绿色化学简介省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

1化学与可连续发展化学与可连续发展 绿色化学介绍绿色化学介绍GreenChemistry第1页21 1 20 20 20 20世纪化学工业贡献及带来问题世纪化学工业贡献及带来问题世纪化学工业贡献及带来问题世纪化学工业贡献及带来问题年代年代产品名称产品名称作用作用1928青霉素青霉素 人类人类 抗疾病能力增强，寿抗疾病能力增强，寿命大大延长命大大延长1913合成氨合成氨极大推进了农业生产，减轻了人口增加对粮食需求压力1941杀虫剂杀虫剂DDT1921乙烯（天然气裂解）乙烯（天然气裂解）遍布人类生产、生活各个方面。改变了人们生产、生活方式，为材料、计算机等高新技术发展提供了物质保障1930聚氯乙烯聚氯乙烯1938尼龙尼龙1939顺丁橡胶顺丁橡胶第2页3二十世纪化学工业高速发展带来严重环二十世纪化学工业高速发展带来严重环境污染问题！境污染问题！全球十大环境问题：全球十大环境问题：全球十大环境问题：全球十大环境问题：大气污染大气污染大气污染大气污染臭氧层破坏臭氧层破坏臭氧层破坏臭氧层破坏全球变暖全球变暖全球变暖全球变暖海洋污染海洋污染海洋污染海洋污染 淡水资源担心和污染淡水资源担心和污染淡水资源担心和污染淡水资源担心和污染土地退化和沙漠化土地退化和沙漠化土地退化和沙漠化土地退化和沙漠化 森林锐减森林锐减森林锐减森林锐减 生物多样性降低生物多样性降低生物多样性降低生物多样性降低 环境公害环境公害环境公害环境公害有害化学品和危险废物有害化学品和危险废物有害化学品和危险废物有害化学品和危险废物其中七个问题与化其中七个问题与化其中七个问题与化其中七个问题与化学物质污染相关，学物质污染相关，学物质污染相关，学物质污染相关，另外三个问题与化另外三个问题与化另外三个问题与化另外三个问题与化学污染有间接关系。学污染有间接关系。学污染有间接关系。学污染有间接关系。对环境污染，化学对环境污染，化学对环境污染，化学对环境污染，化学品及其生产过程问品及其生产过程问品及其生产过程问品及其生产过程问题是比较严重。题是比较严重。题是比较严重。题是比较严重。环境保护运动呼唤绿色化学环境保护运动呼唤绿色化学环境保护运动呼唤绿色化学环境保护运动呼唤绿色化学 第3页4经典传统化学工业经典传统化学工业q氨是主要肥料，而且是主要工业原料氨是主要肥料，而且是主要工业原料q反应原理：反应原理：q催化剂催化剂能显著改改变学反应速度能显著改改变学反应速度而本身不参加化学反应物质。而本身不参加化学反应物质。q工艺过程：工艺过程：原料气制备和净化原料气制备和净化氨合成氨合成合成氨工业合成氨工业人工固氮人工固氮高耗能、高污染、高危险！高耗能、高污染、高危险！第4页5豆科类植物天然固氮生物固氮 大气为植物施肥 固氮酶 生物固氮原理示意图 第5页62绿色化学（绿色化学（GreenChemistry)定义及内涵定义及内涵绿色化学又称环境友好化学（绿色化学又称环境友好化学（绿色化学又称环境友好化学（绿色化学又称环境友好化学（EnvironmentallyFriendlyEnvironmentallyFriendlyChemistryChemistry）、）、）、）、清洁化学（清洁化学（清洁化学（清洁化学（CleanChemistryCleanChemistry）2.1定义定义：采取最少资源和能源消耗，并产生采取最少资源和能源消耗，并产生最小排放工艺过程。最小排放工艺过程。