2019-2020年高一化學(xué)第四章 化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展教學(xué)資源 新課標(biāo) 人教版 必修2.doc

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2019-2020年高一化學(xué)第四章 化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展教學(xué)資源 新課標(biāo) 人教版 必修2 文章導(dǎo)度 1.海洋──人類(lèi)未來(lái)的財(cái)富??? 2.海水化學(xué)資源概況和海水利用????3.海水淡化技術(shù) 4.我國(guó)的海水淡化事業(yè)??????? 5.石油的成分????????????????????6.我國(guó)的石油資源 7.石油分餾的工藝過(guò)程??????? 8.汽油????????????????????????? 9.催化裂化 10.石油的重整?????????????? 11.煤的組成???????????????????? 12.煤的結(jié)構(gòu) 13.煤的氣化和液化???????????14.環(huán)境、環(huán)境問(wèn)題?????????????? 15.生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)平衡 16.環(huán)境的污染?????????????? 17.土壤的污染及防治???????????? 18.水污染及防治 19.大氣污染的危害?????????? 20.酸雨及其危害???????????????? 21.綠色化學(xué) 1.海洋──人類(lèi)未來(lái)的財(cái)富 海洋是人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。浩瀚的海洋中，蘊(yùn)藏著極其豐富的礦物資源、生物資源和藥物資源，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值可觀，開(kāi)發(fā)前景十分誘人。 開(kāi)發(fā)利用海洋是解決當(dāng)前人類(lèi)社會(huì)面臨的人口膨脹、資源短缺和環(huán)境惡化等一系列難題的重要途徑。在陸地資源日漸枯竭的今天，海洋正成為人類(lèi)繁衍發(fā)展的生命線。 （1）海洋石油和天然氣 海底石油儲(chǔ)藏量約1350億噸，天然氣約140萬(wàn)億米3，約占世界油氣總量的45%。目前，海上油氣開(kāi)采量約占全球油氣開(kāi)采量的30%。 （2）海洋金屬礦藏 海水中溶解有80多種化學(xué)元素，被譽(yù)為“液體礦山”。海水中可提取鎂、鉀、鈾、鍶等各類(lèi)礦物達(dá)5億億噸。 海底有大量錳結(jié)核，也稱(chēng)多金屬結(jié)核。錳結(jié)核是20世紀(jì)70年代才大量發(fā)現(xiàn)的深海礦產(chǎn)。褐色的錳結(jié)核，外觀象土豆，切片來(lái)看，一層層的又象蔥頭。這種結(jié)核體往往是以貝殼、珊瑚、魚(yú)牙、魚(yú)骨為核心，把其他物質(zhì)聚集在周?chē)ＩL(zhǎng)速度很緩慢，大約1 000年生長(zhǎng)1毫米，有的100萬(wàn)年才生長(zhǎng)4毫米。錳結(jié)核含有錳、鐵、鎳、鈷等20多種元素。其經(jīng)濟(jì)價(jià)值很高，廣泛分布于水深4 000～6 000米的海底，總儲(chǔ)量估計(jì)約為3萬(wàn)億噸。 現(xiàn)在一般利用采礦船來(lái)開(kāi)采錳團(tuán)塊。裝有深海電視的采礦機(jī)在海底收集錳團(tuán)塊，通過(guò)軟管抽氣像吸塵器一樣，把錳團(tuán)塊經(jīng)軟管連續(xù)地吸到水面上的采礦船中，每天采礦量可達(dá)3 000噸。 （3）海洋生物 在生物資源方面，海洋中存活著20多萬(wàn)種生物。專(zhuān)家測(cè)算，海洋的初級(jí)生產(chǎn)力每年為6 000億噸，其中可供人類(lèi)利用的魚(yú)類(lèi)、貝類(lèi)、蝦類(lèi)、藻類(lèi)等，每年為6億噸，而現(xiàn)在全世界的捕撈量?jī)H為9 000萬(wàn)噸左右。