10第十讲 绿色化学原理

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'10第十讲 绿色化学原理'
? 当今社会,环境污染问题日益突出,人们 发出了对“绿色社会”的呼唤,同时也迫 使化学家们提出了“绿色化学”的新观念。 在绿色化学的热潮中进行冷静的思考,我 们不难发现绿色化学并非解决环境问题的 关键,其根本应是全人类绿色观念的建立, 即化学家们不仅要消灭“化学盲”,而且 要全社会消灭“绿盲”。 ? 化学——环境污染的“替罪羊”? 现在,公众对化学存在着一种很深的误解,认为化 学就是带来环境污染的罪魁祸首,甚至歧视化学、 厌恶化学,产生了“恐化学症” ,似乎有化学就不 会有“绿色”,“化学”已经被许多人所误解为 “污染”同义词。? 在日常生活中,某些所谓“绿色食品”的广告经常 声称“本产品绝不含有任何化学元素(化学品)”,或 许他们是一些“化学盲”,可以原谅。即使在科技 发达的美国,报刊也有类似荒唐的报道。? 不幸的“化学人”必须认识到:化学已经成为环境 污染的“替罪羊”。 ? 不可否认,化学、化学工业在某些场合给环境带来 污染,但公众采取的是“一叶障目”的做法。专家 指出,这是不公平的!事实上,化学的历史贡献是 不容抹杀的:在解决粮食生产以养活人类的世界性 问题上,如果没有哈伯的合成氨化学固氮法,世界 总人口由本世纪初的十几亿到现在的六十亿以上是 不可能的;同样,在延长人类寿命的世界性问题上, 如果没有磺胺药、青霉素、链霉素等许多药物的化 学制药方法,人的预期寿命的空前提高也是不可能 的。 ? 其实,作为知识本身而言,化学只不过告 诉人们,哪些物质对人类有益,哪些对人 类有害,如何操作全在于人类自己。但是, 人们只在利用化学吃饱、医好、穿好等等 之余却记住了哪些是有害的,从而将人类 自身偶尔的操作之错迁怒于化学。 ? 于今,化学家们因从事化学、告诉人们化 学物质的真相而蒙冤。 ? 作为一个真正的化学家,他不仅应在学科 领域去突破,而且应在化学宣传领域去努 力。 ? 尽管如此,由于环境问题是一个综合性的 问题,因此即使绿色化学家们在学科与化 学教育方面作出了努力,他们也只能消除 人们对化学的误解,并非解决问题的关键, 真正解决环境问题还依赖于全人类的反思。 ? 作为一个系统工程,全球每一个人都应反思,因此 绿色观念贯穿于所有领域,而且互相联系,互相依 存。具体地说,为了适应环境保护和可持续发展的 要求,只有进行真正在观念上进行绿色革命,即人 文社会领域宣传绿色伦理,科技界坚持绿色科技观, 政府推行绿色政策,人人自我开始绿色行动,世界 的明天才会更美好,中国在国际舞台上才会具有竞 争力,我们的未来才会充满绿色。如果说不懂化学、 科技的人是“化学盲”、“科盲”,那么不懂绿色 观念的人应该是“绿盲”,真正的“色盲”。 第一节 绿色化学的产生和发展? 一、绿色化学的产生? 传统化学虽然为人类提供了数不尽的物质产品,同时 在生产过程中产生的大量有害物质造成了严重的环境 污染。? 随着环境污染的日益严重和公众对环境问题的日益关 心,人们开始对化学工业提出质疑,对化学科学提出 怀疑。也使化学进入了两难境地,一方面社会持续地 要求大量的增加先进的化学品,另一方面对制造这些 化学品的工业的怀疑和恐惧的程度也增加了,保护生 态环境、加强污染治理成为公众的共同心声。l 1、环境保护经历的三个时期 l (1) 20世纪中期以前——稀释废物来防治污染时期 l 在20世纪中期以前,由于对化学物质的长期毒性、生物积 累乃至致癌性缺乏足够的认识,认为只要充分降低某一化 学物质在特定介质中的浓度就足以减轻其最终影响,人们 是将化学品直接排放到大气、水体和土壤中作为其最终处 理方法的。应当说自然生态系统对某些外来的化学物质是 有一定的抵抗和净化能力(称为环境的自净能力)的,但这种 能力是有一定限度的,当污染物超出环境的自净能力时, 就会对环境造成严重破坏,进而通过呼吸、饮食等途径进 入人体,威胁人类健康。因此,采用稀释废物来防治污染 的办法导致了20世纪30年代以来世界范围内的八大公害事 件。 1930年 比利时马斯河谷烟雾事件 1943年 洛杉矶光化学烟雾事件 1948年 美国多诺拉烟雾事件 1952年 伦敦烟雾事件 1953~1956年 日本水俣病事件 1961年 日本四日市哮喘事件 1968年 日本北九州米糠油事件 1972年 日本富山县骨痛病事件 ? (2)20世纪中期至八十年代末——末端治理时期  ? 由于对化学品的环境危害有了较多的了解,各国政 府相继立法限制废物的排放浓度和排放量,于是许 多企业不得不将废水、废气和废渣进行处理后才能 排放,然而这并没有从根本上解决环境污染问题。 一方面有毒有害物质仍源源不断地被排放到环境中, 1993年美国仅以365种有毒物质估算,其排放量就 达到了30亿吨。另一方面,处理污染物所需费用十 分巨大。1992年,美国化学工业用于环保的费用为 1150亿美圆,而美国政府清理已污染地区的费用更 高达7000亿美圆。? 高昂的费用使环境治理陷入困境。 ? (3)20世纪九十年代以后——污染预防为主,末 端治理为辅时期 ? 1990年,美国颁布了污染防止法案,将污染防 止确定为美国的国策。