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绿色化学方面论文

时间:2017-05-02 16:02:20本文内容及图片来源于读者投稿,如有侵权请联系xuexila888@qq.com 秋梅 我要投稿

  在当前强调环境保护的大时代背景下,在化学教学中实施绿色化学教育,无论对学生的科学素质的培养和形成绿色化学理念是十分必要的。下文是学习啦小编为大家搜集整理的关于绿色化学方面论文的内容,欢迎大家阅读参考!

  绿色化学方面论文篇1

  浅谈绿色化学的进展

  摘要:绿色化学是一门从源头上阻止污染的化学,因此这门学科还可称为环境无害、友好化学与清洁化学。世界各国在最近几十年来主要是围绕化学反应材料、参与反应的催化剂以及化工产品的“绿色化”展开研究的。

  关键词:绿色环保;化学;研究

  当今社会,我们正面临着有史以来最为严峻的危机,尤其是环境危机。大家知道,世界各国的人口正在急剧的增加,导致人类对于可再生与不可再生的资源的消耗日益扩大,耕地、淡水和矿产等资源人均占有量日趋减少,所以人口与资源的矛盾逐渐变得“尖锐化”,环境保护问题就成为世界经济与人类社会发展进步的重要问题之一。化学工业及其相关产业作为国民经济的支柱产业之一,在为人类创造物质文明作出重大贡献的同时,在生产、生活中也不断排放出大量的有害物质,所以,化学工业及其相关产业也给人类及环境带来不可小视的危害。眼下,西方发达国家对于环境的治理,已开始从末端治理污染转向开发清洁工业技术、消减污染源头、生产环境友好产品,这就从治标转向了治本,是一大进步。“绿色技术”已成为21世纪化工技术与化学研究的热点和重要科技前沿。

  世界各国在最近几十年来主要是围绕化学反应材料、参与反应的催化剂以及化工产品的“绿色化”展开研究的。遵照上述主线,文章评述了最近几十年来人类在绿色化学方面进行的一些主要的研究进展。

  一、化学原料的高效充分利用——原子经济性反应

  近年来,化学家们孜孜不倦地研究原子经济性反应,取得很多宝贵成果。例如,用氯醇法合成环氧乙烷,其原子利用率只有25%,采用乙烯催化环氧化方法仅需一步反应,原子利用率达到100%,产率99%。但是现在已经应用于工业上的一些技术——“原子经济性反应”,仍然还需要进一步从环保、技术、经济等方面进行研究及相关的改进。人们在化学反应中想要实现高原子经济性,还需要开发新的途径或者用催化反应来替代化学计量反应等方式来实现。1997年的新合成路线奖的获得者BCH公司的工作即是一个很好的例证。该公司开发了一种合成布洛芬的新工艺,传统生产工艺包括6步化学计量反应,原子的有效利用率低于40.1%,新工艺采用3步催化反应,原子的有效利用率达77.4%,如果再考虑副产物乙酸的回收利用,则原子利用率达到99%。[1]

  二、在化学工业上利用无毒害原料进行化工生产

  工业化的发展为人类提供了许多新型的物料,这些新物料大大改善了人们的物质生活水平,同时也给人类造成了十分严重的污染,仅大量的生活废弃物一项就使我们的生活环境变得不断地而且越来越迅速地恶化。为了既不降低人类的生活水平,又不破坏环境,我们必须研制并采用对环境无毒无害又可循环使用的新物料。现在在化学工业上,己二酸和邻苯二酚是以苯为原料制造的。苯是石油生产的产品,消耗的是不可再生的资源,另外,苯是一种易挥发的有机物,室温下容易汽化,长期吸入苯可以导致白血病和癌症。而且在合成己二酸的过程中,最后一步是利用硝酸氧化环己酮和环己醇,这一反应的副产物N2O以每年10%的水平增长,并且还会破坏臭氧层。N2O同时也是一种温室效应气体,会导致气候异常。密执安州立大学的J.W.Frost和K.M. Draths经研究将葡萄糖转化为顺-己二烯二酸,然后经氧化形成己二酸。Draths和Frost已经研制出另一种基因修饰的大肠杆菌,可抑制DHS(一种抗氧化剂BHT的潜在替代物)和邻苯二酚的进一步反应,故可将这些化合物作为产品分离出来。因此,从葡萄糖出发通过生物合成DHS和邻苯二酚的合成路线与传统合成方法相比,不仅可利用再生资源,而且可以避免有毒的苯及其加工过程中生成的N2O等造成的环境影响和对人体健康的危害。