海產(chǎn)品已成為人類(lèi)生活中不可缺少的重要食品來(lái)源，目前海產(chǎn)品提供的蛋白質(zhì)約占人類(lèi)食用蛋白質(zhì)的22%。在不破壞生態(tài)平衡的前提下，海洋每年可以產(chǎn)出的水產(chǎn)品足夠300億人食用，海洋向人類(lèi)提供食物的能力等于全球所有耕地提供農(nóng)產(chǎn)品的1 000倍。 不僅如此，包括魚(yú)類(lèi)在內(nèi)的海洋生物，已成為新型藥物和保健品的原料來(lái)源，引起國(guó)際醫(yī)藥界的日益關(guān)注。據(jù)估計(jì)，從海洋生物中可提制的藥品將達(dá)2萬(wàn)種之多，世界各國(guó)為此展開(kāi)了激烈的競(jìng)爭(zhēng)。 （4）海洋能源 除石油、天然氣外，海洋蘊(yùn)藏著巨大的動(dòng)力能源。據(jù)估算，可供開(kāi)發(fā)利用的總量在1 500億千瓦以上，相當(dāng)于目前全世界發(fā)電總量的十幾倍。其中，波浪能為700億千瓦，潮汐能為27億千瓦，海流能為1億千瓦，溫差能為500億千瓦，鹽度差能為300億千瓦。海洋能具有安全、無(wú)污染和可永久利用等優(yōu)點(diǎn)，具備良好的開(kāi)發(fā)前景。 另外，海水中含有200萬(wàn)億噸重水，其中所含的氘是受控核聚變的寶貴原料。核聚變能是被廣泛看好的21世紀(jì)全球電力的一個(gè)重要來(lái)源。 2.海水化學(xué)資源概況和海水利用 海洋化學(xué)也稱(chēng)化學(xué)海洋學(xué)，它是海洋科學(xué)的四大基礎(chǔ)學(xué)科之一。海洋化學(xué)研究海洋環(huán)境中化學(xué)物質(zhì)的分布、轉(zhuǎn)移、循環(huán)的規(guī)律及其在開(kāi)發(fā)利用中的化學(xué)問(wèn)題。海水的成分非常復(fù)雜，全球海洋的含鹽量就達(dá)5億億噸，還含有大量非常稀有的元素，是地球上最大的礦產(chǎn)資源庫(kù)。海洋資源的持續(xù)利用是人類(lèi)生存發(fā)展的重要前提，目前，全世界每年從海洋中提取淡水20多億噸、食鹽5 000萬(wàn)噸、鎂及氧化鎂260多萬(wàn)噸、溴20萬(wàn)噸，總產(chǎn)值達(dá)6億多美元。水是生命之源，世界上缺水的地區(qū)越來(lái)越多，海水淡化已成為獲得淡水資源重要的途徑，所有這些都是海洋化學(xué)要研究的，海洋化學(xué)的研究和海洋開(kāi)發(fā)正方興未艾，必將越來(lái)越多的造福人類(lèi)。 水荒目前已成為世界性的問(wèn)題，是制約社會(huì)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球用水總量每15年就翻一番，到2030年地球上將有1/3的人口面臨淡水資源危機(jī)。地球的表面雖然有71%被水覆蓋，但其中96.5%是海水，還有15%是咸水，在余下的2.5%的淡水中，又有69%是人類(lèi)難以利用的兩極冰蓋。人類(lèi)可利用的淡水只占全球水總量的0.77%。有人比喻在地球這個(gè)大水缸里可用的淡水只有一湯匙。合理節(jié)約用水是可持續(xù)發(fā)展的重要課題，然而，節(jié)水并不能增加淡水的總量。大量地利用海水自然而然地就成為21世紀(jì)解決淡水缺乏的主要途徑。 海水利用包括海水直接利用、海水淡化和海水綜合利用，以及海水農(nóng)業(yè)等。 海水直接利用是用海水代替淡水作為工業(yè)用水和生活用水。到21世紀(jì)上半葉，隨著海洋生物污損防治技術(shù)的提高和耐腐蝕材料的進(jìn)一步發(fā)展，沿海城市的絕大部分工業(yè)冷卻水都將采用海水。海水沖廁會(huì)得到大面積推廣。 海水淡化是海水利用的重點(diǎn)，到了21世紀(jì)中葉，也許我們會(huì)看到這樣一個(gè)景象，每個(gè)島嶼或缺水的沿海城市都建有海水淡化工廠。這些工廠里大多采用蒸餾法和反滲透技術(shù)來(lái)制取淡水。到時(shí)候全世界使用的水資源中有1/5以上來(lái)自海洋。反滲透法是利用孔徑比納米還細(xì)小的半透膜濾去鹽分來(lái)制取淡水的。