绿色化学化工技术全解

绿色化学与化工
绿色化学与化工导论
翟翠萍
翟翠萍
第六章 绿色化学化工技术

生物技术 催化技术 高级氧化技术 膜技术 微波技术 超声技术 等离子体技术 高能辐射加工技术 超临界流体技术
生物技术

生物技术：是应用生物学、化学和工程学的 基本原理，依靠生物催化剂的作用将物料进 行加工，以生产有用物质或为社会服务的一 门多学科综合性的科学技术。
基因工程：也称遗传工程，主要是基 因重组技术，即是按照人们的要求将 目的脱氧核糖（DNA）片段在离体条 件下用工具酶剪切、组合和拼接，再 将其引入宿主主细胞复制和表达，达 到改性生物特性，生产出具有所需性 状的产品的技术。
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催化技术

催化剂是化学工艺的基础,是使许多化学反应 实现工业应用的关键,目前大多数化工产品的 生产均采用了催化反应技术。


根据所用氧化剂及催化条件，可分为六大类：





（1）化学氧化法； （2）化学催化氧化法； （3）湿式氧化法； （4）超临界水氧化法； （5）光化学氧化法和光化学催化氧化法 （光降解法）； （6）电化学氧化还原法。





化学氧化法是利用化学氧化剂的强氧化性，将废水中的无机 物和有机物彻底氧化成无毒的小分子物质或气体，从而达到 处理的目的。 化学催化氧化法是在传统的湿式氧化处理工艺中，加入适宜 的催化剂以降低反应所需的温度与压力，提高氧化分解能力， 缩短反应时间，防止设备腐蚀和降低成本。 湿式氧化技术是在高温高压的条件下，以空气中的O2为氧 化剂，在液相中将有机污染物氧化为CO2和H2O等无机小分 子或有机小分子的化学过程。 超临界水氧化法的主要原理是利用超临界水作为介质来氧化 分解有机物。 光降解反应通常是指有机物在光作用下，逐步氧化成小分子 中间产物，最终形成CO2、H2O及其他离子如NO3－、PO43－、 卤素等。 电化学氧化法是使污染物在电极上发生直接的电化学反应， 或者利用电极表面产生的强氧化性活性物种使污染物发生氧 化还原反应，生成无害物的过程。前者叫直接电化学反应， 后者叫间接电化学反应。
膜技术

膜技术通常包括膜分离技术和膜催化技术。 膜的分类： 按化学组成可分为：无机膜和有机高分子膜； 按结构可分为对称膜（单层膜）和不对称膜（多层复 合膜）； 按用途可分为分离膜和膜反应器。

膜分离技术优点：成本低、能耗少、效率高、无污染、 可回收有用物质等; 膜催化反应优点：可以“超平衡”地进行,提高反应的 选择性和原料的转化率 ,节省资源,减少污染。
绿色化学中的催化技术






采用安全的固体催化剂如分子筛、杂多酸等，替代有害的液 体催化剂（如HF、HNO3、H2SO4），简化工艺过程，减少 三废的排放量。 合成化学中采用择型的大孔分子筛作催化剂。 在精细化工生产中，采用不对称催化合成技术，得到光学纯 手性产品，减少有害原料和有毒产物。 采用茂金属催化剂合成具有设计者所要求的物理特性的高分 子烯烃聚合物。 药物合成中采用超分子催化剂，并进行分子记忆和模式识别。 用生物催化法除去石油馏分中的硫、氮和金属盐类。 有机合成中采用生物催化法，减少三废的产生。 在合成化学中，更多采用环境相容性的电催化过程。 在固定和移动能源中采用催化燃烧法，作为无污染动力。 合成酶应用与燃料和化工过程。 在同一体系中，采用酶、无机和金属有机催化剂，进行增效 的多功能催化反应。 在环境-经济更密切结合的反应和产品的分离中，广泛应用 膜技术与多功能催化反应器。
高级氧化技术(AOPs)
AOPs主要包括 O3/UV(紫外线)法、UV 固相催化剂法、 H2O2/ Fe2+ 法、O3/ H2O2法等。其原理是反应中产生氧化能力 极强的· OH,· OH能够无选择性地氧化水中的有机污染物,使之完 全矿化为CO2和H2O。 优点： 通过反应产生羟基自由基（•OH），该自由基具有极强的氧 化性，能够将有机污染物有效地分解，甚至彻底地转化为无害 的小分子无机物，如CO2、N2、O2和H2O等。 反应时间短、反应过程可以控制、对多种有机污染物能全部 降解等。 缺点：主要是处理过程有的过于复杂、处理费用普遍偏高、氧 化剂消耗大，一般难以广泛推广，仅适应于高浓度、小流量的 废水的处理。
微波技术

膜分离技术在食品中的应用

1.植物提取（茶叶、菊粉、绞股蓝、板兰根、罗汉果、中药 等深加工）. 2.生物发酵液的分离、纯化、浓缩（L-乳酸、1，3丙二醇， 赖氨酸、谷氨酸、苯丙氨酸、异亮氨酸、抗生素等）. 3.牛奶深加工（乳清蛋白分离、脱盐、纯化、浓缩，乳蛋白 肽分离、纯化，乳制品的除菌等） 4.大豆深加工（大豆低聚糖、大豆多肽的分离、脱盐、纯化、 浓缩，大豆乳的除菌、除杂等） 5.果汁的分离、浓缩（苹果汁、梨汁、大枣汁、山楂汁、芦 荟、仙人掌等） 6.酶解低聚糖的分离、脱盐、浓缩（如高级低聚果糖、低聚 木糖、低聚异麦芽糖的纯化） 7.乳化油废水、机械加工行业废水 8.RO水处理、工艺纯水设备等 9.化工行业（化工染料的脱盐和浓缩，液体荧光增白剂的澄 清过滤、脱盐和浓缩等）
膜分离技术包含：微滤(MF)、超滤(UF)、渗析(D)、 电渗析(ED) 、纳滤(NF)和反渗透(RO)、渗透蒸发 (PV)、液膜(LM)等。

膜分离过程的主要型式 渗析式膜分离 过滤式膜分离 液膜分离
膜分离技术的主要特点： ① 膜分离工艺都是纯物理的分离，即被分离的组分既 不会有热学性的变化也不会有学性和生物性的变化。 ② 膜分离工艺是以组件形式构成的，因此不同的组件 可以适应不同的生产能力的需要。
现代科学技术的三大支柱：生物技术、 新材料技术、电子信息技术。
生物技术的最大特点：能充分利用 各种自然资源；节省能源；减少污 染；易于实现清洁生产；而且可以 实现一般化工技术难以制备的产品。
生物技术的分类：
基因工程-----主导
细胞工程-----基础 酶工程--------条件 微生物发酵工程-----关键