1、如何設計綠色產品？如何設計綠色產品？怎樣清潔化生產綠怎樣清潔化生產綠色產品呢？色產品呢？第三章第三章 二一五年三月十八日二一五年三月十八日第三章第三章 綠色產品的設計原理綠色產品的設計原理主要內容主要內容 綠色化學及綠色產品的特點綠色化學及綠色產品的特點 一是一是產品本身對產品本身對環境環境與人類無害與人類無害 二是二是產品整個生命周期具有可持續性產品整個生命周期具有可持續性。綠色化學主要特點：綠色化學主要特點： 對環境不造成污染的前提下實現盡可對環境不造成污染的前提下實現盡可能大的經濟效益能大的經濟效益。綠色產品特點：綠色產品特點： 綠色產品綠色產品強調強調綠色和功能兼重綠色和功能兼重，它的

2、，它的意義意義在于能在于能直接直接促使人們消費觀念和生產方式的轉變促使人們消費觀念和生產方式的轉變，其主要特點是以市，其主要特點是以市場調節方式來實現環境保護為目標。公眾以購買綠色產品場調節方式來實現環境保護為目標。公眾以購買綠色產品為時尚，促進企業以生產綠色產品作為獲取經濟利益的途為時尚，促進企業以生產綠色產品作為獲取經濟利益的途徑。這一點對全球可持續性經濟的發展具有十分重要的現徑。這一點對全球可持續性經濟的發展具有十分重要的現實意義。實意義。綠色產品提出意義綠色產品提出意義1988年青島電冰總產研究出將電冰箱氟氯烴的用量減少一半，符合歐盟標準！年青島電冰總產研究出將電冰箱氟氯烴的用量減少一

3、半，符合歐盟標準！ 鉛酸電池發展為鋰電池鉛酸電池發展為鋰電池 綠色化學工藝革新綠色化學工藝革新 實現產品的綠色化一方面存在許多困難，是一項實現產品的綠色化一方面存在許多困難，是一項系系統工程統工程； 另一方面，也給產品的綠色化提供了多種思路和途另一方面，也給產品的綠色化提供了多種思路和途徑。徑。 本章擬介紹三種綠色產品的設計思路和方法，它們的核本章擬介紹三種綠色產品的設計思路和方法，它們的核心是一致的，但處理問題的切入點和側重面有所不同。心是一致的，但處理問題的切入點和側重面有所不同。綠色產品的實現綠色產品的實現3.1 3.1 綠色設計途徑與方法綠色設計途徑與方法主要內容主要內容 3.1.1

4、“3.1.1 “十二原則十二原則”應用分析應用分析十二原則 堅持堅持“防止廢物的產生比產生廢物后進行處理為好防止廢物的產生比產生廢物后進行處理為好”的理念，即防患于未然；的理念，即防患于未然； 合成方法應具有合成方法應具有“原子經濟性原子經濟性”，即盡量使參加反，即盡量使參加反應的原子都進入最終產物；應的原子都進入最終產物； 設計的合成方法中所采用的原料與生成的產物對人設計的合成方法中所采用的原料與生成的產物對人類與環境都應當是低毒或無毒的；類與環境都應當是低毒或無毒的； 在綠色產品設計中，就要求同時考慮產品的性能與在綠色產品設計中，就要求同時考慮產品的性能與毒性，在保證毒性不超過相關標準的前

5、提下，提高產品毒性，在保證毒性不超過相關標準的前提下，提高產品的性能；的性能； 在產品的設計中，要盡可能不用或少用溶劑等輔助在產品的設計中，要盡可能不用或少用溶劑等輔助原材料，必須用時，要選用無毒或低毒易回收溶劑；原材料，必須用時，要選用無毒或低毒易回收溶劑； 化工過程的能耗必須節省，并且要考慮其對環境與經化工過程的能耗必須節省，并且要考慮其對環境與經濟的影響，如有可能，合成方法要在室溫、常壓下進行；濟的影響，如有可能，合成方法要在室溫、常壓下進行；3.1.1 “3.1.1 “十二原則十二原則”應用分析應用分析 在產品的設計中要盡可能的設計盡可再生資源作為在產品的設計中要盡可能的設計盡可再生資

6、源作為原材料；原材料； 在產品的設計中要盡可能的簡化或縮短生產工藝，在產品的設計中要盡可能的簡化或縮短生產工藝，亦即短流程設計亦即短流程設計 ； 即在產品的設計中采用催化劑或促進劑，并且盡可即在產品的設計中采用催化劑或促進劑，并且盡可能提高其選擇性；能提高其選擇性； 3.1.1 “3.1.1 “十二原則十二原則”應用分析應用分析 產物應當設計成為在使用之后能降解成為無毒害的產物應當設計成為在使用之后能降解成為無毒害的降解產物而不殘存于環境之中；降解產物而不殘存于環境之中； 能實現在線監控，分析方法先進得當，既要保證產能實現在線監控，分析方法先進得當，既要保證產品合格，又要及時現場分析，盡可能做

7、到在有害物質生品合格，又要及時現場分析，盡可能做到在有害物質生成之前就得到有效控制；成之前就得到有效控制；在產品設計中，優選安全性高的原材料，盡可能避免使用在產品設計中，優選安全性高的原材料，盡可能避免使用易燃、易爆、易揮發、易泄漏、高毒性等原材料，以避免易燃、易爆、易揮發、易泄漏、高毒性等原材料，以避免對人身的傷害和對環境的危害。對人身的傷害和對環境的危害。3.1.1 “3.1.1 “十二原則十二原則”應用分析應用分析3.1.1 “3.1.1 “十二原則十二原則”應用分析應用分析 “十二原則十二原則”被多數相關人士認為已十分全面，被用被多數相關人士認為已十分全面，被用于指導產品的設計。于指導

8、產品的設計。但但在實際應用在實際應用中，一方面一個產品往中，一方面一個產品往往涉及技術、經濟、政策法規等多個方面，需要多個部門往涉及技術、經濟、政策法規等多個方面，需要多個部門或多種人才共同努力；另一方面，限于當前技術水平或企或多種人才共同努力；另一方面，限于當前技術水平或企業效益、或市場因素等，完全符合業效益、或市場因素等，完全符合“十二原則十二原則”的產品還的產品還很難一步到位。理想的綠色產品目標往往是漸進式的到達很難一步到位。理想的綠色產品目標往往是漸進式的到達。所以，。所以，在實踐中，如果一個產品在設計中采用了一種或在實踐中，如果一個產品在設計中采用了一種或多個原則，便可以認為該產品具