另外，還有人設(shè)想由于反滲透法制取淡水是在一定的壓力下實(shí)現(xiàn)的，假如把海水淡化裝置放在海底，就可以利用海水自身的壓力來(lái)獲取淡水，對(duì)海上城市或石油鉆井平臺(tái)非常實(shí)用。出海遠(yuǎn)洋只要帶一臺(tái)海水淡化設(shè)備就可以滿足船上的淡水供應(yīng)。采用蒸餾法制取淡水，主要是利用熱能來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在有核電站和熱電廠的條件下采用這種技術(shù)可以充分利用電廠余熱大大減少能耗。 3.海水淡化技術(shù) 淡水危機(jī)甚至比糧食危機(jī)、石油危機(jī)還要來(lái)勢(shì)洶洶，解決淡水資源問(wèn)題早已提到了人類(lèi)的議事日程。在這種背景下，把海水、苦咸水等含高鹽量的水轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)、生活用水的海水淡化技術(shù)得到空前迅猛的發(fā)展。目前，淡化海水的方法已有十種之多，下面介紹的是其中最為主要的幾種。 ①蒸餾法? 蒸餾法雖然是一種古老的方法，但由于技術(shù)不斷地改進(jìn)與發(fā)展，該法至今仍占統(tǒng)治地位。蒸餾淡化過(guò)程的實(shí)質(zhì)就是水蒸氣的形成過(guò)程，其原理如同海水受熱蒸發(fā)形成云，云在一定條件下遇冷形成雨，而雨是不帶咸味的。根據(jù)設(shè)備可分為蒸餾法、蒸汽壓縮蒸餾法、多級(jí)閃急蒸餾法等。此外，以上方法的組合也日益受到重視。 ②電滲析法? 亦稱(chēng)換膜電滲析法該法的技術(shù)關(guān)鍵是新型離子交換膜的研制。離子交換膜是0.5 mm～1.0 mm厚度的功能性膜片，按其選擇透過(guò)性區(qū)分為正離子交換膜（陽(yáng)膜）與負(fù)離子交換膜（陰膜）。電滲析法是將具有選擇透過(guò)性的陽(yáng)膜與陰膜交替排列，組成多個(gè)相互獨(dú)立的隔室海水被淡化，而相鄰隔室海水濃縮，淡水與濃縮水得以分離。電滲析法不僅可以淡化海水，也可以作為水質(zhì)處理的手段，為污水再利用作出貢獻(xiàn)。此外，這種方法也越來(lái)越多地應(yīng)用于化工、醫(yī)藥、食品等行業(yè)的濃縮、分離與提純。 ③反滲透法? 通常又稱(chēng)超過(guò)濾法，是1953年才開(kāi)始采用的一種膜分離淡化法。該法是利用半透膜只允許溶劑透過(guò)、不允許溶質(zhì)透過(guò)的特點(diǎn)，將海水與淡水分隔開(kāi)的。在通常情況下，淡水通過(guò)半透膜擴(kuò)散到海水一側(cè)，從而使海水一側(cè)的液面逐漸升高，直至一定的高度才停止，這個(gè)過(guò)程為滲透。此時(shí)，海水一側(cè)高出的水柱靜壓稱(chēng)為滲透壓。如果對(duì)海水一側(cè)施加一大于海水滲透壓的外壓，那么海水中的純水將反滲透到淡水中。反滲透法的最大優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能。它的能耗僅為電滲析法的1/2，蒸餾法的1/40。因此，從1974年起，美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家先后把發(fā)展重又轉(zhuǎn)向反滲透法。 4.我國(guó)的海水淡化事業(yè) 我國(guó)是世界上少數(shù)幾個(gè)掌握海水淡化先進(jìn)技術(shù)的國(guó)家之一。自20世紀(jì)50年代以來(lái)，我國(guó)開(kāi)始研究海水淡化技術(shù)，連續(xù)幾個(gè)五年計(jì)劃都將此項(xiàng)研究列入國(guó)家科技攻關(guān)項(xiàng)目，并將其列入《當(dāng)前優(yōu)先發(fā)展的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)領(lǐng)域指南》。經(jīng)過(guò)40余年的發(fā)展，我國(guó)不但建立了海水淡化科研基地，培養(yǎng)和鍛煉了專(zhuān)門(mén)人才，而且在海水淡化領(lǐng)域取得了令人矚目的成績(jī)，奠定了我國(guó)在海水淡化領(lǐng)域的世界強(qiáng)國(guó)地位。 