綠色化學與工程

前言

第二次世界大戰(zhàn)后，工業(yè)化得到了迅猛的發(fā)展，卻很少關注其對環(huán)境、動植物和人類的安全與健康的負面影響。這導致了現(xiàn)在的全球變暖、阻擋有害紫外線的臭氧層的破壞以及由于大量排放有毒化學品造成的對土地與水體系的污染，還有不可再生資源，如石油的大量消耗、由于酸雨導致的森林覆蓋率的減少，以及持續(xù)嚴重的健康問題和工業(yè)事故，導致人們生命與財產(chǎn)的損失。“京都協(xié)議書”是由180多個國家共同簽署的一份旨在限制和減少溫室氣體排放的文件。目標是減少42％的溫室氣體排放、使用可再生能源達22％、把因放牧等產(chǎn)生甲烷的量減少22％。能源使用效率提高12％，由石油轉化為天然氣的量為2％。美國和澳大利亞直到2006年11月之前還拒絕談判和簽署該協(xié)議。歐盟15個國家已經(jīng)同意到2012年，把溫室氣體的排放量比1990年時減少8％，但到2006年10月的時候，該值僅減少了0．6％。更糟糕的是，目前還有一些歐洲國家的溫室氣體的排放量仍然是增加的。工業(yè)界對綠色化學是很感興趣的，主要因為可以減少能耗、增加產(chǎn)量和使用更廉價的原材料以降低成本和提高效益。工業(yè)界對提高安全性、健康和工作條件均有濃厚的興趣，這也是他們對來自立法和類似非政府組織（NGO）及其他勞工組織壓力的反應。對過程的持續(xù)改進是相對易于進行的，而對過程的重大改進則要求對硬件和設備進行較大的改造，這需要大量的投資，工業(yè)界是比較猶豫的。工業(yè)強化也要求更換舊的并使用新的設備，同樣也需要大量的資金。替代能源目前與以石油為基礎的工業(yè)相比仍缺乏競爭力，盡管已經(jīng)有一些領域開始應用可再生能源，但仍不是主流。廢物處理目前似乎已經(jīng)開始成為政府控制污染的主體。另一方面，在源頭阻止或減少廢物的產(chǎn)生對他們也是很有吸引力的。與工業(yè)界關注利潤和成本降低相比，政府更多關注的是更廣泛的問題和長期的社會效益。綠色化學包括減少和／或消除化工過程中的有害物質的使用，包括原料、試劑、溶劑、產(chǎn)物和副產(chǎn)物，以及使用可再生原材料和能源用于制造業(yè)。本書重點多學科交叉論述綠色化學技術在化學中的應用。衡量“綠色”也是一個挑戰(zhàn)，本書也進行了多方位的討論，對普通標準的不同過程進行了對比研究。第2章重點討論了可減少原材料／溶劑使用、溫和操作條件、少廢物副產(chǎn)物等的新奇和革新性的合成技術。異相催化可提供溫和與高效的環(huán)境。它們優(yōu)于采用等化學計量的均相催化反應，因其可以減少副產(chǎn)物和廢物的產(chǎn)生。第4章討論了生物催化的過程在綠色化學中的應用。生物催化的反應簡單，可把多步反應集中于一步完成，環(huán)境清潔與友好。甚至一些傳統(tǒng)化學合成難以實現(xiàn)的合成也可以使用生物催化順利地進行。

內容概要

綠色化學關注的是化學家和化工工程師可采用的，旨在減少廢物產(chǎn)生，并發(fā)展更原子經(jīng)濟性，能量高利用效率，和對環(huán)境敏感的產(chǎn)品和過程的科學與技術。綠色化學的一個關鍵目標是更資本高效，在綠色化的過程中，這不但會使過程更加節(jié)省投資。而且還可減少對環(huán)境的廢物排放和污染危害。    本書描述了綠色化學背后的科學與工程原則，探討了使用新的制造條件，如使用更靈巧的有機臺成技術和過程，達到更高的原子經(jīng)濟性并最終調節(jié)化工過程的影響。

作者簡介

Mukesh Doble是印度理工學院生物技術系的教授。他曾發(fā)表了110篇技術論文、編寫了4本書、申請3項專利，是美國和印度化工研究所的成員。他曾獲得印度化工研究所頒發(fā)的Herdillia獎。
    他畢業(yè)于印度理工學院，獲得工學學士學位，之后在英國Aston大學獲得博士學位，并在劍橋大