9、有多個原則，便可以認為該產品具有 “ “綠色概念綠色概念”。綠色化工產品的綠色化工產品的制造和設計過程制造和設計過程可稱之為可稱之為綠色化工技術綠色化工技術。3.1.2 3.1.2 綠色化工產品的綠色設計途徑綠色化工產品的綠色設計途徑（1）綠色化工技術應符合如下特點：綠色化工技術應符合如下特點： 原料原料均使用均使用能持續利用的資源能持續利用的資源； 以以安全的用之不竭的能源供應安全的用之不竭的能源供應為基礎；為基礎； 高效率的利用能源和其他資源高效率的利用能源和其他資源，使反應過程中所用的物，使反應過程中所用的物料能最大限度地進到終極產物中。盡可能降低化學過程所料能最大限度地進到終極產物中。

10、盡可能降低化學過程所需能量，還應考慮對環境和經濟的效益。合成程序盡可能需能量，還應考慮對環境和經濟的效益。合成程序盡可能在大氣環境的溫度和壓強下進行；在大氣環境的溫度和壓強下進行；3.1.2 3.1.2 綠色化工產品的綠色設計途徑綠色化工產品的綠色設計途徑 高效率的回收利用廢舊物資和副產品高效率的回收利用廢舊物資和副產品，只要技術上、，只要技術上、經濟上是可行的，原料應能回收而不是使之變壞；經濟上是可行的，原料應能回收而不是使之變壞； 越來越充滿活力越來越充滿活力，綠色化學理論為化學化工的發，綠色化學理論為化學化工的發展注入了新的活力，在世紀必將大有可為。展注入了新的活力，在世紀必將大有可為。

11、 越來越智能化越來越智能化，需要不斷發展分析方法，在實時分析、，需要不斷發展分析方法，在實時分析、進程中監測，特別是對形成危害物質的控制上；進程中監測，特別是對形成危害物質的控制上；設計化學反應的生成物不僅具有所需的性能，還應具設計化學反應的生成物不僅具有所需的性能，還應具有最小的毒性。有最小的毒性。化工生產要盡可能多使用安全的無毒的可再生的資源；化工生產要盡可能多使用安全的無毒的可再生的資源；反映過程要充分地體現原子經濟性，同時提高反應的選擇反映過程要充分地體現原子經濟性，同時提高反應的選擇性，并用盡可能的使用物理方法促進化學反應；性，并用盡可能的使用物理方法促進化學反應；設計合成程序只選用

12、或產出對人體或環境毒性很小設計合成程序只選用或產出對人體或環境毒性很小最好無毒的物質；最好無毒的物質；原料原料反應反應溶劑溶劑反應反應試劑試劑反應反應類型類型產品產品反應反應條件條件五個五個方面方面化學污染不僅來源于原料和產品化學污染不僅來源于原料和產品, ,而且與反應介質、而且與反應介質、分離和配方中使用的溶劑有關分離和配方中使用的溶劑有關, ,有毒揮發性溶劑替代有毒揮發性溶劑替代品的研究是綠色化學的重要研究方向。如超臨界流品的研究是綠色化學的重要研究方向。如超臨界流體、水相有機合成和室溫熔鹽溶劑等；體、水相有機合成和室溫熔鹽溶劑等；（2）生產及其生產工藝對人類健康的影響生產及其生產工藝對人

13、類健康的影響3.1.2 3.1.2 綠色化工產品的綠色設計途徑綠色化工產品的綠色設計途徑（1 1）原料的起源原料的起源：主要是指原料的來源，原料是來自天然產物的：主要是指原料的來源，原料是來自天然產物的或是由人工合成的等。或是由人工合成的等。 （3）評價某種原料可否用于綠色生產的指標評價某種原料可否用于綠色生產的指標（2 2）原料的可更新性原料的可更新性：原料分為可更新資源和不可更新資源，其：原料分為可更新資源和不可更新資源，其中可更新資源如水、電、沼氣、作物等作為能源和原料有充足的來中可更新資源如水、電、沼氣、作物等作為能源和原料有充足的來源，并當其有效作用完成后可以分解為無害的產物。源，并

14、當其有效作用完成后可以分解為無害的產物。 （3 3）原料的危害性原料的危害性：指對人類和生態環境的危害，這種危害或稱：指對人類和生態環境的危害，這種危害或稱為毒性不一定是當時便能顯現出來的，其有毒性也可能無法通過循為毒性不一定是當時便能顯現出來的，其有毒性也可能無法通過循環系統排出體系外而在體系內部慢慢積累起來。環系統排出體系外而在體系內部慢慢積累起來。 （4 4）原料選擇的下游影響原料選擇的下游影響：對原料本身的影響的分析僅是原料分：對原料本身的影響的分析僅是原料分析的一部分，對原料的下游產品的分析也是基于以上步驟進行的。析的一部分，對原料的下游產品的分析也是基于以上步驟進行的。 3.1.2

15、 3.1.2 綠色化工產品的綠色設計途徑綠色化工產品的綠色設計途徑3.1.3.1 3.1.3.1 設計安全化學品的定義設計安全化學品的定義 設計安全化學品的定義是利用設計安全化學品的定義是利用構效關系構效關系和和分子改造的手分子改造的手段段使化學品的使化學品的毒理效力和其功效達到毒理效力和其功效達到最適當最適當的平衡的平衡。 因為化學品往往很難達到完全無毒或達到最強的功效，因為化學品往往很難達到完全無毒或達到最強的功效，所以兩個目標的權衡是設計安全化學品的關鍵，應該在這些所以兩個目標的權衡是設計安全化學品的關鍵，應該在這些產品被期望功效得以實現的同時，將它們的毒性降低到最低產品被期望功效得以實

