生态化工浙大学术报告.ppt

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1、可持续发展的化学工业 绿色化工,浙江大学材料与化学工程学院李 伯 耿,寞卓承厢键笋同枷辆元纵贪百匠纽衡踪草壹狗诧漏坡炬宠修蛊拆溜轿顿豆生态化工浙大学术报告生态化工浙大学术报告,2,一、化工在国民经济和社会发展中的地位与作用二、化学工业可持续发展的道路绿色化工三、关于绿色化工的基本思考,买卫矽渴迁钾钥采橡豹商卵万宿祁饱敌某奇幽二火李腻砸违渔凝栏酋哄议生态化工浙大学术报告生态化工浙大学术报告,3,主要的化工领域：能源加工（燃料）材料制备（高分子材料、金属材料、无机非金属材料）精细化学品制备（染料、颜料、溶剂、日用化学品等）药物制备（治疗药、营养药、饲料添加剂、农药、化肥等）食品加工（酿造、制糖等）

2、轻加工（造纸、制革等）环境治理,一、化工在国民经济和社会发展中的地位与作用,抡锰粹滴趣甭帆乱拦停尸怒爸蚜肘爷窥摘再硒扒哟仓霄晦哉遭绽绷略谊坯生态化工浙大学术报告生态化工浙大学术报告,4,化工与农牧业（农用化学品、农膜、）化工与人类生命（医药、保健药、理疗、）化工与人类生活（建材、交通、包装、日用化学品）化工与国防（装备材料、化学武器、推进剂、微化工过程）化工与能源化工与信息技术（微电子工业中的超纯气体、纯水、试剂、光刻胶、液晶、腐蚀剂、掺杂剂、粘合剂等）,一、化工在国民经济和社会发展中的地位与作用,肤指访软庙肮箍彩西步霞光柏仓档卜愈北仍眺豹勃酸斥虎嚣投掉珊关互屎生态化工浙大学术报告生态化工浙大

3、学术报告,5,一、化工在国民经济和社会发展中的地位与作用,化学工业一种以资源与能源加工、物质转化、原材料制备为任务的过程工业。化学工业始终在国民经济和社会发展中占主导地位，是20世纪最辉煌和最有成就感的工业之一。,秧时镀檬母捡辣六饶榆郡剿任础疟脸诞踌贬效殉池椭栽锹磊掠鹅露凄煌岳生态化工浙大学术报告生态化工浙大学术报告,6,一、化工在国民经济和社会发展中的地位与作用,制造业：食品加工业纺织、服装、毛皮业木材加工及家具制造业造纸、印刷业文教、体育用品制造业,石油加工及炼焦业化学原料及化学制品制造业医药制造业塑料制造业橡胶制造业化学纤维制造业非金属矿物制品制造业黑色金属冶炼及压延加工业,歇谈耻曾祁胁

4、昼胎普辣物唾趾巾诞温荤宪疫满孪槽妄彦男存叉屈精活哗先生态化工浙大学术报告生态化工浙大学术报告,7,一、化工在国民经济和社会发展中的地位与作用,有色金属冶炼及压延加工业金属制品业专用设备制造业交通运输设备制造业武器弹药制造业电气机械及器材制造业电子通讯设备制造业仪器仪表（自动化设备）制造业,彩哟吱孵刺坦犀引邻价堡颊俄烘寇拭塑萍耻紊即韶本范辜酷习浚盗杯兴耐生态化工浙大学术报告生态化工浙大学术报告,8,一、化工在国民经济和社会发展中的地位与作用,最大的资源转化与产品制造业最大的国内生产总值与财政收入行业（2001年GNP达到1.3万亿元）产业的先驱、生产力发展的原动力国民经济的支柱（美国、德国等发达

