綠色化學(xué)是21世紀(jì)化學(xué)學(xué)科發(fā)展的重要方向之一，是當(dāng)今國際化學(xué)科學(xué)研究的前沿。綠色化學(xué)是利用化學(xué)的技術(shù)和方法去設(shè)計(jì)合成對人類健康、社會安全、生態(tài)環(huán)境無害的化學(xué)品及其工藝。它是從源頭上消除污染的化學(xué)，從根本上確�；で鍧嵣a(chǎn)，從而使對環(huán)境的治理從治標(biāo)轉(zhuǎn)向治本，對環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會的和諧發(fā)展具有重要的意義。本書以綠色化學(xué)基本原理、原料的綠色化、過程的綠色化、產(chǎn)品的綠色化及能源的綠色化為主線，分別介紹了綠色化學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展，綠色化學(xué)的概念、原理、方法、應(yīng)用及主要研究動向等內(nèi)容，并結(jié)合實(shí)際，重點(diǎn)介紹了綠色化學(xué)品實(shí)例。全書分七章，主要包括緒論、綠色化學(xué)基本原理、綠色化學(xué)研究內(nèi)容和任務(wù)、綠色化學(xué)品的設(shè)計(jì)原理及應(yīng)用、綠色有機(jī)合成方法和技術(shù)、綠色化工生產(chǎn)技術(shù)、綠色能源。本書內(nèi)容豐富，選材新穎，注意理論聯(lián)系實(shí)際，注重知識創(chuàng)新，論述前后呼應(yīng)，有較強(qiáng)的科學(xué)性、系統(tǒng)性和知識性。本書在附錄中列出了美國總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)項(xiàng)目及內(nèi)容，可使讀者更深入地了解綠色化學(xué)的實(shí)用性。本書可作為化學(xué)、化工、環(huán)境及制藥等領(lǐng)域的研究生、本科高年級學(xué)生教學(xué)用書，亦可供相關(guān)科研、管理、生產(chǎn)人員和愛好者閱讀參考。
化學(xué)品極大地豐富了人類的物質(zhì)生活，提高了生活質(zhì)量，并在控制疾病、延長壽命，增加農(nóng)作物品種和產(chǎn)量，食物的儲存和防腐等方面起到了重要作用。但在生產(chǎn)、使用這些化學(xué)產(chǎn)品的過程中也產(chǎn)生了大量的廢物，污染了環(huán)境，目前全世界每年產(chǎn)生的3億～4億噸危險(xiǎn)廢物(我國化學(xué)工業(yè)排放的廢水、廢氣和固體廢物分別占全國工業(yè)排放總量的22.5%、7.82%、5.93%)，給人類帶來了災(zāi)難，所以，在當(dāng)今社會只要一提起化學(xué)，很多人都會緊皺雙眉。然而只要留心觀察和仔細(xì)思考一下，化工科技的進(jìn)步實(shí)則為人類帶來了巨大益處，如醫(yī)藥工業(yè)的發(fā)展有助治愈不少疾病，延長人類的壽命；聚合物材料的進(jìn)步創(chuàng)造新的制衣材料和建筑材料；農(nóng)藥化肥的發(fā)展，控制了蟲害，提高了糧食的產(chǎn)量。由此可見，我們的衣食住行和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展樣樣都離不開化學(xué)的幫助，可以毫不夸張地說，人類的生活離不開化學(xué)的發(fā)展。但是，傳統(tǒng)化學(xué)工業(yè)給人類環(huán)境帶來了十分嚴(yán)重的污染，引起了社會各界的關(guān)注。解決這一矛盾已成為21世紀(jì)人類環(huán)境問題的科學(xué)挑戰(zhàn)。今天，研究人員正努力探討各種物質(zhì)對環(huán)境造成的影響及研究怎樣清除污染，應(yīng)付各種環(huán)境問題。為此，化學(xué)家已提出綠色化學(xué)概念，提倡綠色化學(xué)和綠色生產(chǎn),通過防止污染、治理污染的方法來消除環(huán)境污染，使化學(xué)成為環(huán)境的朋友。綠色化學(xué)與技術(shù)已經(jīng)成為世界各國政府關(guān)注的最重要的問題與任務(wù)之一。本書以綠色化學(xué)基本原理、原料的綠色化、過程的綠色化、產(chǎn)品的綠色化及能源的綠色化為主線，分別介紹了綠色化學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展，綠色化學(xué)的概念、原理、方法、應(yīng)用及主要研究動向等內(nèi)容。并結(jié)合實(shí)際，重點(diǎn)介紹了綠色化學(xué)品實(shí)例。本書第一章由劉興利編寫，第二章由鐘瑩編寫，第三章由易文婧編寫，第四章由何帥及李清寒編寫、第五章及附錄由李清寒編寫，第六章由陳峰編寫，第七章由李新瑩編寫，全書由李清寒及趙志剛統(tǒng)稿。由于綠色化學(xué)是一門新興的交叉學(xué)科，涉及的知識面較廣，而我們的知識水平和經(jīng)驗(yàn)有限，再加之編寫倉促，不妥之處在所難免，敬希各位讀者批評指正。感謝西南民族大學(xué)教育教學(xué)改革項(xiàng)目(No.2013YB17)提供的支持。編者2016年7月