16、現的同時，將它們的毒性降低到最低限度。限度。 設計安全化學品使化學家在設計時有了新的考慮角度，設計安全化學品使化學家在設計時有了新的考慮角度，即發展和應用對人類健康和環境無毒、無危險性的試劑、溶即發展和應用對人類健康和環境無毒、無危險性的試劑、溶劑及其它實用化學品。劑及其它實用化學品。 3.1.3 3.1.3 設計安全化學品設計安全化學品3.1.3.2 3.1.3.2 設計安全化學品所考慮的諸因素設計安全化學品所考慮的諸因素 通常設計化學品時希望其最好不能進入生物有機體，或通常設計化學品時希望其最好不能進入生物有機體，或者即使進入生物體，也不會對生物體的生化和生理過程產生者即使進入生物體，也不

17、會對生物體的生化和生理過程產生不利的影響。不利的影響。 化學家必須掌握設計安全化學品知識，建立判別化學結化學家必須掌握設計安全化學品知識，建立判別化學結構與生物效果的理論體系。他們必須能從構與生物效果的理論體系。他們必須能從分子水平分子水平避免不利避免不利的生物效果，同時還必須考慮化學品在環境中可能發生的結的生物效果，同時還必須考慮化學品在環境中可能發生的結構變化、降解，其在空氣、水、土壤中的擴散以及潛在的危構變化、降解，其在空氣、水、土壤中的擴散以及潛在的危害。害。 設計安全化學品通常要考慮的因素有外部的和內設計安全化學品通常要考慮的因素有外部的和內部的因部的因素：素：(1)(1)外部因素外

18、部因素減少暴露或降低進入生物體的機會減少暴露或降低進入生物體的機會(2)(2)內部因素內部因素防止毒性防止毒性3.1.3 3.1.3 設計安全化學品設計安全化學品(1)(1)外部因素外部因素減少暴露或降低進入生物體的機會減少暴露或降低進入生物體的機會 揮發度密度熔點；在水中的溶解度；殘留性生物揮發度密度熔點；在水中的溶解度；殘留性生物降解性能：氧化反應性質；水解反應性質；光解反應性質；微生物降解性能：氧化反應性質；水解反應性質；光解反應性質；微生物降解性質；轉化為生物活性降解性質；轉化為生物活性( (毒性毒性) )物質的可能性；轉化為生物物質的可能性；轉化為生物非活性物質的可能性；非活性物質的

19、可能性； 揮發性；油溶性；分子大小；降解性質：水解；揮發性；油溶性；分子大小；降解性質：水解；pHpH值值的影響；對消化酶的敏感度。的影響；對消化酶的敏感度。3.1.3 3.1.3 設計安全化學品設計安全化學品首先考慮化學品首先考慮化學品在環境中的分布擴散相關的性質在環境中的分布擴散相關的性質：其次考慮其次考慮化學品被生物體吸收相關的性質化學品被生物體吸收相關的性質： 皮膚吸收；眼睛吸收；肺吸收；消化道吸收；呼吸系皮膚吸收；眼睛吸收；肺吸收；消化道吸收；呼吸系統吸收或其他特定生物的吸收途徑。統吸收或其他特定生物的吸收途徑。 是否有各種化學雜質的產生；是否有有毒的同系物的存在是否有各種化學雜質的

20、產生；是否有有毒的同系物的存在；是否有有毒的幾何構象或立體異構體的存在。；是否有有毒的幾何構象或立體異構體的存在。3.1.3 3.1.3 設計安全化學品設計安全化學品第三考慮第三考慮化學品被人類、動物或水生生物吸收的途徑化學品被人類、動物或水生生物吸收的途徑：第四考慮第四考慮雜質的減少或消除雜質的減少或消除： (2) (2)內部因素內部因素防止毒性防止毒性 排泄的便利：選擇親水性化合物排泄的便利：選擇親水性化合物; ;增大物質分子與葡萄糖醛酸增大物質分子與葡萄糖醛酸、硫酸鹽、氨基酸結合的可能性或使分子易于乙酰化；生物降解、硫酸鹽、氨基酸結合的可能性或使分子易于乙酰化；生物降解的便利：氧化作用；

21、還原作用；水解作用。的便利：氧化作用；還原作用；水解作用。 選擇的化學品種類或母體化合物無毒；選擇官能團：避免選擇的化學品種類或母體化合物無毒；選擇官能團：避免有毒基團；計劃有毒結構的生化消除；利用結構屏蔽有毒基團的作有毒基團；計劃有毒結構的生化消除；利用結構屏蔽有毒基團的作用；選擇其他來替代有毒基團用；選擇其他來替代有毒基團首先考慮首先考慮解毒的便利性解毒的便利性：其次考慮其次考慮避免物質的直接毒性避免物質的直接毒性：3.1.3 3.1.3 設計安全化學品設計安全化學品 避免具有活化途徑的化學品：高親電或親核基團；不飽和鍵避免具有活化途徑的化學品：高親電或親核基團；不飽和鍵；其他分子結構特征

22、；對可生物活化的結構進行結構屏蔽。；其他分子結構特征；對可生物活化的結構進行結構屏蔽。第三考慮第三考慮避免間接中毒避免間接中毒生物活化生物活化：3.1.3 3.1.3 設計安全化學品設計安全化學品3.1.3.3 3.1.3.3 設計安全化學品的方法設計安全化學品的方法 第一種方法，如果已知某一反應是毒性產生的必要條件，則可第一種方法，如果已知某一反應是毒性產生的必要條件，則可以通過以通過改變結構使這個反應不發生改變結構使這個反應不發生，從而避免或降低該化學品的危，從而避免或降低該化學品的危害性。當然，任何結構的改變必須確保分子的性質與功效不變。害性。當然，任何結構的改變必須確保分子的性質與功效

23、不變。 第二種方法適用于毒性機理不明確的情況。對許多毒性機理不第二種方法適用于毒性機理不明確的情況。對許多毒性機理不為人知的化合物，那么通過化學結構中某些官能團與毒性的關系，為人知的化合物，那么通過化學結構中某些官能團與毒性的關系，設計時可以設計時可以盡量通過避免、降低或除去同毒性有關的官能團來降低盡量通過避免、降低或除去同毒性有關的官能團來降低毒性。毒性。3.1.3 3.1.3 設計安全化學品設計安全化學品 第三種途徑是第三種途徑是降低有毒物質的生物利用率的方法降低有毒物質的生物利用率的方法。該方法的理。該方法的理論基礎是，如果一種物質是有毒的，但當它不能到達使毒性發生作論基礎是，如果一種物