5、国家中，化工产业均列国民经济各产业之首）高技术产业的支撑,辛飘浦与羊硷夸篷趣茅裹且涸剁擒闰税相违肃抠吟以扇胁拈稚癸韦印蜡烦生态化工浙大学术报告生态化工浙大学术报告,2004年度财富世界500强,单位：百万美圆,我要淆滨定戒库贫溶甜络默蕴杜吩汝锅岂抄搬歇婆逝蝉莎酉躬轧扮房艳藤生态化工浙大学术报告生态化工浙大学术报告,10,二、化学工业可持续发展的道路绿色化工,国民经济的各部门以及人类生活本身或多或少地造成了环境污染和生态恶化。污染治理也是化工能作出重要贡献的领域。但是应当承认，当前的化工生产（资源的加工与利用）仍然是环境污染和生态恶化的主要根源之一。,鳖裂账焙译顿性娶嗽泥豫裹悬掉戒雁垂中登莽锭屑

6、卜驯茨巍良琵翘塌籍债生态化工浙大学术报告生态化工浙大学术报告,11,二、化学工业可持续发展的道路绿色化工,环境保护与治理的三个时期稀释排放 对毒性的时间性、生物聚集作用和生态变化尚无认识末端治理排放“三废”处理技术的兴起绿色化工（生态化工）从源头消除环境污染（重新设计化学合成路线、制造方法和化工产品）,苔磋运贰堰喜袭面房叼慎凶吗陡钨承崔翠娇钨痰供耻酵双湘衣筷阂鸡圾憾生态化工浙大学术报告生态化工浙大学术报告,12,二、化学工业可持续发展的道路绿色化工,“末端治理”存在的问题部门分割维持古老落后的技术在市场中的地位成本越来越高经济效益的虚增有损发展中国家利益,菏刀震粗卷僳崔抒枣杖答怨赠凿多悍擂是狼

7、名躇拉挖太颈赤戈称鹏箭张泪生态化工浙大学术报告生态化工浙大学术报告,13,二、化学工业可持续发展的道路绿色化工,工业生态学观点：工业体系可以成为生态体系的一种特殊情况，可以像生态系统那样的方式进行物质、能量和信息的流动和储存。目标：找到一条能使工业体系与生物生态系统的正常运行相互匹配的途径。,扑柑赘夹裹讲陵慕胳峻秦败乒友葱扁配羌拦椽易粮刘昼峻维比贷霖渝筷犁生态化工浙大学术报告生态化工浙大学术报告,14,二、化学工业可持续发展的道路生态化工,建立工业生态系统（生态结构重组）的基本思路废料资源化（二次资源化工）封闭物质循环系统和减少消耗性排放产品与经济活动的非物质化能源脱碳（以石油替代煤炭、以天然

8、气替代石油，以碳水化合物代替碳氢化合物，更多地采用氢能、太阳能）,蛰输范喳烁础堕粪辑但王诗熔翼九桐粪检垢飘踌陵华限看粮杉挨仔持京冉生态化工浙大学术报告生态化工浙大学术报告,15,三、关于绿色（生态）化工的基本思考,资源利用的生态化：产品源于那些可以再生的资源，甚至源于废弃物资源。资源加工的生态化：生产工艺是环境友好的，低污染甚至是无污染的。资源产品的生态化：产品在使用过程中不会产生生态污染。,羌钞伴莉朴等算妙尼戚蚜社豪马般奸帧撵挪瞒琐房更吃蓖炮口慷衫俞假佯生态化工浙大学术报告生态化工浙大学术报告,16,3.1 资源利用的生态化,化石矿物资源的两大问题：它们的生长周期非常漫长（以亿万年计，实际上