2.2内涵内涵 p清洁化学清洁化学绿色化学致力于从源头阻止污染，绿色化学致力于从源头阻止污染，而不是污染后再治理，绿色化学技术应不产生或而不是污染后再治理，绿色化学技术应不产生或基本不产生对环境有害废弃物，绿色化学所产出基本不产生对环境有害废弃物，绿色化学所产出来化学品不会对环境产生有害影响来化学品不会对环境产生有害影响第6页7pp经济化学经济化学绿色化学及其合成过程中不产绿色化学及其合成过程中不产生或少产生副产物，绿色化学技术应是低能生或少产生副产物，绿色化学技术应是低能耗和低原材料消耗耗和低原材料消耗pp安全化学安全化学在绿色化学过程中尽可能不使在绿色化学过程中尽可能不使用有毒或危险化学品，其反应条件尽可能是用有毒或危险化学品，其反应条件尽可能是温和或安全，其发生意外事故可能性是极低。温和或安全，其发生意外事故可能性是极低。追求目标追求目标:高效率、高选择性化学反应高效率、高选择性化学反应第7页8u从科学观点看，绿色化学是对传统化学思维方式创从科学观点看，绿色化学是对传统化学思维方式创新和发展；新和发展；u从经济观点看，绿色化学为我们提供合理利用资源从经济观点看，绿色化学为我们提供合理利用资源和能源、降低生产成本、符合经济连续发展原理和方和能源、降低生产成本、符合经济连续发展原理和方法法;u从环境观点看，绿色化学是从源头上消除污染，保从环境观点看，绿色化学是从源头上消除污染，保护环境新科学和新技术。护环境新科学和新技术。绿色化学是更高层次化学绿色化学是更高层次化学 ！符合经济和社会可连续发展要求符合经济和社会可连续发展要求第8页92.32.3绿色化学绿色化学绿色化学绿色化学1212条标准条标准条标准条标准（1）预防污染优于污染治理；）预防污染优于污染治理；（2）提升原子经济性；）提升原子经济性；（3）尽可能降低化学合成中有毒原料、产物；）尽可能降低化学合成中有毒原料、产物；（4）设计安全化学品；）设计安全化学品；（5）使用无毒无害溶剂和助剂；）使用无毒无害溶剂和助剂；（6）合理使用和节约能源；）合理使用和节约能源；（7）利用可再生资源代替消耗性资源合成化学品；）利用可再生资源代替消耗性资源合成化学品；（8）降低无须要衍生化步骤；）降低无须要衍生化步骤；（9）采取高选择性催化剂优于使用化学计量助剂；）采取高选择性催化剂优于使用化学计量助剂；（10）产物易降解性；）产物易降解性；（11）发展分析方法，对污染物实施在线监测和控制；）发展分析方法，对污染物实施在线监测和控制；（12）降低使用易燃易爆物质，降低事故隐患。）降低使用易燃易爆物质，降低事故隐患。第9页10各国政府推进绿色化学办法各国政府推进绿色化学办法n1990年，美国经过了一项“预防污染行动”法令。n1991年后，绿色化学由美国化学会（ACS）提出并成为美国国家环境保护局（EPA）中心口号。n1995年，美国前总统克林顿设置了“总统绿色化学挑战奖”，从1996年开始在华盛顿国家科学院每年颁发一次，这是化学领域唯一总统级科学奖。n1999年，世界上第一本绿色化学杂志诞生。n，美国化学会出版了第一本绿色化学教科书。第10页11第11页12中国制订了“科教兴国”和可连续发展策略，并于1993年世界环境和发展大会之后，编制了中国二十一世纪议程郑重申明走可连续发展道路决心。1995年中国科学院化学部组织了绿色化学与技术推进化工生产可连续发展路径院士咨询活动1997年国家自然科学基金委“九五”重大项目：环境友好石油化工催化化学与反应工程1997年5月，香山科学会议第72次学术研讨会：可连续发展问题对科学挑战绿色化学1998年合肥第一届国际绿色化学高级研讨会1999年北京第16次九华山科学论坛“绿色化学基本科学问题”科技部国家重点基础研究发展规划项目立项石油炼制和基本有机化学品合成绿色化学第12页13无毒无害原料无毒无害原料可再生资源可再生资源环境友好产品环境友好产品回归自然回归自然废物回收利用废物回收利用无毒无害无毒无害催化剂催化剂无毒无害无毒无害溶剂溶剂原子经济原子经济反应反应3 绿色化学主要内容绿色化学主要内容第13页143.13.1 原子经济原子经济原子经济原子经济（AtomEconomyAtomEconomy）3.1.1概念概念 1991年，美国年，美国Stanford大学大学B.M.Trost教授首次提教授首次提出了反应出了反应“原子经济性原子经济性”概念。