24、質是有毒的，但當它不能到達使毒性發生作用的目標器官時，其毒性作用就無法發生。化學家可以利用改變分用的目標器官時，其毒性作用就無法發生。化學家可以利用改變分子的物理化學性質如水溶性、極性的知識，控制分子使其難于或不子的物理化學性質如水溶性、極性的知識，控制分子使其難于或不能被生物膜和組織吸收，通過降低吸收和生物利用率，毒性可以得能被生物膜和組織吸收，通過降低吸收和生物利用率，毒性可以得到削弱。到削弱。3.1.3 3.1.3 設計安全化學品設計安全化學品3.1.4 3.1.4 其他綠色化工工藝設計思路其他綠色化工工藝設計思路3.1.4.1 3.1.4.1 使用安全溶劑和助劑使用安全溶劑和助劑3.1

25、.4.2 3.1.4.2 能源經濟性能源經濟性 3.1.4.3 3.1.4.3 可再生原料可再生原料3.1.4.4 3.1.4.4 減少衍生物減少衍生物3.1.4.5 3.1.4.5 使用環境友好催化劑使用環境友好催化劑3.1.4.6 3.1.4.6 降解設計降解設計3.1.4.7 3.1.4.7 預防污染的實時分析預防污染的實時分析3.1.4.8 3.1.4.8 防止意外事故的安全工藝防止意外事故的安全工藝3.1.4.1 3.1.4.1 使用安全溶劑和助劑使用安全溶劑和助劑 在傳統的有機反應中，有機溶劑是最常用的反應介質，因為它在傳統的有機反應中，有機溶劑是最常用的反應介質，因為它們能很好地

26、溶解有機化合物，使其能夠在液相中進行反應合成。助們能很好地溶解有機化合物，使其能夠在液相中進行反應合成。助劑是為了克服合成中的一些障礙，如分離用助劑。溶劑和助劑被用劑是為了克服合成中的一些障礙，如分離用助劑。溶劑和助劑被用得非常廣泛，以至于很少有人評估其是否有使用的必要。得非常廣泛，以至于很少有人評估其是否有使用的必要。 常用的溶劑中有鹵化物溶劑如常用的溶劑中有鹵化物溶劑如CH2Cl2、CHCl3、CCl4等，以及等，以及芳香烴溶劑如苯等，由于它們良好的溶解性，其應用相當廣泛。芳香烴溶劑如苯等，由于它們良好的溶解性，其應用相當廣泛。2020世紀氟里昂作為清洗劑、推進劑、發泡劑等被廣泛應用。溶劑

27、和助世紀氟里昂作為清洗劑、推進劑、發泡劑等被廣泛應用。溶劑和助劑的廣泛使用往往會對人類健康和環境產生一些問題。最著名例子劑的廣泛使用往往會對人類健康和環境產生一些問題。最著名例子就是臭氧層的破壞。氯氟烴就是臭氧層的破壞。氯氟烴(Chlorofluocarbons，縮寫為，縮寫為CFCs) )對對人類及野生動物的直接毒性很小，并具有低的事故隱患，如人類及野生動物的直接毒性很小，并具有低的事故隱患，如不易燃燒、不易爆炸等優點，在不易燃燒、不易爆炸等優點，在2020世紀得到了廣泛的利用，世紀得到了廣泛的利用，沒人懷疑其在各種用途中的有效性，但是氯氟烴對臭氧層的沒人懷疑其在各種用途中的有效性，但是氯氟

28、烴對臭氧層的破壞與造成的環境影響是眾所周知的。破壞與造成的環境影響是眾所周知的。 溶劑和助劑的使用不僅對人類健康與環境產生危害，而溶劑和助劑的使用不僅對人類健康與環境產生危害，而且大量地消耗能源與資源，因此應盡量減少其使用量。在必且大量地消耗能源與資源，因此應盡量減少其使用量。在必須使用時，應須使用時，應選擇無害的物質來替代有害的溶劑和助劑選擇無害的物質來替代有害的溶劑和助劑。這。這方面的研究是綠色化學的研究方向之一，下面介紹幾種清潔方面的研究是綠色化學的研究方向之一，下面介紹幾種清潔的溶劑和助劑或避免使用有毒溶劑和助劑的方法。的溶劑和助劑或避免使用有毒溶劑和助劑的方法。3.1.4.1 3.1

29、.4.1 使用安全溶劑和助劑使用安全溶劑和助劑 3.1.4.1.13.1.4.1.1超臨界流體超臨界流體 超臨界流體超臨界流體是指是指當物質處于其臨界點當物質處于其臨界點( (指氣、液兩相共存線指氣、液兩相共存線的終結點，此時氣液兩相的相對密度一致，差別消失的終結點，此時氣液兩相的相對密度一致，差別消失) )以上時以上時所形成的一種無論溫度和壓力如何變化都不凝縮的流體相，是一種所形成的一種無論溫度和壓力如何變化都不凝縮的流體相，是一種介于氣態與液態之間的流體狀態。介于氣態與液態之間的流體狀態。 超臨界流體性質介于氣液之間，并易于隨壓力調節，有近超臨界流體性質介于氣液之間，并易于隨壓力調節，有近

30、似于氣體的流動行為，粘度小、傳質系數大，但其相對密度似于氣體的流動行為，粘度小、傳質系數大，但其相對密度大，溶解度也比氣相大得多，又表現出一定的液體行為。大，溶解度也比氣相大得多，又表現出一定的液體行為。 3.1.4.1 3.1.4.1 使用安全溶劑和助劑使用安全溶劑和助劑 (1)(1)高溶解能力高溶解能力 只需改變壓力，就可控制反應的相態。既可使只需改變壓力，就可控制反應的相態。既可使反應呈均相，又可控制反應呈非均相。超臨界流體對大多數反應呈均相，又可控制反應呈非均相。超臨界流體對大多數固體有機化合物都可以溶解，使反應在均相中進行。固體有機化合物都可以溶解，使反應在均相中進行。 (2)(2)