目前我國(guó)在海水淡化技術(shù)上的成就大致有：國(guó)內(nèi)相關(guān)單位對(duì)多級(jí)閃蒸的設(shè)計(jì)和模擬進(jìn)行了廣泛的研究，積累了多級(jí)閃蒸設(shè)備運(yùn)行和管理的豐富經(jīng)驗(yàn)；低溫壓汽蒸餾經(jīng)過(guò)了三代小型樣機(jī)的研制，積累了豐富的設(shè)計(jì)和加工運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。特別是經(jīng)過(guò)“九五”科技攻關(guān)，解決了壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，開(kāi)發(fā)的蒸汽壓縮機(jī)已經(jīng)達(dá)到國(guó)外同等容量產(chǎn)品的先進(jìn)水平；成功地開(kāi)發(fā)了蒸發(fā)管與管板的彈性密封連接裝置；開(kāi)發(fā)了高效低阻力的液體分布裝置。 我國(guó)的反滲透海水淡化技術(shù)進(jìn)一步得到完善。目前已經(jīng)比較完整的掌握了海水淡化工程設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)，并開(kāi)發(fā)了較為豐富的工程化技術(shù)，具備了相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)。 此外，在海水淡化上我國(guó)還擁有多項(xiàng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)攻關(guān)，攻克了膜法反滲透水處理技術(shù)、三元扭曲葉輪制造技術(shù)、高性能蒸汽壓縮機(jī)等海水淡化重要技術(shù)和設(shè)備，已經(jīng)擁有50多項(xiàng)技術(shù)專(zhuān)利?？梢赃@樣說(shuō)，歷經(jīng)幾十年的研究探索，我國(guó)已培養(yǎng)和造就了一大批海水淡化專(zhuān)門(mén)人才，組建了一些專(zhuān)門(mén)科研機(jī)構(gòu)。如以蒸餾淡化研究為主的國(guó)家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所、天津大學(xué)以及以反滲透技術(shù)為主的國(guó)家海洋局杭州水處理技術(shù)研究開(kāi)發(fā)中心等單位。這些單位完成的一批海水淡化工程推動(dòng)了國(guó)內(nèi)海水淡化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。淡水資源匱乏是一個(gè)世界性的問(wèn)題，我國(guó)也一樣，特別是沿海地區(qū)和海島，淡水的供需矛盾非常突出。我國(guó)的海水淡化事業(yè)的長(zhǎng)足發(fā)展使我們深信：有海洋，我們就有水喝！ 5.石油的成分 在石油中由碳、氫兩種元素組成的化合物的成分很復(fù)雜。按其結(jié)構(gòu)可分為烷烴（包括直鏈和支鏈烷烴）、環(huán)烷烴（多數(shù)為烷基環(huán)戊烷和烷基環(huán)己烷）和芳香烴（多數(shù)是烷基苯）。在石油中一般不含烯烴。 在石油中含硫的化合物主要有硫醇（RSH）、硫醚（RSR）、二硫化物（RSSR）和噻吩等。 在石油中含氧的化合物主要有環(huán)烷酸和酚（以苯酚為主），此外還含有少量的脂肪酸。環(huán)烷酸是指分子中含有一個(gè)或多個(gè)駢合脂環(huán)、碳原子數(shù)為11～30個(gè)的羧酸。羧基既可以在脂環(huán)上，也可以在側(cè)鏈上。在煉油生產(chǎn)中，常將環(huán)烷酸和酚統(tǒng)稱(chēng)為石油酸。 在石油中含氮的化合物主要有吡啶、吡咯、喹啉和胺類(lèi)（RNH2）等。因吡咯在空氣中容易被氧化，顏色逐漸變深，這與汽油久存后顏色變深有關(guān)。 石油的化學(xué)組成不是固定的，而是隨產(chǎn)地的不同而不同。根據(jù)石油中所含烴的成分的不同，一般將石油分為烷烴基石油、環(huán)烷基石油、混合基石油和芳烴基石油等幾大類(lèi)。但各產(chǎn)油國(guó)常根據(jù)本國(guó)資源的情況有不同的分類(lèi)。 