更大毀滅性

14、武器。 第30頁1.3.2人類遭受新舊傳染病圍攻以下原因造成：1.全球變暖，病菌傳輸范圍擴大，病菌繁殖速度加緊。2.伴隨交通運輸和貿(mào)易及旅游業(yè)發(fā)展，人員在全球范圍流動、交往頻繁，增加了病菌傳輸機率。3.環(huán)境污染，缺乏安全、衛(wèi)生飲用水和清潔新鮮空氣，當(dāng)代病和環(huán)境怪病增多。4.人畜異體器官移植，病毒可能產(chǎn)生變異，成為人體內(nèi)新病原體或者同人體內(nèi)原有病毒重新結(jié)合，形成新病毒菌株。5.人類居住越來越城市化，將成為舊病復(fù)發(fā)溫床和新病源滋生理想場所。6.抗菌素和殺蟲劑廣泛使用，造成抗藥性新病源體出現(xiàn)。7.食品生產(chǎn)，加工，運輸和銷售國際化，大大增加了食物源傳染病發(fā)病危險。 第31頁1.3.3人類活動污染宇宙人

15、類在太空活動40年來，留在太空垃圾如廢棄衛(wèi)星、火箭殘骸、爆炸碎片等已滿布太空，數(shù)以百萬計。這些大大小小碎片和殘骸，以每小時28000公里速度在太空軌道上飄游。高速飄游太空垃圾，已成為危險太空“飄流炸彈”，對在軌道上運轉(zhuǎn)太空器造成了嚴(yán)重威脅。伴隨太空飛行日益頻繁，還會污染地球，危及人類。1983年，前蘇聯(lián)一顆核動力間諜衛(wèi)星燒毀，反應(yīng)堆中110磅放射性鈾，80%被釋放出來，使高層大氣中放射性最強鈾235含量增加了50%。因為試驗需要，越來越多地球生物進入太空。這些進入太空生物，在受到強烈紫外線和宇宙射線照射后而發(fā)生突變，成為含有強烈毒性生物。 第32頁年月日，南極上空公里，發(fā)生了一起看似偶然“宇宙

16、交通事故”一塊年前發(fā)射，美國雷神火箭推進器遺棄物，與中國年前發(fā)射長征四號火箭相撞。這是一起經(jīng)典太空垃圾“宇宙交通肇事案”。 太空垃圾名目繁多：大有已經(jīng)“壽終正寢”，但仍在空間軌道兜圈子衛(wèi)星、空間站等航天器，被遺棄運載火箭推進器殘??；中等有意外爆炸形成碎片，如年月日，美國一枚飛馬座火箭發(fā)生爆炸，共產(chǎn)生了約個危害性碎片；小有一些零部件，如星箭分離用爆炸螺栓、衛(wèi)星包帶和彈簧等，還有宇航員“隨地亂扔”垃圾，比如年，在美國首次太空行走過程中，宇航員愛德華失手丟掉了一只手套（還好，一個月后，這只時速近公里，人類歷史上殺傷力最大手套墜入大氣層燒毀）；更多則是極其微小空間微粒，如航天器脫落油漆顆粒等。 第33

17、頁不要小看這些太空垃圾，因為飛行速度極快（公里秒），它們都蘊藏著巨大殺傷力，一塊克重太空垃圾撞上衛(wèi)星，相當(dāng)于兩輛小汽車以公里時速迎面相撞衛(wèi)星會在瞬間被打穿或擊毀！試想，假如撞上是載人宇宙飛船 一旦撞上，就是毀滅性。更令航天教授頭疼是“雪崩效應(yīng)”每一次撞擊并不能讓碎片相互湮滅，而是產(chǎn)生更多碎片，而每一個新碎片又是一個新碰撞危險源。假如有一天，等地球周圍被這些太空垃圾擠滿時候，人類探索宇宙道路該何去何從呢？ 第34頁1.3.4人類本身隱憂增加二十一世紀(jì)人類社會在各種高新技術(shù)裝備下，現(xiàn)代化和自動化程度越來越高，人類可以在各種人造環(huán)境中舒舒服服地坐享其成，而人類適應(yīng)力和抗逆性將會漸漸減弱。英國倫敦大學(xué)

18、基因教授史蒂夫.瓊斯在1997年初發(fā)表研究報告中驚呼：社會在進步，人種在退化。因為在舒適環(huán)境中自然選擇淘汰機率越來越小，使得大量基因變異產(chǎn)生素質(zhì)不高基因也能夠遺傳下去，最終導(dǎo)致人種總體退化。另外，受教育程度高人生育子女少，受教育程度低人生育子女多，也將導(dǎo)致人口素質(zhì)逐步退化。 第35頁1.3.5信息高速公路建設(shè)帶來隱患信息高速公路開啟與延伸，為信息傳遞，經(jīng)濟和事業(yè)等各個領(lǐng)域帶來巨大貢獻。然而，有些國外環(huán)境界有識之士卻認(rèn)為，信息高速公路將是二十一世紀(jì)最大環(huán)境破壞技術(shù)。它將導(dǎo)致森林、空地及野生動植物大量破壞與消失。隨著信息高速公路迅猛發(fā)展，人口向大城市流動趨勢將被逆轉(zhuǎn)。人們沒有必要再去固守著擁擠、嘈

19、雜、污染嚴(yán)重城市，他們可以到擁有藍天、碧水、綠樹鄉(xiāng)村原野去建安樂窩。在那里經(jīng)過信息高速公路，一樣可以享受過去在城市里才能享有一切。但歷史已經(jīng)證明：人類在那里活動，那里大自然就可能遭殃。 第36頁1.4綠色化學(xué)主要研究內(nèi)容1.4.1設(shè)計或重新探索對人類健康和生存環(huán)境更安全目標(biāo)物質(zhì)：綠色產(chǎn)品 比如：聯(lián)苯胺是個很好染料中間體但含有極強致癌作用，已被很多國家禁用。但對其分子結(jié)構(gòu)加以改造，變?yōu)槎一?lián)苯胺后既保持了染料功效，又消除了致癌性。 比如：關(guān)于氯氟烴類（CFCs）化合物及其替換問題 第37頁依據(jù)蒙特利爾草案要求，至1998年CFCs產(chǎn)量要降低50，到前中國完全禁止生產(chǎn)使用CFCs第38頁1.4.2采取無毒或低毒綠色原料比如：生產(chǎn)尼龍己二酸，一直用有致癌作用苯為起始物制備，1994年經(jīng)過遺傳工程利用微生物為催化劑，以葡萄糖為起始物成功地合成了己二酸。這個新技術(shù)去除了大量有毒苯，在技術(shù)上、經(jīng)濟上都完全可行，是綠色化學(xué)一個范例。研究、變換基本原料和起始化合物 第39頁1.4.3實現(xiàn)廢物“零排放”原子經(jīng)濟性反應(yīng)P46原子經(jīng)濟性概念:即反應(yīng)物分子中原子有百分之幾轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物