绿色化学

第1章 绪论 1

1.1 绿色化学的兴起与发展 1

1.1.1 生态环境的危机呼唤绿色化学 1

1.1.2 环境保护的宣传和法规推动绿色化学 1

1.1.3 化学工业的发展催发绿色化学 2

1.1.4 可持续发展促进绿色化学 3

1.1.5 绿色化学和技术成为各国政府和学术界关注的热点 3

1.2 绿色化学的研究内容和特点 5

1.2.1 绿色化学的含义 5

1.2.2 绿色化学的研究内容 5

1.2.3 绿色化学的特点 5

1.3 绿色化学在国内外的发展概况 6

1.3.1 绿色化学在国外的发展概况 6

1.3.2 我国十分重视绿色化学的研究工作 12

1.4 绿色化学是我国化学工业可持续发展的必由之路 13

1.4.1 绿色化学所引发的产业革命 13

1.4.2 绿色化学是我国化学工业可持续发展的优选模式 15

1.4.3 发展对策 16

复习思考题 17

参考文献 18

第2章 绿色化学原理 19

2.1 防止污染优于污染治理 20

2.1.1 末端治理与污染防治 20

2.1.2 污染防治的措施 20

2.2 原子经济性 21

2.2.1 原子经济性的概念 21

2.2.2 反应的原子经济性 21

2.3 绿色化学合成 23

2.3.1 无毒、无害原料 23

2.3.2 改变合成路径 23

2.3.3 绿色化学合成 24

2.4 设计安全化学品 25

2.4.1 安全化学品的含义 25

2.4.2 设计安全化学品的一般原则 26

2.4.3 设计安全化学品的方法 26

2.5 采用安全的溶剂和助剂 27

2.5.1 常规有机溶剂的环境危害 27

2.5.2 水 27

2.5.3 二氧化碳 27

2.5.4 离子液体 28

2.5.5 固定化溶剂 28

2.5.6 无溶剂系统 29

2.6 合理使用和节省能源 29

2.6.1 化学工业中的能源使用 29

2.6.2 新的能源利用技术 29

2.6.3 优化反应条件 30

2.7 利用可再生资源合成化学品 30

2.7.1 可再生资源与不可再生资源 30

2.7.2 利用可再生资源合成化学品 30

2.8 减少不必要的衍生化步骤 31

2.8.1 保护基团 31

2.8.2 暂时改性 31

2.8.3 加入官能团提高反应选择性 31

2.9 采用高选择性的催化剂 32

2.9.1 催化作用优于化学计量关系 32

2.9.2 环境友好催化剂 32

2.9.3 环境友好催化过程 33

2.1 0设计可降解化学品 33

2.1 0.1 化学品废弃物的危害性 33

2.1 0.2 化学品设计应考虑降解功能 34

2.1 1预防污染的现场实时分析 34

2.1 2防止生产事故的安全工艺 35

复习思考题 35

参考文献 36

第3章 无机合成反应的绿色化技术 37

3.1 水热合成法 37

3.1.1 概述 37

3.1.2 水热合成法的原理 37

3.1.3 水热合成法的应用实例 37

3.2 溶胶-凝胶法 38

3.2.1 概述 38

3.2.2 溶胶凝胶法的原理 38

3.2.3 溶胶-凝胶法的应用实例 39

3.3 局部化学反应法 39

3.3.1 脱水反应 40

3.3.2 嵌入反应 40

3.3.3 离子交换反应 40

3.3.4 同晶置换反应 41

3.3.5 分解反应 42

3.3.6 氧化还原反应 42

3.4 低热固相反应 42

3.4.1 概述 42

3.4.2 低热固相反应的反应机理及化学反应规律 43

3.4.3 低热固相反应的应用 44

3.5 流变相反应 45

3.5.1 概述 45

3.5.2 流变相反应的原理 45

3.5.3 流变相反应的应用 45

3.6 先驱物法 46

3.6.1 概述 46

3.6.2 先驱物法的应用 47

3.7 助熔剂法 47

3.8 化学气相沉积法 48

3.8.1 概述 48

3.8.2 化学气相沉积法的原理 48

3.8.3 化学气相沉积法的应用 48

3.9 聚合物模板法 50

3.9.1 概述 50

3.9.2 聚合物模板法的原理 50

3.9.3 聚合物模板法应用实例 51

复习思考题 51

参考文献 52

第4章 绿色有机合成 54

4.1 高效化学催化的有机合成 54

4.1.1 固体酸催化的有机合成 54