6.我國(guó)的石油資源 在我國(guó)960×104 km2的土地上，經(jīng)過(guò)地質(zhì)普查，發(fā)現(xiàn)有300多個(gè)可供勘探石油的沉積盆地，沉積巖面積達(dá)450×104 km2，約占國(guó)土總面積的44%。其中面積大于10×104 km2的沉積盆地有10個(gè)，總面積超過(guò)254×104 km2。 此外，還有大量的中小盆地油氣資源也很豐富，有些已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了油田或工業(yè)油流。如酒泉盆地、蘇北盆地和百色盆地等。 地質(zhì)學(xué)家根據(jù)大量的科學(xué)資料分析以后，估計(jì)我國(guó)陸上石油的儲(chǔ)量大約為300×109 t～600×109 t。 除了陸上石油外，我國(guó)還擁有18 000 km的海岸線，其大陸架的面積約占世界大陸架總面積的1/20。根據(jù)近幾年的勘查結(jié)果，先后在渤海、黃海南部、東海、臺(tái)灣淺灘、珠江口、鶯歌海、北部灣等海域發(fā)現(xiàn)了7個(gè)油氣盆地，總面積約為100×104 km2。從發(fā)展遠(yuǎn)景來(lái)看，我國(guó)近海石油的儲(chǔ)量不亞于陸上石油的儲(chǔ)量。我國(guó)專(zhuān)家估計(jì)，我國(guó)近海石油的儲(chǔ)量為200×109～500×109 t，國(guó)外人士估計(jì)我國(guó)近海石油的儲(chǔ)量為200×109～900×109 t。 7.石油分餾的工藝過(guò)程 （1）原油加工前的預(yù)處理 在原油中含有一定量的石油氣、水、鹽類(lèi)和泥沙等雜質(zhì)，如不除去這些雜質(zhì)，將會(huì)給以后的工序帶來(lái)困難。預(yù)處理的步驟是先通過(guò)油氣分離器，將石油氣分離出去。再進(jìn)入沉降池中除去泥沙及部分水和鹽類(lèi)。最后，在15～25 kV的高壓電場(chǎng)下脫鹽、脫水。 （2）初餾 將預(yù)處理后的原油在初餾塔中加熱到220～250 ℃，從塔頂蒸出輕汽油和殘留的水分。 （3）常壓分餾 用泵將從初餾塔底得到的拔頂油送入加熱爐中加熱到360～370 ℃后，再送入常壓分餾塔中。經(jīng)分餾，在塔頂可得到低沸點(diǎn)汽油餾分，經(jīng)冷凝和冷卻到30～40 ℃時(shí)，一部分作為塔頂回流液，另一部分作為汽油產(chǎn)品。此外，還設(shè)有1～2個(gè)中段回流。在常壓塔中一般有3～4個(gè)側(cè)線，分別餾出煤油、輕柴油。側(cè)線產(chǎn)品是按人們的不同需要而取的不同沸點(diǎn)范圍的產(chǎn)品，在不同的流程中并不相同。有的側(cè)線產(chǎn)品僅為煤油和輕柴油，而重油為塔底產(chǎn)品；有的側(cè)線為煤油、輕柴油和重柴油，而塔底產(chǎn)品為常壓渣油。 （4）減壓分餾 原油在常壓分餾塔中只能分餾出沸點(diǎn)較低的餾分。要分餾出沸點(diǎn)約在500 ℃以上的裂化原料和潤(rùn)滑油原料，就會(huì)出現(xiàn)一定的問(wèn)題。因?yàn)檫@些餾分所含有的大分子烴類(lèi)在450 ℃以上就會(huì)發(fā)生裂解反應(yīng)，使餾出的油品變質(zhì)，并生成焦炭，影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。為了解決這個(gè)問(wèn)題，就必須在減壓下進(jìn)行蒸餾。因此，將從常壓塔底出來(lái)的重油經(jīng)加熱爐加熱到410 ℃左右后，送入減壓分餾塔中。為了使塔頂殘壓保持在2.7 kPa～10.7 kPa，需要用真空設(shè)備抽出不凝性氣體。同時(shí)在減壓塔底吹入過(guò)熱蒸氣以降低塔內(nèi)的油氣分壓，增加餾分的拔出率。在減壓蒸餾塔的塔頂?shù)玫降氖侵夭裼?；在?cè)線分別得到輕潤(rùn)滑油、中潤(rùn)滑油、重潤(rùn)滑油；經(jīng)汽提塔汽提后，在塔底得渣油。 8.汽油 汽油是一種重要燃料，主要用于化油器式發(fā)動(dòng)機(jī)。如汽車(chē)、摩托車(chē)等。在發(fā)動(dòng)機(jī)中，汽油應(yīng)在燃燒沖程燃燒。