第一章
緒論
第一節(jié)化學(xué)與環(huán)境問題1
第二節(jié)化學(xué)與人類健康問題4
第三節(jié)化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展問題5
一、傳統(tǒng)化學(xué)工業(yè)與傳統(tǒng)發(fā)展觀5
二、綠色化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展觀6
第四節(jié)綠色化學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展6
第五節(jié)綠色化學(xué)的基本概念與內(nèi)涵8
一、綠色化學(xué)的內(nèi)涵8
二、綠色化學(xué)與環(huán)境保護(hù)的差異9
三、綠色化學(xué)與傳統(tǒng)化學(xué)的差異9
四、綠色化學(xué)與清潔生產(chǎn)9
五、大力發(fā)展綠色化學(xué)10
第六節(jié)綠色化學(xué)教育11
一、構(gòu)建綠色文化11
二、實(shí)施綠色生產(chǎn)13
三、倡導(dǎo)綠色消費(fèi)14
四、培養(yǎng)綠色化學(xué)人才14
參考文獻(xiàn)15
第二章
綠色化學(xué)基本原理
第一節(jié)化學(xué)反應(yīng)中的原子經(jīng)濟(jì)性16
一、原子經(jīng)濟(jì)性概念16
二、原子利用率與產(chǎn)率的區(qū)別16
三、環(huán)境因子與環(huán)境商18
第二節(jié)綠色化學(xué)十二原則19
一、防止污染產(chǎn)生優(yōu)于污染治理19
二、原子經(jīng)濟(jì)性20
三、無害化學(xué)合成22
四、設(shè)計(jì)安全化學(xué)品24
五、采用安全的溶劑和助劑25
六、盡可能提高能源的經(jīng)濟(jì)性28
七、盡可能利用可再生資源來合成化學(xué)品29
八、盡量減少衍生物生成30
九、盡量采用高選擇性的催化劑30
十、設(shè)計(jì)可降解的化學(xué)品31
十一、發(fā)展預(yù)防污染的實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)31
十二、盡量使用安全的化學(xué)物質(zhì)，防止化學(xué)事故的發(fā)生32
參考文獻(xiàn)33
第三章
綠色化學(xué)研究內(nèi)容和任務(wù)
第一節(jié)設(shè)計(jì)更安全的化學(xué)品35
一、用甲苯代替苯36
二、更安全羧酸的設(shè)計(jì)36
三、可降解的海洋船舶防污劑36
第二節(jié)尋找綠色原料和試劑37
一、原料的綠色化學(xué)評價(jià)37
二、綠色原料碳酸二甲酯的合成與應(yīng)用38
三、二氧化碳的利用42
四、生物質(zhì)資源的利用43
五、綠色氧化劑的利用45
第三節(jié)選擇合適的反應(yīng)條件48
一、綠色溶劑48
二、無溶劑有機(jī)合成54
三、高效催化劑54
第四節(jié)設(shè)計(jì)理想的合成路線65
一、開發(fā)原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)65
二、提高合成反應(yīng)的原子經(jīng)濟(jì)性的途徑66
第五節(jié)尋找新的轉(zhuǎn)化方法69
一、催化等離子體方法69
二、電化學(xué)方法69
三、光化學(xué)及其他輻射方法69
參考文獻(xiàn)70
第四章
綠色化學(xué)品的設(shè)計(jì)原理及應(yīng)用
第一節(jié)設(shè)計(jì)安全有效化學(xué)品的一般原則71
一、外部效應(yīng)原則71
二、內(nèi)部效應(yīng)原則72
第二節(jié)設(shè)計(jì)安全有效化學(xué)品的方法73
一、毒理學(xué)分析及相關(guān)分子設(shè)計(jì)74
二、已知毒性機(jī)理與安全化學(xué)品的設(shè)計(jì)77
三、已知構(gòu)效關(guān)系與安全化學(xué)品的設(shè)計(jì)80
四、等電排置換與安全化學(xué)品的設(shè)計(jì)82
五、生物利用率(度)最小化與相關(guān)分子設(shè)計(jì)85
六、用具有相同功效而無毒的物質(zhì)替代有毒有害物質(zhì)87
七、減少有毒輔助物品的使用87
第三節(jié)設(shè)計(jì)可生物降解的化學(xué)品88
一、生物降解的細(xì)菌基礎(chǔ)與降解途徑89
