一种新型催化材应用料在绿色化学中的课件.pptVIP

一种新型催化材料在绿色化学中的应用 绿色化学基本概念 催化剂基本概念 一种新型绿色催化反应—一步法制备壬二酸 总结与展望 绿色化学的定义 绿色化学，顾名思义是对环境友好的、无害的、具有可持续发展的化学，通过利用化学原理在化学品的设计、生产和应用中消除或减少有毒有害物质的使用和产生，设计研究没有或只有尽可能少的环境副作用，从而具有一定的技术和经济可行性。 绿色化学的十二条原则 1. 防止污染优于污染治理，防止废物的产生而不是产生后再来处理； 2. 提高原子经济性：合成方法应设计成能将所有的起始物质嵌入到最终产物中； 3. 尽量减少化学合成中的有毒原料、产物：只要可能，反应中使用和生成的物质应对人类健康和环境无毒或毒性很小； 4. 设计安全的化学品：设计的化学产品应在保护原有功效的同时尽量使其无毒或毒性很小； 5. 使用无毒无害的溶剂和助剂：尽量不使用辅助性物质（如溶剂、分离试剂等），如果一定要用，也应使用无毒物质； 6. 合理使用和节省能源，合成过程应在环境温度和压力下进行：能量消耗越小越好，应能为环境和经济方面的考虑所接受； 7. 原料应该可再生而非耗尽：只要技术上和经济上可行，使用的原材料应是能再生的； 8. 减少不必要的衍生化步骤：应尽量避免不必要的衍生过程（如基团的保护，物理与化学过程的临时性修改等）。 9. 采用高选择性催化剂：尽量使用选择性高的催化剂，而不是提高反应物的配料比; 10. 产物应设计为发挥完作用后可分解为无毒降解产物：设计化学产品时，应考虑当该物质完成自己的功能后，不再滞留于环境中，而可降解为无毒的产品; 11. 应进一步发展分析技术对污染物实行在线监测和控制：分析方法也需要进一步研究开发，使之能做到实时、现场监控，以防有害物质的形成; 12. 减少使用易燃易爆物质，降低事故隐患：化学过程中使用的物质或物质的形态，应考虑尽量减少实验事故的潜在危险，如气体释放、爆炸和着火等。 总体来说，绿色化学是从始端就开始预防污染，是一门从源头上阻止污染的化学，其核心目标是实现原子经济性反应和过程的零排放。 绿色化学的研究进展 绿色化学的概念提出后，其研究得到进一步关注。近年来，绿色化学的研究主要是围绕化学反应、原料、催化剂、溶剂和产品的绿色化开展，(如图 1.1)目前已取得较大的进展。 绿色化学与催化 绿色化学的核心是实现反应的原子经济性，催化化学因有效降低反应的活化能，能实现一些在常规条件下不可能进行的反应，并能最大限度地利用资源和能源，提高反应速率、原料的转化率和产物的选择性等，从而实现反应的原子经济性，反应过程的绿色化。 在现代化学工业，目前提供的化学产品有 90%以上是借助于催化过程生产的，其生产总值约占工业生产总值的 25%。因此绿色化学的发展离不开催化作用，而催化剂在催化生产中占有极为重要的地位，高性能结构化催化剂的研制开发，能推进催化化学的发展，有效地促进化学工业技术的绿色化，从而促进绿色化学的发展。 催化剂的分类 依据相结构的不同，催化剂可以分为： 多相催化剂、均相催化剂和生物催化剂。 多相催化剂 多相催化剂又称非均相催化剂，一般为固体催化剂，主要包括固体酸、碱绝缘体氧化物、负载在适当载体上的过渡金属盐类及络合物，半导体型过渡金属氧化物等。采用的载体通常为氧化铝、沸石分子筛、介孔材料、碳纳米管等。 优点：非均相催化剂具有易于与反应体系分离、可重复使用的优势。 缺点：存在选择性相对较差、使用寿命相对较短和反应操作条件苛刻等问题。 均相催化剂 均相催化剂，目前大多是液体的强酸（例如，酯化反应中传统上采用的是浓硫酸催化剂）、强碱、可溶性过渡金属配合物等。 优点：其使用较为简便。 缺点：污染环境、腐蚀设备、危害人体健康以及难以与反应体系分离。 生物催化剂 生物催化剂包括酶催化剂及微生物催化剂。 优点：具有条件温和、转化率高，而且可以合成手性化合物及高分子及化学法难于合成的化合物。 缺点：专一性的催化剂开发和研制的要求较高，使其推广使用受到一定的限制。 W-SBA-15 用于 H2O2/O2氧化油酸一步法制备壬二酸 油酸，又称十八烯酸，属于植物中提炼出来的油酯的下游产品。油酸可经氧化裂解制备壬二酸。壬二酸又叫杜鹃花酸，属中长链二元酸的一种，是重要的有机合成中间体，是合成锦纶 1010 的重要原料。 我国壬二酸生产严重不足，由于工业生产产率较低（30％），主要依赖进口。 油酸氧化裂解制备壬二酸的反应是一类较复杂的非均相反应，大多数反应工艺都采用两步法或三步法，联合使用两种或三种氧化剂，过程比较复杂。比如： 美国的 Emery 公司采用臭氧氧化油酸制得油酸的臭氧化物，再在锰盐的存在下，通氧气使键断裂，进一步氧化成壬酸和壬二酸。 由于O2、H2O2属于绿色氧化剂，因