但有的汽油在壓縮過(guò)程就燃燒爆炸，不僅影響氣缸的正常運(yùn)行，而且由于強(qiáng)烈地震動(dòng)，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命。這種汽油在氣缸中的不正常的燃燒現(xiàn)象，稱(chēng)為汽油的爆震性。 汽油的爆震性與汽油的成分有密切的關(guān)系，以芳烴的抗震性最好（即爆震性最?。?，環(huán)烷烴和異構(gòu)烷烴次之，烯烴再次之，烷烴中正構(gòu)（直鏈）烷烴的抗震性小。汽油的抗震性能用辛烷值來(lái)表示。 提高汽油辛烷值的方法之一，是增加汽油中的芳烴的含量，減少正構(gòu)烷烴的含量；另一種方法是加入少量的四乙基鉛〔Pb(C2H5)4〕。一般來(lái)說(shuō)，只要在汽油中加0.2%～0.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的四乙基鉛就可以顯著地提高汽油的抗震性。但是，在汽油中使用四乙基鉛存在著許多的問(wèn)題。一方面是四乙基鉛有毒，只需少量就可以使人體中毒。因此，加入四乙基鉛的汽油通常被染成紅色或藍(lán)色。另一方面是四乙基鉛在氣缸中燃燒后，其中的鉛會(huì)變成氧化鉛沉積下來(lái)，增加積炭量，引起氣缸過(guò)熱，增大發(fā)動(dòng)機(jī)零件的磨損。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，通常在四乙基鉛中加入一種導(dǎo)出劑，使鉛成為揮發(fā)性物質(zhì)從氣缸中排出?？墒?，含鉛化合物的排放，造成了一定程度的環(huán)境污染。目前，我國(guó)的一些城市，如北京、廣州已經(jīng)禁止汽車(chē)使用含鉛汽油，以減少對(duì)大氣的污染和對(duì)人體健康的危害。 9.催化裂化 催化裂化就是將原油（常用的餾分是重質(zhì)油，如減壓餾分、焦化柴油及石蠟等，也可使用常壓重油）在催化劑的存在下，在460 ℃～520 ℃及100 kPa～200 kPa的壓強(qiáng)下進(jìn)行裂解反應(yīng)。與熱裂化相比較，催化裂化的條件，如溫度和壓強(qiáng)要低一些，但對(duì)原料的要求卻相對(duì)高一些。如果在原料中含有鎳、鐵、銅、釩等重金屬，就會(huì)影響催化劑的催化效率，使其選擇性顯著降低，從而會(huì)降低汽油的產(chǎn)量，增加氣體和焦炭的產(chǎn)量。所以，催化裂化所用的原料油中重金屬的含量必須要有一定限制。 在催化裂化中常用的催化劑是硅酸鋁，它的主要成分是SiO2和Al2O3。按照硅酸鋁分子的結(jié)構(gòu)，又可以分為無(wú)定形（叫做普通硅酸鋁催化劑）和結(jié)晶形（叫做分子篩催化劑）兩種。目前最常用的是分子篩催化劑，它的催化活性和選擇性都比較好，汽油的產(chǎn)率較高。 催化裂化所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)與熱裂化的反應(yīng)沒(méi)有本質(zhì)上的區(qū)別。除了發(fā)生分解反應(yīng)，使碳鏈較長(zhǎng)的烴發(fā)生碳碳鍵斷裂而生成碳鏈較短的烴以外，由于有催化劑的存在，使得異構(gòu)化和芳構(gòu)化的反應(yīng)加速。例如，十四烷在催化裂化的條件下，首先分解為庚烷和庚烯： C114H30→C7H16+C7H14 生成的庚烷和庚烯可以進(jìn)一步發(fā)生異構(gòu)化、芳構(gòu)化、氫轉(zhuǎn)移等反應(yīng)。 異構(gòu)化反應(yīng)是指正構(gòu)烷烴變成異構(gòu)烷烴，如帶側(cè)鏈的環(huán)戊烷變成環(huán)己烷，使產(chǎn)品中異構(gòu)烴的含量增加。 芳構(gòu)化反應(yīng)是指開(kāi)鏈烷烴變成環(huán)狀化合物、環(huán)狀化合物脫氫生成芳烴等，使產(chǎn)品中的芳烴含量增加。例如， 氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)是指烴類(lèi)在反應(yīng)中產(chǎn)生的氫與烯烴反應(yīng)而生成飽和烴。例如， 除了上述反應(yīng)外，分解反應(yīng)的產(chǎn)物還可以進(jìn)一步發(fā)生碳碳鍵的斷裂，生成分子中碳原子數(shù)較少的裂化氣。 