他认为高效化学反应应最大程度概念。他认为高效化学反应应最大程度地利用原料分子每一个原子，使之结合成目标产物。原子经济性地利用原料分子每一个原子，使之结合成目标产物。原子经济性可用原子利用率衡量：可用原子利用率衡量：经典原子经济反应：经典原子经济反应：经典原子经济反应：经典原子经济反应：A+BCA+BC（产物）（产物）（产物）（产物）（原子利用率（原子利用率（原子利用率（原子利用率100100）普通化学反应：普通化学反应：普通化学反应：普通化学反应：A+BCA+BC（产物）（产物）（产物）（产物）+D+D（副产物）（副产物）（副产物）（副产物）（原子利用率较低）（原子利用率较低）（原子利用率较低）（原子利用率较低）第14页15传统反应中高原子经济性例子传统反应中高原子经济性例子：化合反应化合反应3H2+N2=2NH3重排反应重排反应加成反应加成反应第15页16 3.1.2 原子经济性与环境效益原子经济性与环境效益为了衡量生产过程对环境影响，为了衡量生产过程对环境影响，1992年荷兰化学家年荷兰化学家Sheldon提出了环境因子概念，其定义为：提出了环境因子概念，其定义为：几个行业环境因子几个行业环境因子 行业行业E E 因子因子 石油精炼石油精炼 基本化工基本化工 精细化工精细化工 制制 药药 0.11555025100原子利用率越低，环境因子就越大，生产过程产原子利用率越低，环境因子就越大，生产过程产 生废物就越生废物就越多，造成资源浪费和环境污染就越大。多，造成资源浪费和环境污染就越大。第16页17工业部门工业部门每吨产品排放废物（吨/吨）炼油炼油0.1大宗化学品大宗化学品15精细化工精细化工520制药制药25100不一样工业部门生产中废物排放量不一样工业部门生产中废物排放量制药、精细化工制药、精细化工更需开发原子经济反应更需开发原子经济反应第17页18烃类氧化烃类氧化“原子经济原子经济”反应正在改进反应正在改进20世纪世纪80年代创造钛硅分子筛作为催化剂年代创造钛硅分子筛作为催化剂 采取采取H2O2为氧化剂为氧化剂 实现以下实现以下“原子经济原子经济”反应反应n丙烯环氧化制环氧丙烷丙烯环氧化制环氧丙烷n环己酮氨氧化制环己酮肟环己酮氨氧化制环己酮肟n苯酚氧化制对苯二酚苯酚氧化制对苯二酚3.1.33.1.3 提升化学反应原子经济性路径提升化学反应原子经济性路径 第18页19环氧丙烷生产环氧丙烷生产环氧丙烷生产环氧丙烷生产 原原原原生生生生产产产产工工工工艺艺艺艺 新新新新生生生生产产产产工工工工艺艺艺艺 缺点：原子利用率低，仅为缺点：原子利用率低，仅为31%31%；消耗；消耗大量石灰和氯气，设备腐蚀和环境污染大量石灰和氯气，设备腐蚀和环境污染严重。严重。新工艺特点：新工艺特点：a.反应条件温和。常压，反应条件温和。常压，40-50；b.氧源安全易得（氧源安全易得（30%H2O2），转化率高），转化率高（以（以H2O2计算为计算为93%）；）；c.原子利用率原子利用率76.3%。d.仅联产水，是低能耗、无污染绿色化工过程；仅联产水，是低能耗、无污染绿色化工过程；e.不足之处是不足之处是H2O2成本高。成本高。第19页20第20页21当前针对烃类催化氧化不足，又有了新进展：当前针对烃类催化氧化不足，又有了新进展：降低降低H2O2费用费用原为原为H2、O2合成合成H2O2，与丙烯环氧化集成，与丙烯环氧化集成新氧化剂新氧化剂异丙苯过氧化物异丙苯过氧化物新氧化催化材料新氧化催化材料nSn/沸石沸石n有机氮络合有机氮络合Fe2+系催化剂系催化剂n含钨金属簇相转移催化剂含钨金属簇相转移催化剂第21页22 布布布布洛洛洛洛芬芬芬芬是是是是止止止止痛痛痛痛药药药药主主主主要要要要成成成成份份份份，与与与与 AspirinAspirin一一一一样样样样，都都都都是是是是非非非非类类类类固固固固醇醇醇醇消消消消炎炎炎炎剂剂剂剂。