  三、催化剂的绿色化

  人类在化学工业上利用使用催化剂进行化学反应从而生产了大量的各类有机产品时,大部分是采用了催化氧化的手段得到的,所以这种方法生产的产品占了相当大的比例,而很少采用烃类催化氧化的方式进行。这类方式的选择性较低的主要原因之一是因为烃类的烷基化反应大都使用诸如H2SO4溶液、AlCl3溶液等作为催化剂,但是这样的催化剂存在着很大的缺点,即在使用中会对设备产生腐蚀,并且还会危害人类的身体健康及安全等,反应所产生的工业三废(废水、废渣、废气)还会对人类的居住环境产生大量的十分严重的污染。所以,“绿色化学”所追求的最终的目标就是利用对人类及生态环境无毒害的“绿色催化剂”得到所需的产品。为了达到这个目标,研究如何应用催化转化并开发新的催化剂越来越受到科学家们的重视,而且也研究出了很多新的科研成果。

  现在人类除了在化工生产中采用“超临界溶剂”外,还在研究以水或“近临界水”作为溶剂。“近临界水”对有机物的溶解性能相当于丙酮或乙醇,介电常数介于常态水和超临界水之间。采用水作为溶剂虽然能避免有机溶剂的使用,但是由于物质在水中的溶解度具有一定的限度,大大限制了水在化工生产的大量利用。并且在利用水作溶剂时还要注意废水对生态环境造成的污染。目前人类正在进行利用无溶剂的固相反应来避免使用挥发性溶剂的研究。我国制订了“科教兴国”和可持续发展战略,并且在1993年世界环境和发展大会之后,编制了《中国21世纪议程》,表明了走可持续发展道路的决心。1999年北京第16次九华山科学论坛以“绿色化学的基本科学问题”为研讨重点。2000年科技部《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的绿色化学。上述活动已推动了我国绿色化学的发展。

  参考文献:

  [1]邢其毅.基础有机化学[M].北京:人民教育出版社,1980.

  [2]Frost,J.W.,Draths,K.M.Biocatalytic Syntheses of Aromatics from D-Glucose:Renewable Microbial Sources of Aromatic Compounds[J].Ann.Rev.Microbiol,1995,(49):557.

  [3]Li K,Mikola M R,Draths K M.Fed-batch fermentor synthesis of 3-dehydroshikimic acid using recombinant Escherichia[J].coli,1999,(1).

  绿色化学方面论文篇2

  浅谈绿色催化剂与绿色化学

  摘 要:绿色化学是现代化学工业的发展趋势和前沿技术。生产化学产品的原料、催化剂、溶剂的绿色化, 以及生物技术等清洁生产方法的开发和应用, 对维护人类健康, 保护生态环境, 实现化学工业的可持续发展具有重要意义。

  关键词:绿色催化剂;绿色化学

  一、催化剂与绿色催化剂

  催化剂是一种物质的特定称呼,是指在化学反应中能改变反应速率,但本身的化学性质和质量在反应前后都没有发生变化的物质。催化剂会诱导化学反应发生改变,而使化学反应变快或减慢或者在较低的温度环境下进行。催化剂在工业上也称为触媒。

  绿色催化剂是指在催化转化反应过程中,不产生环境污染,甚至是“零排放”,从而能够实现清洁生产的这样一类催化剂。

  二、绿色化学

  绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学。近年来,绿色化学的研究工作主要围绕化学反应、原料、催化剂、溶剂和产品的绿色化展开的。绿色化学代表着二十一世纪化学学科的主流方向,而绿色催化剂将是绿色化学的重要组成部分。

  绿色化学对人类社会的发展和进步有着深远的影响,而绿色催化技术在绿色化学发展中作用十分重要。因为,80%以上的传统化工过程都与催化作用有关。近年来随着人类对能源、环境和健康等问题的普遍关注,绿色催化剂的作用和地位获得了新的评价。

  三、绿色催化剂的种类

  (一)分子筛催化剂

  分子筛催化剂,又称沸石分子筛催化剂,系指以分子筛为催化剂活性组分或主要活性组分之一的催化剂。分子筛具有离子交换性能、均一的分子大小的孔道、酸催化活性,并有良好的热稳定性和水热稳定性,可制成对许多反应有高活性、高选择性的催化剂。

  (二)杂多酸催化剂

  杂多酸是一类由中心原子(俗称杂原子)和配位原子(多原子)按一定的空间结构、借助氧原子桥联成的含氧多元酸。是强度均匀的质子酸,并有氧化还原能力,通过改变组成,可调节酸强度和氧化还原性能。水分存在时形成的拟液相也能影响其酸性和氧化还原能力。杂多酸有固体和液体两种形态。