10.石油的重整 重整常用鉑或錸作催化劑，所以，又叫做鉑錸重整。重整的目的有兩個(gè)，一是提高汽油的辛烷值；二是制取芳香烴。重整用的原料要視目的的不同而定，如果重整的目的是為了提高汽油的辛烷值，一般選用沸點(diǎn)范圍為60～200 ℃的直餾汽油餾分（或經(jīng)過(guò)加氫的裂化汽油餾分）。如果重整的目的是為了生產(chǎn)芳香烴，則需選用沸點(diǎn)范圍為60 ℃～130 ℃的直餾汽油餾分（或經(jīng)過(guò)加氫的裂化汽油餾分），因?yàn)檫@一餾分中含C6～C8的環(huán)烷烴較多，經(jīng)重整后有利于轉(zhuǎn)化為芳香烴。 鉑催化劑主要是將鉑分散在氧化鋁載體上，通常鉑含量在0.3%～0.7%的范圍內(nèi)。自1968年以來(lái)，出現(xiàn)了鉑-錸雙金屬催化劑和鉑-錸-銥等多金屬催化劑，從而大大提高了芳香烴的轉(zhuǎn)化率和汽油的辛烷值，并延長(zhǎng)了重整裝置的操作周期。 鉑催化劑對(duì)砷、銅、汞等重金屬的化合物特別敏感，尤其是砷能與鉑形成合金，造成催化劑中毒并使其失去活性。為了保證催化劑的使用壽命，對(duì)原料中的有害物質(zhì)必須加以清除。 經(jīng)過(guò)除砷、鉛、硫、氮等雜質(zhì)的原料油進(jìn)入重整反應(yīng)器中，在溫度為400 ℃～500 ℃，2 500～3 000 kPa的壓強(qiáng)下，通過(guò)鉑催化劑進(jìn)行重整反應(yīng)。 11.煤的組成 煤是由植物轉(zhuǎn)變而成的。由高等植物變成的煤稱(chēng)為腐植煤，這種煤的儲(chǔ)量多，用途廣。由低等植物變成的煤稱(chēng)為腐泥煤。自然界中的各種煤盡管種類(lèi)不同，但都是由有機(jī)物質(zhì)、無(wú)機(jī)物質(zhì)和水分三部分組成。 （1）碳? 碳是煤中的主要成分。煤中的含碳量隨著煤變質(zhì)的程度而有規(guī)律地增加。所以，含碳量的多少可以表示煤的變質(zhì)程度。 （2）氫? 氫是煤中有機(jī)質(zhì)的主要元素。煤中的含氫量隨煤變質(zhì)程度的加深而減少。 （3）氧? 煤中的氧在燃燒過(guò)程中并不放出熱量，含氧多的煤熱值較低。 （4）硫? 煤中的硫以有機(jī)硫和無(wú)機(jī)硫的形式存在，是煤中的有害成分。在煤的儲(chǔ)存過(guò)程中，因黃鐵礦氧化放熱而加速了煤的氧化變質(zhì)。在煉焦過(guò)程中產(chǎn)生的硫化物氣體對(duì)設(shè)備有一定的腐蝕作用，殘留在焦炭中的硫使焦炭的質(zhì)量降低。 （5）磷? 煤中的磷存在于礦物質(zhì)中，一般含量較低，最高不超過(guò)1%。煤中的磷雖然不多，但危害極大。在用煤煉焦時(shí)，磷全部轉(zhuǎn)入焦炭中，在用焦炭煉鐵時(shí)又轉(zhuǎn)入到生鐵中，使生鐵變脆。 （6）氮? 氮是組成煤中有機(jī)物的次要元素，含量較少，且變化不大。煤中的氮在煤燃燒時(shí)常以游離狀態(tài)分解出來(lái)，煉焦時(shí)因溫度較高，氮也會(huì)轉(zhuǎn)化為氨或其他氮的化合物。 （7）水分? 煤中的水分有內(nèi)在水分和外在水分的區(qū)別。煤中的內(nèi)在水分指在煤風(fēng)干后，將煤加熱到102 ℃～105 ℃時(shí)逸出的水分。這部分水分是依靠吸附力而保持在煤粒氣孔中的水分。外在水分是保持在煤粒表面和煤顆粒之間的水滴，這部分水在風(fēng)干時(shí)即可除去。內(nèi)在水和外在水之和就是煤的總水分。 （8）礦物質(zhì)? 煤中的礦物質(zhì)組分非常復(fù)雜，含量的變化也很大，主要是由鐵、鋁、鈣、鎂等以碳酸鹽、硅酸鹽、硫酸鹽和硫化物等形式存在。煤中礦物質(zhì)的含量和成分與煤的形成過(guò)程有關(guān)。煤在燃燒過(guò)程中，礦物質(zhì)發(fā)生一系列的變化，煤燃燒后的殘留物叫做灰分。一般來(lái)說(shuō)，灰分的含量可以反映出煤中礦物質(zhì)的大致含量，因此，有時(shí)也籠統(tǒng)地將礦物質(zhì)叫做灰分。對(duì)于工業(yè)用煤來(lái)說(shuō)，灰分是非常有害的。在煉焦的過(guò)程中，灰分全部轉(zhuǎn)入焦炭，不但降低了焦炭的強(qiáng)度，也降低了焦炭的含碳量?