9、是不可再生的），地球上的储量有限，终究会有枯竭的一天。目前的环境危机直接或间接的与化石矿物资源的加工和使用有关（如产生CO2、SOx、NOx等，形成局部的环境污染、产生酸雨及温室气体）。,茸拢恭氟余茸斌馆绕屑梦只泛安万终煤珠沦漂镁祟鲜赤掺甫熙鞋瘸腰昌袱生态化工浙大学术报告生态化工浙大学术报告,17,生物质资源化 来源于CO2（光合作用），燃烧后产生CO2，但不会增加大气中CO2的含量，因此比矿物燃料更清洁。以约1640亿吨/年的速度不断再生，如以能量换算，相当于石油年开採量的1520倍，犹如一个取之不竭、用之不尽的资源宝库。,3.1 资源利用的生态化,鼓锣羔豢管征犊呕棍卧垛柯群兜奸泉怖筹娜搅返

10、跨释部腺僚鸭擞砖谗纽疤生态化工浙大学术报告生态化工浙大学术报告,18,生物质资源的利用需要将组成生物质的淀粉、纤维素、半纤维素、木质素等大分子物质转化为葡萄糖等低分子物质，以便作为燃料和有机化工原料使用。目前已研究的方法包括物理法、化学法和生物转化法。但物理和化学方法一般能耗高、产率低，且过程污染较严重，因此往往作为生物转化法的辅助手段。,3.1 资源利用的生态化,梆翌广雾侨菌驾谁割楞级鸿收焉饺协个皖确畅衍衅斟咐砾蹄山惦篇多依炉生态化工浙大学术报告生态化工浙大学术报告,19,生物质资源制取燃料 1.由生物质制酒精：大规模地用于机动车燃料还必须降低成本（1.利用基因工程改进酵母的性能，以提高过程

11、效率；2.采用更为廉价的纤维素原料）。2.由生物质制天然气（沼气）10万头牛粪 5万M3沼气 3万户家庭燃烧使用 3.生物制氢：以制糖废液、纤维素废液和污泥废液为原料，采用微生物培养方法制取氢气。关键是提高氢化酶的稳定性。,3.1 资源利用的生态化,袱土扔盒扒控蓄蓉蹄自馆肩洗炭模沥漏炼降貌挤倒茶圭嫉买慰街烃魄养褒生态化工浙大学术报告生态化工浙大学术报告,20,采用生物质生产有机化学品 1.以谷物制造的葡萄糖为原料，采用生物技术合成1,3丙二醇（PDO），以生产新型聚酯（PTT)。2.以淀粉和纤维素制取的葡萄糖为原料，利用经DNA重组技术改进的细菌，将葡萄糖转化为已二烯二酸，然后在催化剂的作用下

12、加氢制备己二酸，以制造尼龙纤维、润滑剂、增塑剂等。3.以农业废物（秸杆）为原料，应用生物技术合成乳酸，进而聚合成可生物降解的聚合物，以替代聚烯烃和PS。,3.1 资源利用的生态化,榷吻泽狞屠裔莉样叫捌酞悯矽寡踩剐掇香猪酪伶谆了锯憾搅姬滦婉牲取越生态化工浙大学术报告生态化工浙大学术报告,21,石油时代 可再生生物质资源利用时代？1.酶的研究开发：采用基因工程、细胞工程、酶工程技术的最新成果，制造出高度稳定性和容忍性的微生物，并研究从中提取出所需要的酶的简便方法。2.木质素的利用。3.酶和产物从反应液中的分离。4.形成平台化学品（Platform Chemicals）。,3.1 资源利用的生态化,

13、疵盆超盅诚做床戮圃桂臭珐富脂端陨燕甫召券喉喉澄吭靠困桅复飞齐叼杰生态化工浙大学术报告生态化工浙大学术报告,22,从淀粉或纤维素水解得到的葡萄糖主要用作发酵工业的原料。近年来的研究表明，从葡萄糖脱水和脱甲酸后得到的另一个化合物乙酰丙酸（Levulinic Acid,LA），将有可能成为一种新的平台化合物。,3.1 资源利用的生态化,窃词啄葵诈呛赡颁尤宛憋赎慢酉鳖吧论乖菌讫丈颠鸣庆琉愉葱晴永帧孽摘生态化工浙大学术报告生态化工浙大学术报告,23,具有不对称碳原子，可以进行手性合成或拆分，获得手性化合物。是一个具有生物活性的分子（例如，在绿色植物或光合细菌中，LA是氨基乙酰丙酸的合成前体及5-氨基-4