原原原原来来来来布布布布洛洛洛洛芬芬芬芬合合合合成成成成是是是是采采采采取取取取BootsBoots企企企企业业业业BrownBrown合合合合成成成成方方方方法法法法，从从从从原原原原料料料料要要要要经经经经过过过过六六六六步步步步反反反反应应应应，才才才才能能能能得得得得到到到到产产产产品品品品。每每每每步步步步反反反反应应应应中中中中原原原原料料料料只只只只有有有有一一一一部部部部分分分分进进进进入入入入产产产产物物物物，而而而而另另另另一一一一部部部部分分分分则则则则变变变变成成成成废废废废物物物物，所所所所以以以以采采采采取取取取这这这这条条条条路路路路线线线线生生生生产产产产布布布布洛洛洛洛芬芬芬芬，所所所所用用用用原原原原料料料料中中中中原原原原子子子子只只只只有有有有4040进进进进入入入入最最最最终终终终产产产产品品品品中中中中去去去去。最最最最近近近近，德德德德国国国国BASBAS企企企企业业业业与与与与HoechstHoechstCelaneseeCelanesee企企企企业业业业合合合合资资资资 BHCBHC企企企企业业业业创创创创造造造造了了了了生生生生产产产产布布布布洛洛洛洛芬芬芬芬新新新新方方方方法法法法，该该该该方方方方法法法法只只只只采采采采取取取取三三三三步步步步反反反反应应应应即即即即可可可可得得得得到到到到产产产产品品品品布布布布洛洛洛洛芬芬芬芬，其其其其原原原原子子子子经经经经济济济济性性性性到到到到达达达达7777。也也也也就就就就是是是是说说说说新新新新创创创创造造造造方方方方法法法法少少少少产产产产废废废废物物物物3737，BHCBHC企业所以取得企业所以取得企业所以取得企业所以取得19971997年度美国年度美国年度美国年度美国“总统绿色化学挑战奖总统绿色化学挑战奖总统绿色化学挑战奖总统绿色化学挑战奖”。q采取新反应路径采取新反应路径布洛芬生产布洛芬生产布洛芬生产布洛芬生产第22页23第一步第一步第二步第二步第三步第三步第四步第四步第五步第五步第六步布洛芬Boots企业企业Brown方法方法原子经济性原子经济性40%传统方法传统方法第23页24第一步第一步第二步第二步第三步第三步BHC企业新企业新创造绿色方创造绿色方法法原子经济性原子经济性77%获获1997年美国总统年美国总统“绿色化学挑战奖绿色化学挑战奖”第24页25第25页26q采取新合成原料采取新合成原料甲基丙烯酸甲酯（简称甲基丙烯酸甲酯（简称甲基丙烯酸甲酯（简称甲基丙烯酸甲酯（简称MMAMMA），一个主要有机化工原料，），一个主要有机化工原料，），一个主要有机化工原料，），一个主要有机化工原料，其聚合物俗称有机玻璃。其工业生产方法是其聚合物俗称有机玻璃。其工业生产方法是其聚合物俗称有机玻璃。其工业生产方法是其聚合物俗称有机玻璃。其工业生产方法是19321932年由英国帝国年由英国帝国年由英国帝国年由英国帝国化学工业企业首先开发出来丙酮化学工业企业首先开发出来丙酮化学工业企业首先开发出来丙酮化学工业企业首先开发出来丙酮-氰醇法。该法以丙酮、氰醇法。该法以丙酮、氰醇法。该法以丙酮、氰醇法。该法以丙酮、HCNHCN、甲甲甲甲 醇为原料，原子利用率为醇为原料，原子利用率为醇为原料，原子利用率为醇为原料，原子利用率为47%47%，因为使用剧毒，因为使用剧毒，因为使用剧毒，因为使用剧毒HCNHCN和腐蚀和腐蚀和腐蚀和腐蚀性硫酸，严重危害环境，属于非环境友好化学反应。性硫酸，严重危害环境，属于非环境友好化学反应。性硫酸，严重危害环境，属于非环境友好化学反应。性硫酸，严重危害环境，属于非环境友好化学反应。