31、高擴散系數高擴散系數 在超臨界狀態下，由于組分在超臨界流體中的在超臨界狀態下，由于組分在超臨界流體中的擴散系數相當大，對氣體的溶解性大，對于受擴散制約的一擴散系數相當大，對氣體的溶解性大，對于受擴散制約的一些反應可以顯著提高其反應速率；些反應可以顯著提高其反應速率； (3)(3)有效控制反應活性和選擇性有效控制反應活性和選擇性 具有連續變化的物性具有連續變化的物性( (密度、密度、極性和粘度等極性和粘度等) )，可通過溶劑與溶質或者溶質與溶質之間的分，可通過溶劑與溶質或者溶質與溶質之間的分子作用力產生溶劑效應和局部凝聚作用的影響有效控制反應子作用力產生溶劑效應和局部凝聚作用的影響有效控制反應活

32、性和選擇性；活性和選擇性；3.1.4.1 3.1.4.1 使用安全溶劑和助劑使用安全溶劑和助劑 (4) (4)無毒性和不燃性無毒性和不燃性 超臨界流體是無毒和不燃的，有利于超臨界流體是無毒和不燃的，有利于安全生產，而且來源豐富，價格低廉，有利于推廣使用，降安全生產，而且來源豐富，價格低廉，有利于推廣使用，降低成本。低成本。 超臨界流體在萃取、色譜分離、重結晶以及有機反應等方超臨界流體在萃取、色譜分離、重結晶以及有機反應等方面表現出很強優越性，在化學化工中獲得實際應用。在有機面表現出很強優越性，在化學化工中獲得實際應用。在有機合成中，超臨界合成中，超臨界CO2CO2由于其臨界溫度由于其臨界溫度(

33、304K)(304K)和臨界壓力和臨界壓力(72.8 (72.8 atm)atm)較低、具有能溶解脂溶性反應物和產物、無毒、阻燃、較低、具有能溶解脂溶性反應物和產物、無毒、阻燃、價廉易得、可循環使用等優點而迅速成為最常用的超臨界流價廉易得、可循環使用等優點而迅速成為最常用的超臨界流體。體。3.1.4.1 3.1.4.1 使用安全溶劑和助劑使用安全溶劑和助劑 3.1.4.1.23.1.4.1.2離子液體離子液體 離子液體離子液體不同于典型的分子溶劑，不同于典型的分子溶劑，在離子液體里沒有電中在離子液體里沒有電中性的分子性的分子，100%是陰離子和陽離子，在負是陰離子和陽離子，在負100至至200

34、 之間均呈之間均呈液體狀態液體狀態，如，如EtNH3NO3(EtNH3NO3(熔點為熔點為12 )12 )。 與傳統的有機溶劑與傳統的有機溶劑(VOC)(VOC)、水、超臨界流體等相比，許多、水、超臨界流體等相比，許多種新的離子液體種新的離子液體不揮發不揮發，其蒸氣壓為零，在較高溫度下不揮發，其蒸氣壓為零，在較高溫度下不揮發；以液態存在的溫度范圍寬，不燃、不爆炸、不氧化，具有高的熱以液態存在的溫度范圍寬，不燃、不爆炸、不氧化，具有高的熱穩定性穩定性，是許多有機物、無機物和高分子材料的優良溶劑；其，是許多有機物、無機物和高分子材料的優良溶劑；其粘度低、熱容大，有的對水、對空氣均穩定粘度低、熱容大

35、，有的對水、對空氣均穩定，故易于處理；，故易于處理；制造制造較容易，不太昂貴較容易，不太昂貴；部分離子液體還表現出；部分離子液體還表現出酸性及超強酸性質酸性及超強酸性質，使得它不僅可以作為溶劑使用，而且還可以作為某些反應的使得它不僅可以作為溶劑使用，而且還可以作為某些反應的催催3.1.4.1 3.1.4.1 使用安全溶劑和助劑使用安全溶劑和助劑 化劑使用，這些催化活性的溶劑避免額外的可能有毒的催化化劑使用，這些催化活性的溶劑避免額外的可能有毒的催化劑或可能產生大量廢棄物的缺點；品種有數百種乃至更多，劑或可能產生大量廢棄物的缺點；品種有數百種乃至更多，因此被認為是理想的綠色高效溶劑。離子液體可為

36、化學反應因此被認為是理想的綠色高效溶劑。離子液體可為化學反應提供新的反應環境，因此廣泛應用于化學反應和分離過程。提供新的反應環境，因此廣泛應用于化學反應和分離過程。 3.1.4.1 3.1.4.1 使用安全溶劑和助劑使用安全溶劑和助劑 3.1.4.1.33.1.4.1.3水水 水相反應水相反應成為綠色有機合成的一個熱點，研究結果表明成為綠色有機合成的一個熱點，研究結果表明：有些合成反應不僅可以在水相中進行，而且還具有很高的選擇性有些合成反應不僅可以在水相中進行，而且還具有很高的選擇性。最為典型的例子是環戊二烯與甲基乙烯酮發生的。最為典型的例子是環戊二烯與甲基乙烯酮發生的D-AD-A環加成環加成

37、反應，在水中進行較之在異辛烷中進行速率快反應，在水中進行較之在異辛烷中進行速率快700700倍。另外，倍。另外，超臨界水反應的研究十分活躍。同傳統的溶劑相比，超臨界水反應的研究十分活躍。同傳統的溶劑相比，使用水做使用水做溶劑不會增加廢物流的濃度溶劑不會增加廢物流的濃度。因此，水是一種理想的環境無害。因此，水是一種理想的環境無害溶劑溶劑。 3.1.4.1 3.1.4.1 使用安全溶劑和助劑使用安全溶劑和助劑 3.1.3.5.4 3.1.3.5.4 無溶劑反應無溶劑反應 無溶劑反應無溶劑反應是減少溶劑和助劑使用的最佳方法，其不僅在對人是減少溶劑和助劑使用的最佳方法，其不僅在對人類健康與環境安全方面