二、化學(xué)結(jié)構(gòu)與生物降解性90
三、基團(tuán)貢獻(xiàn)法預(yù)測生物降解能力91
四、設(shè)計(jì)可生物降解化學(xué)品的例子92
第四節(jié)設(shè)計(jì)對水生生物更加安全的化學(xué)品94
一、利用構(gòu)效關(guān)系預(yù)測對水生生物的毒性95
二、物質(zhì)結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)對水生生物毒性的影響96
三、分子結(jié)構(gòu)修飾降低對水生生物的毒性99
四、設(shè)計(jì)對水生生物安全的化學(xué)品例子100
第五節(jié)綠色化學(xué)產(chǎn)品的例子106
一、綠色農(nóng)藥106
二、綠色涂料108
三、綠色表面活性劑109
四、綠色活性染料110
五、綠色制冷劑111
六、綠色可降解聚合物111
參考文獻(xiàn)112
第五章
綠色有機(jī)合成方法和技術(shù)
第一節(jié)組合化學(xué)113
一、組合化學(xué)原理113
二、組合化學(xué)的基本要求114
三、組合化學(xué)的研究方法114
第二節(jié)手性技術(shù)121
一、手性和手性分子121
二、不對稱催化合成122
第三節(jié)無溶劑反應(yīng)124
第四節(jié)微波輻射技術(shù)125
一、微波作用機(jī)理125
二、微波在化學(xué)合成上的應(yīng)用126
第五節(jié)超聲化學(xué)130
一、超聲波的作用機(jī)理130
二、超聲化學(xué)的主要應(yīng)用領(lǐng)域130
第六節(jié)電化學(xué)合成134
一、有機(jī)電合成的原理135
二、有機(jī)電合成的新方法135
三、有機(jī)電合成的應(yīng)用136
第七節(jié)光化學(xué)合成137
一、光化學(xué)反應(yīng)的基本原理138
二、光化學(xué)反應(yīng)的特點(diǎn)138
第八節(jié)膜技術(shù)141
一、膜分離技術(shù)141
二、膜催化技術(shù)143
三、膜化學(xué)反應(yīng)器144
第九節(jié)生物技術(shù)145
一、生物技術(shù)及其發(fā)展145
二、生物技術(shù)的分類和應(yīng)用145
第十節(jié)等離子體技術(shù)148
一、電子回旋共振等離子體148
二、射頻感應(yīng)耦合等離子體149
三、螺旋波等離子體149
參考文獻(xiàn)150
第六章
綠色化工生產(chǎn)技術(shù)
第一節(jié)清潔生產(chǎn)的概念和內(nèi)容151
一、清潔生產(chǎn)的概念151
二、清潔生產(chǎn)的內(nèi)容151
第二節(jié)清潔生產(chǎn)的途徑152
一、產(chǎn)品的生產(chǎn)規(guī)模153
二、原料的選擇153
三、原料的綜合利用154
四、清潔生產(chǎn)工藝的開發(fā)154
第三節(jié)無機(jī)物清潔生產(chǎn)工藝159
一、磷肥的清潔生產(chǎn)工藝159
二、燒堿的清潔生產(chǎn)工藝162
三、鉻酸酐的清潔生產(chǎn)工藝162
第四節(jié)有機(jī)物清潔生產(chǎn)工藝163
一、苯甲醛的清潔生產(chǎn)工藝164
二、對苯二甲酸二甲酯氧化回收利用164
第五節(jié)精細(xì)化學(xué)品清潔生產(chǎn)工藝165
一、3,5-二氯苯胺的清潔生產(chǎn)166
二、碳化硅晶須的清潔生產(chǎn)166
第六節(jié)綠色化學(xué)評估167
一、綠色化學(xué)評估的基本準(zhǔn)則167
二、生命周期評估168
三、綠色化學(xué)化工過程的評估量度170
參考文獻(xiàn)178
第七章
綠色能源
第一節(jié)新能源分類及發(fā)展180
一、新能源分類180
二、我國新能源利用發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢181
第二節(jié)清潔燃料183
一、清潔汽油183
二、天然氣及液化石油氣184
三、二甲醚185
第三節(jié)氫能185
一、制氫工藝186
二、貯氫方法188
第四節(jié)太陽能和風(fēng)能189
一、太陽能189
二、風(fēng)能193
第五節(jié)生物質(zhì)能源194
一、生物質(zhì)能源的特點(diǎn)194
二、生物質(zhì)能源的分類195
三、生物質(zhì)能源利用技術(shù)196
第六節(jié)海洋能197
第七節(jié)地?zé)崮?97
參考文獻(xiàn)198
附錄
美國總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)
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