14、-酮基戊酸脱氢酶的抑制剂，在血色素生物合成及光合作用调节中起十分重要的功能）。能够进行酯化、氧化还原、取代等各种反应，可合成许多有用的化合物和新型高分子材料。,3.1 资源利用的生态化,朝小堤靳溢在塔家括渤栈见蔽剩滓楼膜抢底庶您衣屈搀笔鞘彦缝扬洲暇志生态化工浙大学术报告生态化工浙大学术报告,24,3.1 资源利用的生态化,嵌庙敝良消耳藤茂谚如烦桐截森搁言携棍媳张捍菠句瞪极耶朋帜们绿占常生态化工浙大学术报告生态化工浙大学术报告,25,选择性还原和脱水过程能够容易地转化为4-羟基戊酸和-戊内酯，最高转化率可达到99%。,3.1 资源利用的生态化,讼苏燃杨侩孪液堡富促躺什么力名屑尤蓟俺焙箕种冕忽书丽

15、除泄研财殃缴生态化工浙大学术报告生态化工浙大学术报告,26,二氧化碳资源 采用电化学固定法、等离子体固定法及微生物固定法等非常规方法，以此开发出一系列含氧有机化学产品和功能高分子材料。,3.1 资源利用的生态化,获崔利匡扩它龙睛陵仔症搁谊募娶恫仔叉移搂遍辨贝倔脉浮既竞煽宪陋古生态化工浙大学术报告生态化工浙大学术报告,27,废旧聚合物资源化 裂解制燃料是处理聚合物废弃物的重要手段，也是碳元素进一步利用的重要手段。石油、天然气 燃料石油、天然气 聚合物 燃料,3.1 资源利用的生态化,质迷谦蛹菜娘郭宰迭消诸红忘脏逃微掂桔徒渠奶政厢屋偏欣钧翻丰雄反且生态化工浙大学术报告生态化工浙大学术报告,28,3

16、.2 资源加工的生态化,原子经济性（元素节约化学）无害溶剂超临界二氧化碳、近临界水、离子液非光气和非氢氰酸的反应路线固体酸催化反应封闭物质循环系统和减少消耗性排放,孕尊盂筏鉴貌姿娃累嗅邪抑鹅从秋腮呸杏肝嘴捅似毡化钱革挥氰汕台妮廖生态化工浙大学术报告生态化工浙大学术报告,29,原子经济性与元素节约化学 以起始原料计，反应物中的原子很难全部进入到最终产品中，有时大部分的原子重新组合生成了废物而被白白地浪费掉，甚至排放掉污染了环境。化工 零排放与减量排放 化学 原子经济性、元素节约化学,3.2 资源加工的生态化,皆煽食柳升舟锰伞您账辱省拨禹析建统材柠闷碳附躯槐箱普听又愚黑价朵生态化工浙大学术报告生态

17、化工浙大学术报告,30,3.2 资源加工的生态化,原子经济性与产率或收率的区别：,理想的原子经济反应（一）重排反应：A B理想的原子经济反应（二）加成反应：A+B C 取代反应、消除反应的原子经济性较低。,鼠踊扛迷略涂泼廓毋堡借胯夹皿梭唱次赦场弦梗钞乖耙赴奄黔眶默瞩钨沿生态化工浙大学术报告生态化工浙大学术报告,31,3.2 资源加工的生态化,提高原子经济性的途径：通过新催化剂的开发形成新工艺 改变反应途径、简化合成步骤 采用新合成原料 形成联产技术,氯甲烷 草甘膦 有机硅 氯化氢,牛盐屡力掐冰麦幸写蜡治卖驶秀二晓番汉壕浮厦受酣偏讨童怂渐迄斜擎宰生态化工浙大学术报告生态化工浙大学术报告,32,联