38、具有巨大優點，而且有利于降低費用，是綠類健康與環境安全方面具有巨大優點，而且有利于降低費用，是綠色化學的重要研究方向之一。色化學的重要研究方向之一。 在無溶劑存在下進行的反應大致可分為三類：在無溶劑存在下進行的反應大致可分為三類：原料與試劑作溶原料與試劑作溶劑的反應劑的反應；試劑與原料在熔融狀態下反應試劑與原料在熔融狀態下反應，以獲得好的混合性及最，以獲得好的混合性及最佳的反應條件；固體表面反應。固態化學反應的研究吸引了無機、佳的反應條件；固體表面反應。固態化學反應的研究吸引了無機、有機材料及理論化學等多學科的關注，某些固態反應已用于工業生有機材料及理論化學等多學科的關注，某些固態反應已用于工

39、業生產。產。固態化學反應固態化學反應實際上是在無溶劑存在的環境下進行的反應，有實際上是在無溶劑存在的環境下進行的反應，有時比在溶液環境中的反應能耗低、效果更好、選擇性更高，又不用時比在溶液環境中的反應能耗低、效果更好、選擇性更高，又不用考慮廢物處理問題，有利于環境保護。考慮廢物處理問題，有利于環境保護。 3.1.4.1 3.1.4.1 使用安全溶劑和助劑使用安全溶劑和助劑 3.1.4.1.53.1.4.1.5固定化溶劑固定化溶劑 有機溶助劑對人類健康與環境的危害主要來自于其揮發有機溶助劑對人類健康與環境的危害主要來自于其揮發性，解決這一問題的方法之一就是性，解決這一問題的方法之一就是使用固定化

40、的溶劑使用固定化的溶劑。實現。實現溶劑固定化的方法有多種，但目標是一致的，即溶劑固定化的方法有多種，但目標是一致的，即保持一種材保持一種材料的溶解能力而使其不揮發。料的溶解能力而使其不揮發。常用的方法常用的方法有有將溶劑分子連將溶劑分子連接到固體載體上接到固體載體上；或者；或者在高分子主鏈上直接構建溶劑分子在高分子主鏈上直接構建溶劑分子；另外還有；另外還有本身有良好的溶解性能且無害的新型聚合物也本身有良好的溶解性能且無害的新型聚合物也可作為溶劑可作為溶劑。3.1.4.1 3.1.4.1 使用安全溶劑和助劑使用安全溶劑和助劑 3.1.4.2 3.1.4.2 能源經濟性能源經濟性3.1.4.2.1

41、3.1.4.2.1化學工業中使用的能量化學工業中使用的能量 在工業化國家里，化學工業消耗了很大部分的能量，是耗在工業化國家里，化學工業消耗了很大部分的能量，是耗能最大的工業之一。對于一個需要加入外界能量才能發生的能最大的工業之一。對于一個需要加入外界能量才能發生的反應，往往需要加入一定的熱量用以克服其活化能。這類反反應，往往需要加入一定的熱量用以克服其活化能。這類反應可以通過應可以通過選擇合適的催化劑來降低反應活化能選擇合適的催化劑來降低反應活化能，從而降低反應，從而降低反應發生所需的初始熱量。若反應是吸熱的，則反應開始后需要發生所需的初始熱量。若反應是吸熱的，則反應開始后需要持續加入熱量以使

42、反應進行得完全。相反，若反應是放熱的持續加入熱量以使反應進行得完全。相反，若反應是放熱的，則需要冷卻以移出熱量來控制反應。在化工生產中有時也，則需要冷卻以移出熱量來控制反應。在化工生產中有時也需要降低反應速度以防止反應失控而發生事故。無論加熱還需要降低反應速度以防止反應失控而發生事故。無論加熱還是冷卻，均需要較大的能源費用并對環境產生影響。是冷卻，均需要較大的能源費用并對環境產生影響。3.1.4.2 3.1.4.2 能源經濟性能源經濟性 此外，化工過程中的分離、提純是一個相當消耗能量的此外，化工過程中的分離、提純是一個相當消耗能量的步驟。通常的凈化與分離可通過精餾、萃取、再結晶、超濾步驟。通常

43、的凈化與分離可通過精餾、萃取、再結晶、超濾等操作實現，這些都需要大量的能量來實現產品從雜質中的等操作實現，這些都需要大量的能量來實現產品從雜質中的分離。分離。3.1.4.2.23.1.4.2.2可利用的能量可利用的能量 幾種較為常用的能量形式幾種較為常用的能量形式(1)電能電能 電化學過程是清潔技術的重要組成部分，由于電解一般電化學過程是清潔技術的重要組成部分，由于電解一般無需使用危險或有毒試劑，通常在常溫常壓下進行，在清潔合成中無需使用危險或有毒試劑，通常在常溫常壓下進行，在清潔合成中具有獨特的魅力。具有獨特的魅力。 (2)光能光能 光能被反應中的分子，分子被激發到高能態，然后電子激光能被反

44、應中的分子，分子被激發到高能態，然后電子激發態分子進行化學反應，這就是光化學反應。該反光化學反應的活發態分子進行化學反應，這就是光化學反應。該反光化學反應的活化能來源于光子的能量。國內外研究者提出應開發利用自然光源或化能來源于光子的能量。國內外研究者提出應開發利用自然光源或自然、人工光源相結合的技術，充分利用清潔的可再生能源，使太自然、人工光源相結合的技術，充分利用清潔的可再生能源，使太陽能利用與環境保護相結合，發揮光催化降解在環境污染治理中的陽能利用與環境保護相結合，發揮光催化降解在環境污染治理中的優勢。優勢。3.1.4.2 3.1.4.2 能源經濟性能源經濟性(3)微波微波 微波是指微波是

45、指頻率在頻率在300MHz300GHz( (即波長即波長1m1mm)1m1mm)范圍的范圍的電磁波，位于電磁波譜的紅外輻射和無線電波之間。微波被應用于電磁波，位于電磁波譜的紅外輻射和無線電波之間。微波被應用于燒結、水熱合成、化學氣相沉積等方面。微波協助萃取在環境樣品燒結、水熱合成、化學氣相沉積等方面。微波協助萃取在環境樣品的有機氯化合物的檢測中就顯示了其優越性。在微波條件下的萃取的有機氯化合物的檢測中就顯示了其優越性。在微波條件下的萃取應用不需熱能，萃取時間短，且萃取效果更完全。應用不需熱能，萃取時間短，且萃取效果更完全。(4)聲波聲波 一些反應如環加成、周環反應可采用超聲波的能量來催一些反應