最近，最近，最近，最近，ShellShell企业开发出了一个新工艺，以甲基乙炔、甲企业开发出了一个新工艺，以甲基乙炔、甲企业开发出了一个新工艺，以甲基乙炔、甲企业开发出了一个新工艺，以甲基乙炔、甲醇、一氧化碳为原料，二价钯化合物作催化剂，一步制得醇、一氧化碳为原料，二价钯化合物作催化剂，一步制得醇、一氧化碳为原料，二价钯化合物作催化剂，一步制得醇、一氧化碳为原料，二价钯化合物作催化剂，一步制得MMAMMA，原子利用率为，原子利用率为，原子利用率为，原子利用率为100%100%，反应选择性高达，反应选择性高达，反应选择性高达，反应选择性高达99.9%99.9%，单程转，单程转，单程转，单程转化率高达化率高达化率高达化率高达98.9%98.9%。含有很高经济效益和环境效益。含有很高经济效益和环境效益。含有很高经济效益和环境效益。含有很高经济效益和环境效益。第26页27甲基丙烯酸甲酯生产工艺甲基丙烯酸甲酯生产工艺传统工艺传统工艺绿色工艺绿色工艺47%原子经济性原子经济性100%原子经济性原子经济性投资、成本低投资、成本低第27页283.2 无毒无害绿色催化剂无毒无害绿色催化剂 催化剂作用催化剂作用:n加紧反应速度。比如合成氨反应在加紧反应速度。比如合成氨反应在773K下，下，有铁催化剂与无铁催化剂相比较，反应速率有铁催化剂与无铁催化剂相比较，反应速率提升提升2107倍！倍！n降低温度、压力。降低温度、压力。n提升选择性。提升选择性。第28页29催化剂选择性催化剂选择性第29页30稀土催化剂含有满意净化效稀土催化剂含有满意净化效 第30页31环境友好催化材料环境友好催化材料-分子筛分子筛以美国为例，采取分子筛作以美国为例，采取分子筛作 石油裂解催化石油裂解催化剂后，每年可节约原油剂后，每年可节约原油4亿桶。亿桶。可再生可再生,无污染无污染第31页32固体酸代替氢氟酸合成十二烷基苯固体酸代替氢氟酸合成十二烷基苯HFHFHFHF催化工艺催化工艺催化工艺催化工艺 第32页33固体酸催化剂生产十二烷基苯新工艺固体酸催化剂生产十二烷基苯新工艺 第33页343.3无毒无害辅助物质无毒无害辅助物质采取超临界流体代替有机溶剂：采取超临界流体代替有机溶剂：采取超临界流体代替有机溶剂：采取超临界流体代替有机溶剂：超临界超临界超临界超临界COCOCOCO2 2 2 2采取水为溶剂采取水为溶剂采取水为溶剂采取水为溶剂,比如比如比如比如:固定化溶剂固定化溶剂固定化溶剂固定化溶剂,溶剂分子束缚在固体溶剂分子束缚在固体溶剂分子束缚在固体溶剂分子束缚在固体载体上载体上载体上载体上,等等等等等等等等辅助物质主要有溶剂和助剂：辅助物质主要有溶剂和助剂：辅助物质主要有溶剂和助剂：辅助物质主要有溶剂和助剂：第34页35 3.4取之不尽用之不竭可再生生物质资源取之不尽用之不竭可再生生物质资源 生物质（生物质（生物质（生物质（biomassbiomass）是理想石油品替换原料。）是理想石油品替换原料。）是理想石油品替换原料。）是理想石油品替换原料。生生生生物物物物质质质质是是是是由由由由光光光光合合合合作作作作用用用用产产产产生生生生全全全全部部部部生生生生物物物物有有有有机机机机体体体体总总总总称称称称，包包包包含含含含植植植植物物物物、农农农农作作作作物物物物、林林林林产产产产物物物物等等等等。其其其其中中中中含含含含有有有有淀淀淀淀粉粉粉粉、纤纤纤纤维维维维素素素素、木木木木质质质质素素素素等等等等成成成成份份份份。纤纤纤纤维维维维素素素素是是是是由由由由葡葡葡葡萄萄萄萄糖糖糖糖基基基基组组组组成成成成线线线线形形形形大大大大分分分分子子子子；半半半半纤纤纤纤维维维维素素素素是是是是一一一一群群群群复复复复合合合合聚聚聚聚糖糖糖糖总总总总称称称称。不不不不一一一一样样样样植植植植物物物物复复复复合合合合聚聚聚聚糖糖糖糖组组组组分分分分也也也也不不不不一一一一样样样样，木木木木质质质质素素素素是是是是自自自自然然然然界界界界最最最最复复复复杂杂杂杂天天天天然然然然聚聚聚聚合合合合物物物物之之之之一一一一，它它它它结结结结构构构构中中中中重重重重复复复复单单单单元元元元之之之之间间间间缺缺缺缺乏乏乏乏规规规规则则则则性性性性和和和和有有有有序序序序性性性性。