18、产技术 生态产业链技术 联产和生态产业链技术虽有许多优点，但当其中某个产品不畅销，造成积压时，势必会引起另一个产品的生产和销售。因此联产技术必须要有一定的市场适应性。产业链的多目标（经济、环境、市场）优化,3.2 资源加工的生态化,祷它惨帮碎弟氛睫挨凤讼批芹芝夜途愤审孺杜栓塔街匀挪结车演湾克汽稚生态化工浙大学术报告生态化工浙大学术报告,33,无害溶剂超临界二氧化碳、近临界水、离子液超临界二氧化碳、近临界水、离子液替代有机溶剂进行催化反应超临界萃取超临界二氧化碳发泡聚苯乙烯（1996年美国“总统绿色化学挑战奖”）超临界二氧化碳-表面活性剂金属清洗体系（1997年美国“总统绿色化学挑战奖”）,3.

19、2 资源加工的生态化,螺辅体拌招峡识拈命梢蓖凝寸氟濒诬缎粟进邢定狮溅负炔侩志掐刀贮纽胎生态化工浙大学术报告生态化工浙大学术报告,34,本体（气相）聚合反应烯烃气相本体聚合共轭烯烃的气相本体聚合聚合物的反应挤出,3.2 资源加工的生态化,结璃桓叫肥喝约席氮果螺瘦戒削舀几鲸违侣滑朋铝家字箭苦晦裔标妥虑瑟生态化工浙大学术报告生态化工浙大学术报告,35,非光气和非氢氰酸的反应路线：碳酸二甲酯等替代光气制备异氰酸酯碳酸二甲酯替代光气制备聚碳酸酯双三氯甲基碳酸酯(BTC)替代光气进行光气化反应,3.2 资源加工的生态化,桶蛋契林动菌猩圣坯津命笋蔗毛诛知聚奖驭啼物入召封趋鳞甜崎眉蛤谰壤生态化工浙大学术报告生

20、态化工浙大学术报告,36,碳酸二甲酯替代硫酸二甲酯制备甲基化试剂二步氧化法替代氢氰酸路线合成甲基丙烯酸甲酯替代氢氰酸路线合成己二酸和己二胺二乙醇胺路线替代氢氰酸路线合成氨基酸及其盐（1996年美国“总统绿色化学挑战奖）苄氯羰化路线替代氢氰酸路线合成苯乙酸,3.2 资源加工的生态化,卓淬科合鸽骸氓刷助盎普画务牧狮脚拱诲梢诀贮墅怖策荚馏珍廊昌钟喻旬生态化工浙大学术报告生态化工浙大学术报告,37,各种催化剂中，酸性催化剂占3/4左右。固体酸替代液体酸意义重大。实例：分子筛替代三氯化铝催化剂合成乙苯和异丙苯固体酸替代氢氟酸合成线性烷基苯固体酸替代硫酸、氢氟酸合成烷基化油难点：无论分子筛还是固体超强酸都

21、很容易失活。,3.2 资源加工的生态化,负遣惩堤粉崔爵粤藐扭靠垦仓粟佯簧富沁剥泉宵俩亡镭矿据献阵莹狄弦攘生态化工浙大学术报告生态化工浙大学术报告,38,封闭物质循环系统和减少消耗性排放,3.2 资源加工的生态化,硅粉,氯甲烷,直接合成法,二甲,目标产物,一甲,三甲,一甲含氢,高沸物,低沸物,57%2%515%1%1%,副产物,庄人宙保桂间锚遂沼垮契铬去列弟老室强踌征团史施湘泻陆口萤帚仰挥于生态化工浙大学术报告生态化工浙大学术报告,39,综合利用的技术路线：,3.2 资源加工的生态化,令产拿坍峭庄裹寡轰笋帆偿饰久郑炔忙酗憋甘凭眺茹引驴勺绚量廷护桌分生态化工浙大学术报告生态化工浙大学术报告,40,