46、如環加成、周環反應可采用超聲波的能量來催化進行。研究發現化進行。研究發現超聲能對某些類型的轉換可以起催化劑的作用超聲能對某些類型的轉換可以起催化劑的作用。超聲波可以改變反應的進程，提高反應的選擇性，增加化學反應的超聲波可以改變反應的進程，提高反應的選擇性，增加化學反應的速率和產率，降低能耗和減少廢物的排放，因此，聲化學技術是一速率和產率，降低能耗和減少廢物的排放，因此，聲化學技術是一種安全無害的種安全無害的“綠色技術綠色技術”，在合成化學中具有廣泛的。，在合成化學中具有廣泛的。3.1.4.2 3.1.4.2 能源經濟性能源經濟性3.1.4.2.33.1.4.2.3優化反應的能量需求優化反應的能

47、量需求 在一個合成反應路線被證明可行時，化學家往往在一個合成反應路線被證明可行時，化學家往往要去優化它。通常，要去優化它。通常，“優化優化”是指提高產率或轉化率，并是指提高產率或轉化率，并不不“考慮考慮”上述能量因素的優化，而將能量平衡的問題留上述能量因素的優化，而將能量平衡的問題留給了負責工藝過程的工程師。然而，能量的使用也像有毒給了負責工藝過程的工程師。然而，能量的使用也像有毒有害物質的使用、廢物的產生等問題一樣，應當成為化學有害物質的使用、廢物的產生等問題一樣，應當成為化學家設計反應時關注的對象。在可能的情況下，化學家應考家設計反應時關注的對象。在可能的情況下，化學家應考慮如何將能耗降到

48、最小，這往往需要通過對反應體系的設慮如何將能耗降到最小，這往往需要通過對反應體系的設計、調整和優化才能實現。例如化學工業中耗能最大的是計、調整和優化才能實現。例如化學工業中耗能最大的是凈化與分離過程，若能設法減少分離操作步驟，則可以節凈化與分離過程，若能設法減少分離操作步驟，則可以節約很多能量。約很多能量。3.1.4.2 3.1.4.2 能源經濟性能源經濟性3.1.4.3.13.1.4.3.1傳統資源及其對環境的影響傳統資源及其對環境的影響 目前世界所需能源和有機化工原料絕大部分來源于化石目前世界所需能源和有機化工原料絕大部分來源于化石燃料（石油、煤和天然氣），使用石油這一原料燃料（石油、煤和

49、天然氣），使用石油這一原料使人類和環使人類和環境付出了沉重的代價境付出了沉重的代價，此外，由石油轉化為有用的有機化學品，此外，由石油轉化為有用的有機化學品需要通過氧化反應，而氧化反應是一個由來已久的環境污染需要通過氧化反應，而氧化反應是一個由來已久的環境污染步驟，如重金屬氧化劑的使用導致人類健康和環境的污染。步驟，如重金屬氧化劑的使用導致人類健康和環境的污染。化石燃料的再生周期非常漫長，需要幾百萬年甚至更長，我化石燃料的再生周期非常漫長，需要幾百萬年甚至更長，我們認為是們認為是不可再生的不可再生的，而且在地球上的，而且在地球上的儲量是有限儲量是有限的，開采一的，開采一點就少一點，終究會有枯竭的

50、一天。這些化石燃料對社會的點就少一點，終究會有枯竭的一天。這些化石燃料對社會的發展和經濟的繁榮作出了巨大的貢獻，但從長遠來考慮，它發展和經濟的繁榮作出了巨大的貢獻，但從長遠來考慮，它們不是人類所能長久依賴的理想資源。們不是人類所能長久依賴的理想資源。全國每年工業廢氣排全國每年工業廢氣排放量達放量達62006200億億Nm3Nm3，工，工業廢棄物排放量達業廢棄物排放量達7.47.4億億t t，造成了生態環境，造成了生態環境的惡化和自然生態的的惡化和自然生態的失衡。失衡。3.1.4.3 3.1.4.3 可再生原料可再生原料3.1.4.3.2 3.1.4.3.2 可再生原料可再生原料3.1.4.3

51、3.1.4.3 可再生原料可再生原料 可再生原料可再生原料通常指生物、植物基礎的原料，消耗后可在一定通常指生物、植物基礎的原料，消耗后可在一定的時間范圍的時間范圍( (準確地說指人類的生命周期準確地說指人類的生命周期) )內可生產的物質，如內可生產的物質，如CO2和和CH4。作為人類能夠長久依賴的未來資源和能源必須是在很長時。作為人類能夠長久依賴的未來資源和能源必須是在很長時間范圍內儲量豐富，最好是可再生的，而且它的利用不會引起環境間范圍內儲量豐富，最好是可再生的，而且它的利用不會引起環境污染。基于這一原則，普遍認為污染。基于這一原則，普遍認為以植物為主的生物質資源以植物為主的生物質資源將將是

52、人類是人類未來的理想選擇。未來的理想選擇。 目前，化學合成特別是有機合成，變得越來越復雜，其要解決目前，化學合成特別是有機合成，變得越來越復雜，其要解決的問題也越來越具有挑戰性。有時為使一個特別的反應發生，需要的問題也越來越具有挑戰性。有時為使一個特別的反應發生，需要通過進行分子修飾或產生所需物質的衍生物來輔助實現。通過進行分子修飾或產生所需物質的衍生物來輔助實現。3.1.4.4 3.1.4.4 減少衍生物減少衍生物下面介紹化學合成中的一些衍生現象及其弊端。下面介紹化學合成中的一些衍生現象及其弊端。(1)(1)保護與去保護保護與去保護 當當進行多步反應進行多步反應時，常常有必要把一些時，常常有