4.1.2 固体碱催化的有机合成 67

4.1.3 离子液体催化剂 70

4.2 生物催化的有机合成 74

4.2.1 概述 74

4.2.2 酶催化的基本原理 75

4.2.3 生物催化剂的主要种类 77

4.2.4 生物催化反应的典型工艺 77

4.3 不对称催化合成 78

4.3.1 概述 78

4.3.2 不对称催化合成反应的原理及过程分析 79

4.3.3 不对称催化反应中的催化剂体系 82

4.4 氟两相系统的有机合成 94

4.4.1 氟两相系统的反应原理 94

4.4.2 氟两相系统的主要应用实例 94

4.5 相转移催化的有机合成 96

4.5.1 概述 96

4.5.2 相转移催化反应原理 96

4.5.3 相转移催化反应的应用 97

4.6 组合化学合成 98

4.6.1 概述 98

4.6.2 组合化学合成原理 98

4.6.3 组合化学合成的应用 99

4.7 有机电化学合成 101

4.7.1 概述 101

4.7.2 有机电化学合成原理 101

4.7.3 电化学合成的典型工艺 102

复习思考题 104

参考文献 104

第5章 高分子材料的绿色合成技术 108

5.1 以水为分散介质的聚合技术 108

5.1.1 以水为介质聚合的特点 109

5.1.2 水相聚合系统的组成及其作用 109

5.1.3 水相聚合反应原理 111

5.2 离子液体中的聚合技术 113

5.2.1 自由基聚合 113

5.2.2 离子聚合 114

5.2.3 缩聚和加聚 114

5.2.4 配位聚合 114

5.2.5 电化学聚合 115

5.3 超临界流体中的聚合技术 115

5.3.1 超临界二氧化碳中的聚合反应 115

5.3.2 超临界介质中聚合物的解聚反应 116

5.4 低残存VOC的水性聚氨酯合成技术 116

5.4.1 水性聚氨酯的分类 117

5.4.2 水性聚氨酯的原料 118

5.4.3 水性聚氨酯树脂的制备 118

5.4.4 水性聚氨酯的性能 121

5.4.5 水性聚氨酯的应用 122

5.5 辐射交联技术 123

5.5.1 辐射交联与裂解的基本原理 123

5.5.2 辐射聚合的主要特点 124

5.5.3 辐射交联对聚合物性能的影响 125

5.5.4 辐射交联技术的工业化应用 125

5.5.5 辐射交联技术在生物医用材料方面的应用 125

5.6 等离子体聚合技术 126

5.6.1 等离子体的种类及特点 127

5.6.2 等离子体聚合机理 127

5.6.3 等离子体聚合的应用 128

5.7 酶催化聚合技术 130

5.7.1 酶催化开环聚合 130

5.7.2 酶催化缩聚反应 132

复习思考题 133

参考文献 133

第6章 精细化工的绿色化 135

6.1 制药工业的绿色化 135

6.1.1 概述 135

6.1.2 绿色化学制药 135

6.1.3 绿色生物制药 140

6.1.4 绿色天然药物 142

6.2 农药工业的绿色化 145

6.2.1 绿色农药的含义及分类 145

6.2.2 绿色生物农药 145

6.2.3 绿色化学农药 152

6.2.4 绿色农药制剂 155

6.3 功能材料的绿色化 156

6.3.1 聚苯胺材料 156

6.3.2 石墨烯 157

6.4 电子化学品的绿色化 160

6.4.1 辐射线抗蚀剂 160

6.4.2 聚酰亚胺封装材料 161

6.4.3 环氧模塑料 161

6.4.4 超净高纯化学试剂 163

6.4.5 绿色电池材料 163

复习思考题 169

参考文献 169

第7章 重要中间体和产品的绿色合成工艺 172

7.1 概述 172

7.2 重要中间体的绿色合成 172

7.2.1 碳酸二甲酯 172

7.2.2 1,3-丙二醇 179

7.2.3 己二酸 184

7.3 典型产品的绿色合成工艺 189

7.3.1 过氧化氢的绿色合成工艺 189

7.3.2 聚天冬氨酸的绿色合成工艺 192

7.3.3 聚乳酸的绿色合成工艺 193

7.4 绿色工程 195

复习思考题 195

参考文献 195

第8章 二氧化碳的资源化利用与减排绿色过程 197

8.1 全球二氧化碳的排放概况 197

8.1.1 二氧化碳的来源 197