绿色化学在这一背景下应 运而生。绿色化学的目标是改变现有化学化工生 产的技术路线,实现从“先污染,后治理”向 “从源头上根除污染”的转变。 ? 2、绿色化学的提出? 为了从根本上预防和治理由化学产生的环境污染, 1990年,美国国会通过了《污染防止条例》,该条 例制定了国家环境政策,并指出了最佳的环境保护 方法应是在源头上防止污染的产生。? 1990年,美联邦政府通过了“防止污染行动”的法 令,将污染的防止确立为国策。? 所谓污染防止就是使废物不再产生,该法令条文中 第一次出现了“绿色化学” (Green Chemistry)一 词。 ? 1991年“绿色化学”成为美国环境保护局的中心口 号,从而确立了绿色化学的重要地位。? 二、绿色化学的发展? 1、1995年3月16日,美国总统克林顿设立了“总统绿色化学 挑战奖”。旨在推进社会各界合作进行化学防止污染和工业 生态学研究,从根本上减少乃至杜绝化学污染源。从1996年 开始,每年颁奖一次,最初下设五个奖项:? 更新合成路线奖(2006年更名为绿色合成路线奖)? 变更溶剂/反应条件奖( 2006年更名为绿色反应条件奖)? 设计更安全化学品奖( 2006年更名为设计绿色化学品奖)? 小企业奖? 学术奖? 2、1997年美国成立了绿色化学协会(GCI), 它是一个非营利性组织,致力于环境友好化学教 育、科研的工作组织。旨在推动绿色化学的研究 和教育。? 3、1999年,澳大利亚皇家化学研究所设立 了“绿色化学挑战奖”,旨在推动绿色化学 在澳洲的发展。下设三个奖项:? 科研技术奖? 小型企业奖? 绿色化学教育奖? 其重点是:更新合成路线、更新反应条件、 设计更安全化学品奖? 4、1998年,第一部有关绿色化学的专著出版, 《Green Chemistry: Theory and Practice》,可 以说是绿色化学发展史上的里程碑。? 1991年1月,由英国皇家化学学会主办的国际性杂 志“Green Chemistry”正式创刊,2001年该杂志 首次被SCI收录,2006年该杂志的影响因子已上升 到4.192,2007年的影响因子达到4.836,由此表明 该领域的工作越来越受到关注。? 5、2005年的诺贝尔化学奖授予了法国科学 家伊夫-肖万、美国科学家罗伯特-格拉布和 理查德-施罗克,以表彰他们在绿色化学方 面的突出贡献。6、 1995年中国科学院化学部组织了《绿色化学与技术— —推进化工生产可持续发展的途径》院士咨询活动,对 国内外绿色化学的现状与发展趋势进行了大量调研,并 结合国内情况,提出发展绿色化学与技术、消灭和减少 环境污染源的七条建议,将绿色化学与技术研究列入 ‘九五’基础研究规划”。 1997年由国家自然科学基金委资助的“九五”重大基础研究项目《环境友好石油化工催化化学与化学反应工程》正式启动,项目涉及我国石油化工的一些重要过程,开展采用无毒无害原料、催化剂和“原子经济”反应等新技术的探索研究。 同年,为实施科教兴国战略,实现到21世纪中叶我国经济、科技和社会发展的宏伟目标,确保科技自身发展能力不断增强,制定了《国家重点基础研究发展规划》,亦将绿色化学的基础研究项目作为支持的重要方向之一。? 化学科学的发展必然要带动化学教育内容的 变化,化学教育也应体现化学学科的新知识、 新进展。因此,在各级各类学校进行绿色化 学教育是培养具有可持续发展理念和专业素 质人才的需要。? 目前国内外很多大学都开设了“绿色化学” 课程,中国科技大学1998年率先在国内为学 生开设了选修课“绿色化学”,国内的许多 大学成立有“绿色化学协会”等社团组织。 第二节 绿色化学的原理一、绿色化学的定义 1992年,里约热内卢会议提出了“绿色科技”的概念,并指出“环境科学家的任务不再局限于环境污染的治理,而是要求对环境污染进行有效控制和对污染的环境进行修复,以及从污染源头开始杜绝环境污染的产生”。由于“绿色”的概念是一种全新的概念,代表了一种全新的生产模式。因此,至今对它的定义和理解还没有完全统一,出现了各种专业名词,如绿色化学、清洁生产、洁净技术、环境友好技术、零排放等。 ? 绿色化学(Green Chemistry),又称为环 境无害化学(Environmental Benign Chemistry),是利用化学来防止污染的一 门科学。其研究目的为,通过一系列的原理 与方法来降低或除去化学产品设计、制造和 应用中有害物质的使用与产生,使所设计的 化学产品或过程更加环境友好。绿色化学包 括所有可以降低对人类健康与环境产生负面 影响的化学方法、技术和过程。二、绿色化学的特点 绿色化学是当今国际化学科学研究的前沿,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科学。 从科学观点看,绿色化学是化学科学基础内容的更新; 从环境观点看,它是从源头上消除污染; 从经济观点看,它合理利用资源和能源、降低生产成本,符合经济可持续发展的要求。 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。三、绿色化学与环境化学和环境治理的区别 环境化学是
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