木木木木质质质质素素素素是是是是可可可可再再再再生生生生植植植植物物物物纤纤纤纤维维维维资资资资源源源源中中中中蕴蕴蕴蕴藏藏藏藏太太太太阳阳阳阳能能能能最最最最高高高高部分。部分。部分。部分。第35页36第36页37生物质特点生物质特点：可再生，储量丰富。仅每年再生纤维素和木质素折合成能可再生，储量丰富。仅每年再生纤维素和木质素折合成能可再生，储量丰富。仅每年再生纤维素和木质素折合成能可再生，储量丰富。仅每年再生纤维素和木质素折合成能量相当于石油年产量量相当于石油年产量量相当于石油年产量量相当于石油年产量15152020倍。倍。倍。倍。大部分已高度氧化，作为化工原料可防止氧化步骤。大部分已高度氧化，作为化工原料可防止氧化步骤。大部分已高度氧化，作为化工原料可防止氧化步骤。大部分已高度氧化，作为化工原料可防止氧化步骤。比矿物原料更清洁。生物质起源于比矿物原料更清洁。生物质起源于比矿物原料更清洁。生物质起源于比矿物原料更清洁。生物质起源于CO2CO2，燃烧后不增加大，燃烧后不增加大，燃烧后不增加大，燃烧后不增加大气中气中气中气中CO2CO2含量。含量。含量。含量。季节性强，产量、质量不稳定。季节性强，产量、质量不稳定。季节性强，产量、质量不稳定。季节性强，产量、质量不稳定。需要大量土地。需要大量土地。需要大量土地。需要大量土地。以生物质为原料生产化工产品以生物质为原料生产化工产品l淀粉淀粉糊精，丙酮糊精，丙酮麦芽糖麦芽糖葡萄糖葡萄糖乙醇（丙醇，丁醇，戊乙醇（丙醇，丁醇，戊醇）醇）乙醛，乙烯，乙醚乙醛，乙烯，乙醚乙酸乙酸乙酸乙酯乙酸乙酯l纤维素纤维素葡萄糖葡萄糖葡萄糖酸，山梨糖醇，甘露糖醇，丙烯酸葡萄糖酸，山梨糖醇，甘露糖醇，丙烯酸l半纤维素半纤维素木糖木糖糠醛糠醛木糖醇，呋喃木糖醇，呋喃四氢呋喃，顺丁烯二四氢呋喃，顺丁烯二酸酐酸酐l木质素木质素蒽醌，酚，甲醇蒽醌，酚，甲醇第37页38生物质转化方法生物质转化方法生物质主要由淀粉、纤维素、半纤维素、木质素生物质主要由淀粉、纤维素、半纤维素、木质素等组成。怎样将它们转化为葡萄糖等低分子物质方便作等组成。怎样将它们转化为葡萄糖等低分子物质方便作为燃料或有机化工原料使用呢？为燃料或有机化工原料使用呢？l物理法：将生物质加热裂解成低分子物质，然后分馏物理法：将生物质加热裂解成低分子物质，然后分馏出有用成份。出有用成份。l化学法：采取水解、酸解、氧化还原降解将生物质变化学法：采取水解、酸解、氧化还原降解将生物质变为小分子。为小分子。l生物法：利用酶将生物质降解为葡萄糖，然后转化为生物法：利用酶将生物质降解为葡萄糖，然后转化为各种化学品。各种化学品。生物法是最高效方法！第38页39淀淀粉粉转转化化为为葡葡萄萄糖糖过过程程其中关键酶！第39页40例例例例1 1 1 1 用生物物质制造汽车燃料用生物物质制造汽车燃料用生物物质制造汽车燃料用生物物质制造汽车燃料乙醇乙醇乙醇乙醇当前，世界大约有7.5亿辆机动车，每年共需消耗约9亿t汽油和10亿t柴油。美国能源部预测世界石油年需求量将从当前3.5Gt左右增加到5.5Gt。按此速度消耗，世界石油资源将在50年内面临枯竭危险。以谷物淀粉为原料发酵法制造酒精，是一门含有4000-50古老工艺，而酒精作为机动车燃料潜力多年来已为人所知。当前酒精作为机动车燃料主要还是掺入汽油中，与汽油混合使用。酒精可作为机动车燃料，但传统发酵工艺，以谷物为原料，原料成本高，且利用率低，能耗很大，所以酒精产品成本较高。要想将其大规模用于机动车燃料还必须降低成本。降低成本方法有二，其一是利用基因工程改进酵母性能以提升过程效率，其二是采取更为廉价纤维素原料。第40页41谷物谷物发酵发酵酒精酒精燃料燃料用更廉价用更廉价纤维素纤维素用更先进用更先进工艺工艺发发发发酵酵酵酵罐罐罐罐p日本三得利企业把从霉菌中分离出葡萄日本三得利企业把从霉菌中分离出葡萄糖淀粉酶基因克隆到酵母上，可省传统工糖淀粉酶基因克隆到酵母上，可省传统工艺中去淀粉原料蒸煮糊化，直接发酵生产艺中去淀粉原料蒸煮糊化，直接发酵生产酒精。