8.1.2 世界各国二氧化碳排放的现状与趋势 197

8.1.3 中国的能源利用和温室气体的排放 199

8.2 二氧化碳的分离和固定 200

8.2.1 二氧化碳的特性 200

8.2.2 二氧化碳的分离技术 201

8.2.3 二氧化碳的固定技术 204

8.2.4 二氧化碳的封存技术 204

8.3 二氧化碳的化学转化原理 206

8.3.1 二氧化碳的结构 206

8.3.2 二氧化碳的活化方法 206

8.4 二氧化碳资源化利用及其实例 209

8.4.1 二氧化碳在无机合成中的应用 211

8.4.2 二氧化碳在有机合成中的应用 214

8.4.3 二氧化碳在高分子材料合成中的应用 216

8.4.4 二氧化碳作为超临界流体技术的应用 217

8.5 二氧化碳的节能减排 224

8.5.1 能源合理利用与环境的可持续发展 224

8.5.2 实施二氧化碳减排的发展对策 225

复习思考题 228

参考文献 229

第9章 生物质利用的绿色化学化工过程 231

9.1 概述 231

9.1.1 生物质的自然状况 231

9.1.2 生物质概念 231

9.1.3 生物质的分类 231

9.1.4 生物质的用途 232

9.1.5 生物质的分布 233

9.1.6 生物质的综合利用 233

9.2 生物质主要成分的性质及分析方法 235

9.2.1 纤维素的物理化学性质 235

9.2.2 半纤维素的物理化学性质 238

9.2.3 木质素的物理化学性质 240

9.2.4 生物质的溶剂体系及规律 242

9.2.5 生物质结构分析方法 243

9.2.6 生物质组成分析方法 247

9.3 生物质主要成分的化学转化原理 248

9.3.1 纤维素组分的化学转化 248

9.3.2 半纤维素组分的化学转化 249

9.3.3 木质素组分的化学转化 251

9.4 生物质组分清洁分离原理及工艺 252

9.4.1 组分分离的基本原理 252

9.4.2 基于蒸气爆破的组分分离过程 253

9.4.3 基于碱过氧化物体系的组分分离过程 254

9.4.4 基于超临界介质体系的组分分离过程 255

9.4.5 基于能量场强化的组分分离过程 255

9.5 生物质化工利用的绿色过程 255

9.5.1 生物质制乙醇 256

9.5.2 生物质制丁醇与丙酮 257

9.5.3 生物质制多元醇 258

9.5.4 生物质制乙酰丙酸 259

9.5.5 生物质制己二酸 259

9.5.6 生物质制氢气 260

9.5.7 基于生物质的功能材料 262

9.6 天然油脂的绿色化学转化过程 264

9.6.1 简介 264

9.6.2 天然脂肪酸（酯）的性质及化学转化原理 265

9.6.3 天然脂肪酸绿色转化典型产品与过程 267

复习思考题 269

参考文献 269

第10章 海洋资源开发利用的绿色化学 272

10.1 海洋资源储量及其利用进展 272

10.1.1 海洋资源储量 272

10.1.2 海洋资源利用进展 273

10.2 从海洋资源中提取和制备食品添加剂 274

10.2.1 海藻多糖 274

10.2.2 鱼肝油 276

10.3 从海洋资源中提取和合成药物 278

10.3.1 甲壳素／壳聚糖的提取及降解 278

10.3.2 海洋药物的全合成 281

10.3.3 从微生物次生代谢产物中提取活性物 281

10.4 从海洋资源中提取稀有元素 283

10.4.1 钾元素 284

10.4.2 溴元素 285

10.4.3 锂元素 285

10.4.4 铀元素 287

10.5 海水淡化 288

10.6 海洋资源开发利用的战略意义和发展对策 290

10.6.1 海洋资源开发利用的战略意义 290

10.6.2 海洋资源开发利用的发展对策 291

复习思考题 291

参考文献 291

第11章 能源工业的绿色化 294

11.1 化石燃料清洁利用技术 294

11.1.1 能源消耗对环境的影响 294

11.1.2 煤的洁净燃烧与高效利用技术 294

11.2 生物质能的研究与开发 301

11.2.1 生物质能利用现状 302

11.2.2 生物质能利用技术 303

11.2.3 生物质能发电 305

11.3 清洁能源的开发利用 308

11.3.1 太阳能 308