  (三)固体超强酸催化剂

  超强酸是比100%硫酸还强的酸,其HO<11.93,而固体超强酸是一类固体超强酸的总称。它主要又以下几类:(1)负载型固体超强酸:这是以金属氧化物作载体将液体超强酸负载起来的一类超强酸HF-SbF3-AlF3/固体多孔材料/SbF3-Pt/石墨,SbF3-Hf/F-Al2O3,SbF3-FSO3H/石墨。(2)混合无机盐类:AlCl3-CaCl2,AlCl3-Ti(SO4)3。(3)氟代磺酸离子交换树脂(Nafion-H)。(4)硫酸根离子酸性金属氧化物:SO42-/ZrO2,SO42-/TiO2,SO42-/Fe2O3等。(5)负载金属氧化物的固体超强酸如WO3/ZnO2,MoO3、ZrO2等。这些固体超强酸其酸度高于100%硫酸的103-104倍,它们易于制备和保存,不腐蚀反应器,在500℃时仍具有催化活性,且能反复使用。其中以(3)(4)(5)三种不含卤原子,不污染环境,可作优良的质子催化剂。

  (四)光催化剂

  这是一类借助光的激发而进行催化反应的催化剂,如ZnO-CuO-H2O2,在紫外光作用下,可对染料废水进行催化脱色,脱色率近100%。TiO2光催化剂光解二氯乙酸、光的光解制氢、CO2的光催化固碳都是为未来解决能源、人工光合作用的主要催化反应。

  (五)电极催化剂

  在这类电化学反应中,电极既是电化学反应的反应物场所 也是供应和接收电子的场所,故兼有催化和促进电子迁移的双重功能。通过外部电路调控电极电位,可对反应条件、反应速率进行调控。

  (六)酶催化剂

  酶催化剂可以说时一种真正的绿色催化剂,它是一种能加速特殊反应的生物分子,有近乎专一的催化性能。

  (七)膜催化剂

  膜催化剂是将催化剂制成膜反应器,反应物可选择性的穿越催化膜并发生反应,产物也可以选择性的穿过膜而离开反应区域,从而有效地调节反应区域内的反应物和产物的浓度,这也是将膜技术和催化综合的一种催化工艺。

  四、绿色催化剂在绿色化学上的应用

  (一)分子筛催化剂

  分子筛热稳定性好,在900K时仍存在催化活性,因而用它制成蜂窝状陶瓷,用于汽车尾气的催化剂转化的载体。另外,分子筛催化裂化在石油化学工业中已大量使用。催化裂化分子筛催化剂一般是稀土元素或高价金属元素取代钠元素的Y型分子筛。与普通硅铝催化剂相比,具有活性高,热稳定性好的特点,可在较缓和条件下进行反应,同时允许在630~680℃的高温下再生以更好地恢复活性。此外,它抗中毒能力强,能加工某些含重金属较多的劣质原料。

  (二)杂多酸催化剂

  作为酸催化剂,其活性中心既存在于“表相”,也存在于“体相”。杂多酸有类似于浓液的“拟液相”,这种特性使其具有很高的催化活性,既可以表面发生催化反应,也可以在液相中发生催化反应,杂多酸如前所述既是氧化催化剂,还是光电催化剂。十二钨磷酸,用于催化丙烯水合制异丙醇,转化率中等,选择性很高,是成功应用的典范。

  杂多酸具有的可调控酸性,它取代HF、硫酸、磷酸,以固体形式进行多相催化反应,用杂多酸做催化剂可提高反应的回收率。与沸石分子筛催化剂类似,它具有不腐蚀设备、资源利用充分、不污染环境、工艺简便等优点。杂多酸又因其兼具氧化、光电催化等功能,在化工生产尤其是石油化工生产中被广泛采用。

  (三)固体超强酸催化剂

  固体超强酸在丙醇水合制异丙醇和异丙醚,甲醇和异丙烯制甲基叔丁基醚、醇酸酯化、烃的硝化、氧化氯代烃的还原等反应中都体现出优良的催化性能。

  五、结语

  虽然绿色化工催化剂理论发展逐渐得到完善,但大多数催化剂仍停留在实验阶段,催化剂性能不稳定,制备过程复杂,性价比低是制约其工业化应用的主要原因,但从长远角度考虑,采用绿色化工催化剂是实现生产零污染的一个必然趋势。

 
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