書籍目錄

前言關于作者1  簡介  綠色化學的定義  綠色化學12原則  世界各國對綠色化學的關注  綠色化學專家系統(tǒng)  如何實踐綠色化學  綠色化學引起的交互作用  專利概覽  綠色化的標定  安全和危險指數(shù)  質量和能量指數(shù)  逐級實現(xiàn)  可持續(xù)過程指數(shù)  結論  參考文獻2  新合成方法  簡介  微波在合成中的應用  電-有機合成方法  高效低成本合成方法  結論  參考文獻  附錄2.1  參考文獻  附錄2.2  參考文獻3  催化和綠色化學  催化和綠色化學  結論  參考文獻4  生物催化：綠色化學  簡介  工業(yè)應用方面的優(yōu)勢  生物催化工業(yè)化的挑戰(zhàn)  過程設計  未來的趨勢  參考文獻5  替代溶劑  安全溶劑  綠色溶劑  水作為溶劑  無溶劑條件  離子液體  結論  參考文獻6  過程和實施  工業(yè)實踐  反應  反應器設計  微混合器  單元操作  反應性分離操作  其他新型反應器設計  過程集成  結論  參考文獻7  替代能源  溫室氣體  再生能源  再生能源的未來資源  結論  參考文獻8  內在安全性  內在安全設計的沖突  結論  參考文獻9  工業(yè)實例  制藥工業(yè)與綠色化學  聚合工業(yè)  殺蟲劑、防污劑和除草劑  溶劑和綠色化學  商品和香料工業(yè)  馬來酸酐制造業(yè)  螯合劑  表面活性劑工業(yè)  工業(yè)綠色化需要的支持  半導體制造業(yè)  染料工業(yè)  紡織工業(yè)  制革業(yè)  制糖和釀酒業(yè)  制漿和造紙業(yè)  制藥工業(yè)  結論  參考文獻10  結論與未來發(fā)展趨勢  能源  過程強化  生物技術：解決所有的問題  對未來的預測  結論  參考文獻索引

章節(jié)摘錄

插圖：primary requisites to green chemical processes. A classic exampleto highlight the importance of the synthetic scheme can be under-stood by analyzing the two divergent synthetic schemes developedfor the synthesis of tropinone, a precursor of an alkaloid atropine,a close analogue of the well-known local anesthetic "cocaine" （seeFig. 2.31. Richard Willst/itter achieved the first synthesis of tropinonein 1901 （see Fig. 2.4）. At that time, structure determination wasnot always equivocal, and final proof could only be established byunambiguous synthesis of the compound with the suspected struc-ture followed by comparison with an authentic sample of thenatural product. Thus, synthesis was often a matter of utilitariannecessity rather than the creative, elegant art form illustrated bythe work of many of the great synthetic chemists such as Wood-ward and Corey. Willstiitter's preparation of tropinone is a competent but longsynthesis that demonstrates one of the fundamental difficultiesinvoiced in the preparation of complex organic molecules. Althoughthe individual steps in the synthesis generally give good to excel-lent yields, there are many steps, which means that the overallyield becomes diminishingly small, of the order of 1％. As a result,the early steps in the synthesis have to be carried out on inconve-niently large quantities of material and, despite this, usually haveto be repeated several times in order to obtain sufficient materialto carry out the later stages on an acceptable scale. In 1917, Rob-inson approached the synthesis in a totally radical way. Tropinonewas obtained by condensation of succinaldehyde with acetone andmethylamine in aqueous solution （see Fig. 2.5）.

編輯推薦

作為一本工程師的真正指導用書，《綠色化學與工程》為致力于實踐的工程師，技術人員和科學家提供了詳細的理論背景的支持。特別是對醫(yī)藥、化學工程和過程工程的關注，更是《綠色化學與工程(導讀版)(精)》的一大特色。 《綠色化學與工程(導讀版)(精)》要求讀者具備一些有機化學，無機化學及化工原理等方面的基礎知識。適臺化學、化工、環(huán)境科學、生物技術等專業(yè)高年級本科生、研究生、工程師乃至化學工作者與科學家閱讀。

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