11.3.2 风能 310

11.3.3 地热 311

11.3.4 海洋能 312

11.4 可再生能源与可持续发展 314

11.4.1 可再生能源 314

11.4.2 能源可持续利用战略研究 314

复习思考题 316

参考文献 317

第12章 循环经济与生态工业园 319

12.1 生态工业的理论基础 319

12.1.1 生态工业的概念与特点 319

12.1.2 传统工业的两重性 320

12.1.3 工业生态经济系统 320

12.1.4 生态工业的理论依据 320

12.2 循环经济 321

12.2.1 循环经济的产生背景 321

12.2.2 循环经济的基本原则 324

12.2.3 循环经济的典型实例 325

12.2.4 循环经济的实施办法 328

12.3 生态工业园 330

12.3.1 国内外发展概况 330

12.3.2 生态工业园的规划原则及内容 332

12.3.3 生态工业园的构建 333

12.3.4 生态工业园示范项目 334

12.4 发展循环经济，建设和谐节约型社会 338

复习思考题 341

参考文献 341

第13章 化工过程强化技术 343

13.1 概述 343

13.1.1 化工过程强化的起因 343

13.1.2 化工过程强化的概念 343

13.1.3 化工过程强化的起源和发展 344

13.2 多功能反应技术 345

13.2.1 膜催化反应技术 345

13.2.2 催化蒸馏技术 349

13.2.3 悬浮床催化蒸馏技术 350

13.2.4 交替流反应技术 352

13.2.5 磁场稳定流化床反应技术 353

13.3 分离耦合技术 355

13.3.1 反应分离耦合技术 355

13.3.2 膜分离耦合技术 355

13.3.3 吸附蒸馏技术 357

13.4 微化工技术 357

13.4.1 微化工技术的研究 358

13.4.2 微型反应器 358

13.4.3 微化工技术的应用 360

13.4.4 微化工技术的展望 360

13.5 水力空化技术 361

13.5.1 水力空化作用机理 361

13.5.2 水力空化反应器 361

13.5.3 水力空化技术的应用 362

13.6 超重力技术 363

13.6.1 超重力技术简介 363

13.6.2 超重力反应／分离器 363

13.6.3 超重力技术的应用 363

13.6.4 超重力技术展望 364

13.7 超临界流体技术 364

13.7.1 超临界流体技术简介 364

13.7.2 超临界流体技术的应用 365

13.7.3 超临界流体的问题与展望 365

13.8 脉动燃烧干燥技术 366

13.8.1 脉动燃烧干燥系统 366

13.8.2 脉动燃烧干燥技术的特点 367

13.8.3 脉动燃烧干燥技术的应用 367

13.9 基于能量场的强化技术 368

13.9.1 微波技术 368

13.9.2 超声波技术 371

13.9.3 辐射技术 373

13.9.4 等离子体技术 375

13.1 0化工过程强化设备 376

13.1 0.1 静态混合反应器 376

13.1 0.2 整体式反应器 378

13.1 0.3 旋转盘反应器 379

13.1 0.4 振荡流反应器 380

复习思考题 382

参考文献 382

第14章 绿色化学化工过程的评估 384

14.1 绿色化学评估的基本准则 384

14.1.1 绿色化学的12条原则 384

14.1.2 绿色化学的1 2条附加原则 384

14.1.3 绿色化学工程技术的1 2条原则 384

14.2 生命周期评估 385

14.2.1 生命周期评估的含义 385

14.2.2 生命周期评估的步骤 386

14.2.3 生命周期评估的用途 387

14.3 绿色化学化工过程的评估量度 387

14.3.1 化学反应过程的绿色化 388

14.3.2 化学化工过程绿色化的评价指标 389

14.3.3 绿色化学化工过程的评估实施 394

14.4 打造绿色化工，推进绿色发展 400

14.4.1 绿色化工产业的崛起 400

14.4.2 绿色化工产业的内涵 401

14.4.3 绿色化工产业的构建和发展 401

复习思考题 403

参考文献 403