酒精。第41页42例例2用生物物质制造天然气用生物物质制造天然气有机垃圾有机垃圾发酵发酵沼气沼气沼气净化设备沼气净化设备沼气发电示范工程沼气发电示范工程第42页43天然气也称沼气，其主要成份是甲烷，当前广泛用作发电厂和家庭用燃料，部分天然气还用作化工原料。尽管当前天然气资源储量多于石油，但其储量也是有限，预计如以天然气为人类主要能源，充其量也只能使用1。另外，天然气储量分布不均，而输送设备建设投资巨大，所以开发生物质资源制备天然气技术含有重大意义。第43页44例例3生物制氢生物制氢 代表反应式为：12H2O+6CO2 Light energy C6H12O6+6O2C6H12O6+12H2O Light energy 12H2+6CO2 C6H12O6+2H2O 2CH3COOH+4H2+2CO2在厌氧条件下，绿藻既能够利用氢作为电子供体用于二氧化碳固定或释放氢气。实现路径有直接光解、间接光解、光发酵、暗发酵等。关键是菌株！代表性菌（藻）株：Anabaena variablilis；Chlamydomonas reinhardtii；Rhodospirillum rubrumL产氢速率为：790mmolH2,100h第44页45例例4 生物柴油制造生物柴油制造n植物油与甲醇（乙醇）酯交换制得植物油与甲醇（乙醇）酯交换制得 棉籽油、棕榈油、椰子油、菜籽油、野生植物油以棉籽油、棕榈油、椰子油、菜籽油、野生植物油以及海藻等及海藻等n化学法化学法n液碱催化；固体碱催化；二段催化液碱催化；固体碱催化；二段催化n酶催化酶催化n生物柴油特点生物柴油特点n降低汽车尾气中降低汽车尾气中SOx和颗粒物排放和颗粒物排放n整个过程少排放整个过程少排放CO2，降低温室效应，降低温室效应n 本身无毒、无害，能自行分解回归自然本身无毒、无害，能自行分解回归自然n含有一定润滑性，从而延长机动车寿命含有一定润滑性，从而延长机动车寿命n燃烧热值稍低，倾点较高，影响低温开启燃烧热值稍低，倾点较高，影响低温开启 第45页46生物柴油在国外已经销售使用生物柴油在国外已经销售使用n当前欧共体年产生物柴油70万吨，规划到达230万吨，年到达830万吨。n德国生物柴油年产量已达40万吨，已经有700多个加油站销售生物柴油。n法国许多石油柴油中已调配有生物柴油，哥本哈根、里斯本等欧洲城市公共汽车已经使用生物柴油n美国30万吨/年，日本40万吨/年生物柴油生产能力第46页47我国发展生物柴油意义、问题及对策我国发展生物柴油意义、问题及对策n超清洁柴油超清洁柴油n有利于增产柴油、调整柴汽比有利于增产柴油、调整柴汽比n降低原油进口，多一条运输能源安全保障路径降低原油进口，多一条运输能源安全保障路径n多一条农林业增产、增收路径多一条农林业增产、增收路径n关键是植物油成本高，难与石油柴油竞争关键是植物油成本高，难与石油柴油竞争n对策：对策：n政府支持政府支持n与农业生产结合（农业加工工业）与农业生产结合（农业加工工业）n种植低成本油料作物种植低成本油料作物 n改进工艺，利用副产品（甘油、润滑剂、清洁溶剂等）改进工艺，利用副产品（甘油、润滑剂、清洁溶剂等）降低成本降低成本第47页483.5绿色化学产品设计成功范例绿色化学产品设计成功范例n n用甲苯代替苯用甲苯代替苯 苯是合成塑料、合成纤维、合成橡胶、苯是合成塑料、合成纤维、合成橡胶、医药、农药、炸药等工业基本原料，也是主医药、农药、炸药等工业基本原料，也是主要有机溶剂。要有机溶剂。苯环上引入一个甲基苯环上引入一个甲基变成甲苯，则变成甲苯，则氧化反应主要发生在甲基上，依次生成苯甲氧化反应主要发生在甲基上，依次生成苯甲醇、苯甲酸，其中苯甲酸是无毒，因而甲苯醇、苯甲酸，其中苯甲酸是无毒，因而甲苯毒性比苯有所降低。毒性比苯有所降低。