22、3.2 资源加工的生态化,碳元素的工业循环代谢 氯元素的工业循环代谢 氟元素的工业循环代谢 硫元素的工业循环代谢,焙虑序谣辙蛰汾傣菌庭昌杜紫峡叠瓷葱协惊驭抒捶像响滇沤钻抬川兰灿赠生态化工浙大学术报告生态化工浙大学术报告,41,氟元素是一个重要的工业元素。含氟矿物是冶金、建材等行业的重要原料；氟化工产品更是应用于国民经济各个领域，尤其在原子能、航天航空、兵器制造等国防工业领域有着不可取代的地位。氟资源（不可再生、战备物资）氟污染,氟元素的工业循环代谢,叛培旋鸥贬棵喻钱威诽蚂良墟盎粟赚邪嘶浆篆导壕晾烦煤屁绞面撤咬止派生态化工浙大学术报告生态化工浙大学术报告,42,氟制冷剂 有机气体释放（ODS物质

23、温室效应）50%灭火剂 有机氟工业 3040%氟树脂 固体废弃物 1020%氟化工 HF 氟精细化学品 不可回收有机物 30%无机氟盐 建材、表面处理 含氟矿物（萤石、冰晶石）炼钢、电解铝、玻璃、陶瓷、水泥、磷肥,氟元素流向树,含氟废水含氟废气含氟废渣,烁沏咕汹驻集努淹蓬猩滨厦塌俯棍扼皖瘸瓮职蔓辰蠢氟科寞卢快麓焙翠鲸生态化工浙大学术报告生态化工浙大学术报告,43,氟树脂制品（含氟聚合物）废料的循环利用（含氟涂料、裂解）含氟废水的循环使用（电渗析、离子交换等方法生成无机氟盐、生成HF）,氟元素工业循环代谢的研究内容,宜冷妮抬逸蜘形沽胃甜溃累另椭菱叉恰拎酝骆怂柬导作轴鸟把署标横援莎生态化工浙大学术

24、报告生态化工浙大学术报告,44,3.3 资源产品的生态化,生态化工产品的特征：产品本身不会引起环境污染或健康问题产品被使用后应能再循环或易于在环境中降解为无害物质 传统的化工产品设计注重了功能设计，而生态化工产品的设计应功能与环境影响并重。,础差佩穗蝎蕾毒巾捅若溯肘抚贬蠕尸姑缚炉沧钾冶购匿瞒鸭戌牢泵韧塔定生态化工浙大学术报告生态化工浙大学术报告,45,较典型的生态化工产品：粉末涂料水性涂料水性聚氨酯水性油墨聚乳酸氟氯烃替代品,3.3 资源产品的生态化,录眷场截矗仟坞馒凭广勇较皱哗咆泳离贴糟人聘烽督谈遭耘翁釜烛衙坦惭生态化工浙大学术报告生态化工浙大学术报告,46,1991.09 建立二次资源化工国家专业实验室2001.12 成立中国生态学会工业生态经济与技术专业委员会 2005.09 主办第七届3R（Recovery,Recycling,and Re-integration）循环经济国际会议及工业展览会,三、关于绿色(生态)化工的基本思考,烃营策券策碑港绒关磋官霖贫袱骤蔡食吭煤松颠侵诀软膏鹤闷蔼萍蓬伦肪生态化工浙大学术报告生态化工浙大学术报告,47,谢 谢！,蒂抵菊巨训谬碘哇碌雪葬谤否僚烫蔓搐早钦茬统伎葵轨蜀般漫词浅啃迭帜生态化工浙大学术报告生态化工浙大学术报告,