53、必要把一些敏敏感官能團保護起來感官能團保護起來，防止其發生不希望的反應，否則會危害其，防止其發生不希望的反應，否則會危害其功效。如通過產生芐基來保護醇羥基，使分子發生氧化反應功效。如通過產生芐基來保護醇羥基，使分子發生氧化反應而不影響醇羥基，反應完成后，芐基解離除去。而不影響醇羥基，反應完成后，芐基解離除去。(2)(2)暫時改性暫時改性 通常為了某種加工需要，要通常為了某種加工需要，要改變某些物質的物改變某些物質的物理或化學性質理或化學性質。如有時要對粘度、蒸汽壓、極性及水溶解度等。如有時要對粘度、蒸汽壓、極性及水溶解度等進行暫時的改性以易于加工；或暫時把一種化合物轉化成它進行暫時的改性以易于

54、加工；或暫時把一種化合物轉化成它的鹽以便于分離。當功能完成后，原始物質可以容易地再生的鹽以便于分離。當功能完成后，原始物質可以容易地再生成。顯然，在原始材料再生過程中，所加入的輔助材料成了成。顯然，在原始材料再生過程中，所加入的輔助材料成了廢物。廢物。(3)(3)加入功能團提高反應選擇性加入功能團提高反應選擇性 當一個分子中存在幾個反當一個分子中存在幾個反應位時，必須應位時，必須設計合成方法以使反應發生在所需要的位置設計合成方法以使反應發生在所需要的位置。實現。實現這一目標的方法之一是這一目標的方法之一是先使這個位置引入一個易于同反應物反應先使這個位置引入一個易于同反應物反應的衍生基團，而該基

55、團又能容易地離開的衍生基團，而該基團又能容易地離開。這樣反應就可以優先發。這樣反應就可以優先發生在所要求的位置，提高了反應的選擇性。生在所要求的位置，提高了反應的選擇性。 這些形式的衍生方法在精細化學品、制藥、農藥及一些這些形式的衍生方法在精細化學品、制藥、農藥及一些染料的合成中廣泛地使用。衍生步驟不僅消耗資源和能量，染料的合成中廣泛地使用。衍生步驟不僅消耗資源和能量，而且必然產生廢物。有時所需的試劑或所產生的廢物具有較而且必然產生廢物。有時所需的試劑或所產生的廢物具有較大的毒性，還需要特殊處理。因此，在化學過程中應最大限大的毒性，還需要特殊處理。因此，在化學過程中應最大限度地避免衍生步驟，減

56、少衍生物，以降低原料的消耗及對人度地避免衍生步驟，減少衍生物，以降低原料的消耗及對人類健康與環境的影響。類健康與環境的影響。3.1.4.4 3.1.4.4 減少衍生物減少衍生物3.1.4.53.1.4.5使用環境友好催化劑使用環境友好催化劑 對于化學計量反應存在以下幾種情況：對于化學計量反應存在以下幾種情況：部分原料不能完全部分原料不能完全發生反應發生反應，因此即使產率是，因此即使產率是100100，也還有剩余的未反應原料，也還有剩余的未反應原料；原料中只有部分是最終產品所需要的原料中只有部分是最終產品所需要的，其它的部分就成為廢，其它的部分就成為廢物；物；為了進行或促進反應，需為了進行或促進

57、反應，需加入額外的試劑，加入額外的試劑，而這些試劑而這些試劑在反在反應完成后被排放到廢物流中應完成后被排放到廢物流中。 因此，催化劑的使用是有益的，催化反應較傳統的化學計因此，催化劑的使用是有益的，催化反應較傳統的化學計量反應具有許多突出的優點。量反應具有許多突出的優點。催化劑的作用催化劑的作用是是促進反應的進行，促進反應的進行，但本身在反應中不被消耗，也不結合到最終產品中但本身在反應中不被消耗，也不結合到最終產品中。這種促進作。這種促進作用可能有兩種形式用可能有兩種形式 ：(1) (1) 降低反應活化能降低反應活化能 催化劑通過降低反應活化能而促進反催化劑通過降低反應活化能而促進反應進行，這

58、不僅有益于控制而且可降低反應發生所需的溫度應進行，這不僅有益于控制而且可降低反應發生所需的溫度。在大規模生產中，這種能量降低無論從環保還是經濟方面來在大規模生產中，這種能量降低無論從環保還是經濟方面來看，均是非常有益的。看，均是非常有益的。 (2) (2) 增強選擇性增強選擇性 選擇性催化可實現反應程度、反應位置及選擇性催化可實現反應程度、反應位置及立體結構方面的控制。選擇性催化不僅可提高原料的利用率立體結構方面的控制。選擇性催化不僅可提高原料的利用率，而且可降低廢物的產生。，而且可降低廢物的產生。 正確地選用催化劑，不僅可以加速反應的進程，極大地正確地選用催化劑，不僅可以加速反應的進程，極大

59、地改善化學反應的選擇性和提高轉化率，提高質量、降低成本改善化學反應的選擇性和提高轉化率，提高質量、降低成本，而且能從根本上減少或消除副產物的產生，減少污染，最，而且能從根本上減少或消除副產物的產生，減少污染，最大限度地利用各種資源，保護生態環境，是綠色化學目標實大限度地利用各種資源，保護生態環境，是綠色化學目標實現的重要工具。現的重要工具。3.1.4.53.1.4.5使用環境友好催化劑使用環境友好催化劑3.1.4.6 3.1.4.6 降解設計降解設計 某些化學品在被使用后或被釋放到環境中后，其在環境中保持某些化學品在被使用后或被釋放到環境中后，其在環境中保持原狀，或被各種植物和動物吸收并在動植

60、物體內累積與放大原狀，或被各種植物和動物吸收并在動植物體內累積與放大，這就，這就是所謂的是所謂的“持久性化學品持久性化學品”或或“持久性生物累積持久性生物累積”。這些化學品會。這些化學品會對人類和生物體產生直接或間接的危害，如塑料和農藥。對人類和生物體產生直接或間接的危害，如塑料和農藥。 綠色化學認為設計化學產品時必須綠色化學認為設計化學產品時必須考慮使用結束后，它們能否考慮使用結束后，它們能否降解為無害的物質降解為無害的物質。在開發降解方法與設計化學品的降解性時，應。在開發降解方法與設計化學品的降解性時，應評價降解前后化合物的毒性和危害性評價降解前后化合物的毒性和危害性。若降解生成的物質具有