第48页49n n安全有效毛虫克星安全有效毛虫克星安全有效毛虫克星安全有效毛虫克星ConfirmTMConfirmTM 毛虫食用毛虫食用毛虫食用毛虫食用ConfirmTMConfirmTM后，使脱皮过程延长，致使它后，使脱皮过程延长，致使它后，使脱皮过程延长，致使它后，使脱皮过程延长，致使它们因停食、脱水而死亡。但对许多非节肢动物不含有生们因停食、脱水而死亡。但对许多非节肢动物不含有生们因停食、脱水而死亡。但对许多非节肢动物不含有生们因停食、脱水而死亡。但对许多非节肢动物不含有生物功效。它是迄今发觉最安全、最具选择性、最有效昆物功效。它是迄今发觉最安全、最具选择性、最有效昆物功效。它是迄今发觉最安全、最具选择性、最有效昆物功效。它是迄今发觉最安全、最具选择性、最有效昆虫控制剂之一，该结果取得虫控制剂之一，该结果取得虫控制剂之一，该结果取得虫控制剂之一，该结果取得19981998年美国年美国年美国年美国“总统绿色化总统绿色化总统绿色化总统绿色化学挑战奖学挑战奖学挑战奖学挑战奖”设计更安全化学品奖。设计更安全化学品奖。设计更安全化学品奖。设计更安全化学品奖。第49页50n n海洋船舶防垢剂海洋船舶防垢剂海洋船舶防垢剂海洋船舶防垢剂船体表面往往会长满海藻和贝壳，形成积垢。船体表面往往会长满海藻和贝壳，形成积垢。船体表面往往会长满海藻和贝壳，形成积垢。船体表面往往会长满海藻和贝壳，形成积垢。危害：结垢危害：结垢危害：结垢危害：结垢1mm1mm，阻力增加约，阻力增加约，阻力增加约，阻力增加约80%80%，传统对策：，传统对策：，传统对策：，传统对策：在油漆中添加有机锡防垢剂在油漆中添加有机锡防垢剂在油漆中添加有机锡防垢剂在油漆中添加有机锡防垢剂TBTOTBTO。Rohm&HaasRohm&Haas企业研究企业研究企业研究企业研究出出出出Sea-NineSea-Nine（tmtm）抗浮）抗浮）抗浮）抗浮游生物剂，如图。毒副游生物剂，如图。毒副游生物剂，如图。毒副游生物剂，如图。毒副作用小，降解快（海水作用小，降解快（海水作用小，降解快（海水作用小，降解快（海水中半衰期为中半衰期为中半衰期为中半衰期为1d1d，沉积物，沉积物，沉积物，沉积物中为中为中为中为1h1h）取得）取得）取得）取得19961996年美年美年美年美国国国国“总统绿色化学挑战总统绿色化学挑战总统绿色化学挑战总统绿色化学挑战奖奖奖奖”设计更安全化学品设计更安全化学品设计更安全化学品设计更安全化学品奖。奖。奖。奖。第50页514 绿色化学主要研究方向绿色化学主要研究方向n n发展高效率、高选择性化学反应发展高效率、高选择性化学反应n n开发符合绿色化学新反应和新工艺开发符合绿色化学新反应和新工艺n n环境友好反应介质开发和利用环境友好反应介质开发和利用n n可重复使用材料、可降解材料和生物质可重复使用材料、可降解材料和生物质以及废弃物再利用以及废弃物再利用化学目标：认识世界，改造世界，保护世界化学目标：认识世界，改造世界，保护世界第51页52关于期末考试关于期末考试考试内容考试内容：第1章 物质状态理想气体与实际气体概念，状态方程第2章 溶液溶液浓度表示方法和计算，稀溶液依数性（凝固点降低，沸点升高）第3章 化学热力学初步热力学第一定律，化学反应过程能量改变、热效应及计算第4章 化学反应速率反应速率概念，简单级数化学反应，反应速率与温度关系（活化能）第52页53关于期末考试关于期末考试考试内容：考试内容：第5章 离子平衡与离子交换反应弱酸（碱）离子平衡，缓冲溶液及其配制第7章 原子结构与化学键初步电子核外运动状态描述（4个量子数），原子核外电子排布第8章 材料化学基础材料分类，超导材料和液晶材料第10章 生命化学基础人体中元素及其功效（必需元素），蛋白质，DNA第53页54关于期末考试关于期末考试考试题型考试题型 一、概念题（30分）二、计算题（70分）考试方式考试方式开卷，需带计算器课程成绩课程成绩卷面成绩50平时成绩（试验，考勤，作业）50第54页