；曳指叩拿喊l(fā)熱量較低。因此，灰分是影響煤質(zhì)的重要指標(biāo)。 上述煤的組成是元素分析的結(jié)果。但由于元素的測(cè)定手續(xù)繁雜，在工業(yè)上很少應(yīng)用。目前，工業(yè)評(píng)定煤的品質(zhì)，大多采用工業(yè)分析來(lái)測(cè)定煤的發(fā)熱量、揮發(fā)分、固定碳、水分和灰分等項(xiàng)目。 12.煤的結(jié)構(gòu) 煤的主要組成部分是有機(jī)物質(zhì)，所以煤的分子結(jié)構(gòu)具有明顯的有機(jī)化合物的特有結(jié)構(gòu)。不同的煤種、不同地區(qū)的同種煤、同一地區(qū)的不同煤層，煤的結(jié)構(gòu)都有很大的差別。對(duì)于煤的分子結(jié)構(gòu)，通過(guò)分析和測(cè)定，表明煤的結(jié)構(gòu)的基本單元是以縮合芳環(huán)為主體的周?chē)B接很多烴類(lèi)的側(cè)鏈、“-O-”鍵和各種官能團(tuán)的高分子?？s合芳環(huán)類(lèi)似于石墨的結(jié)構(gòu)，碳原子都處在同一個(gè)平面上，形成平面的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。側(cè)鏈和“-O-”鍵又將碳網(wǎng)在空間以不同的角度互相連接起來(lái)，構(gòu)成煤的復(fù)雜的、不規(guī)則的空間結(jié)構(gòu)?？s合芳環(huán)主要由碳構(gòu)成，氧、硫、氮、氫等元素主要在側(cè)鏈上。隨著煤變質(zhì)程度的加深，煤的基本單元結(jié)構(gòu)──六碳環(huán)平面網(wǎng)變大，排列逐步規(guī)則化，側(cè)鏈逐漸減少、變短。圖4-1是煤的結(jié)構(gòu)模型。 圖 4-1? 煤的結(jié)構(gòu)模型 13.煤的氣化和液化 現(xiàn)在，還有相當(dāng)一部分鍋爐直接燒煤 ，這樣做不僅對(duì)熱的利用率低，煤燃燒時(shí)生成的煙和燃燒后剩余的灰分也會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。為了更有效地和更充分地利用煤燃燒時(shí)所放出的熱，同時(shí)減少對(duì)環(huán)境造成的破壞，我國(guó)和世界上的一些發(fā)達(dá)國(guó)家都在研究煤的氣化和液化問(wèn)題。雖然在煤的氣化或液化過(guò)程中，會(huì)有一部分煤的潛在的能量受到損失，但由于加工后得到的氣態(tài)或液態(tài)燃料的熱利用率高，而且比較清潔，因此從總體來(lái)看，將煤氣化或液化后再使用，還是比較合理的。 （1）氣化 目前，煤的氣化主要是碳和水蒸汽的反應(yīng)。 C+H2O=CO+H2 這是一個(gè)吸熱反應(yīng)，反應(yīng)所需的能量一般是由間歇進(jìn)行的碳的燃燒來(lái)提供。 C+O2=CO2 對(duì)于這兩個(gè)反應(yīng)來(lái)說(shuō)，如果使用空氣必然會(huì)引入大量的氮?dú)?，使煤氣的熱值降低，成為低熱值煤氣。如果使用氧氣，就能得到中熱值煤氣。如果要得到高熱值的煤氣，就需要將中熱值煤氣中的CO和H2，在催化的條件下合成甲烷。 CO+3H2=CH4+H2O 利用焦?fàn)t煤氣，在目前仍然是最便宜的產(chǎn)生煤氣的方法。利用褐煤在魯奇爐加壓氣化，生成中熱值煤氣供居民使用是比較成熟的方法。 （2）液化 煤的液化有多種方法，教材中提到的煤的干餾和使煤與氫氣在一定條件下反應(yīng)，都是將煤液化的方法。 煤的液化可以分為直接液化和間接液化兩個(gè)途徑。直接液化大致有氫化法和溶劑精制法。 ①氫化法 將煤粉和煤液化過(guò)程中產(chǎn)生的油跟氫氣混合，在高溫條件下經(jīng)催化進(jìn)行加氫解聚反應(yīng)，同時(shí)脫去硫、氮、氧等，生成固態(tài)-液態(tài)混合的油、液化的煤，以及含有未液化的煤和炭等固體物質(zhì)。經(jīng)過(guò)分離后，就可以得到低氫、低硫的重質(zhì)液體燃料。 14.環(huán)境、環(huán)境問(wèn)題 環(huán)境是一個(gè)非常復(fù)雜的體系，本章所涉及的主要是人類(lèi)的生存環(huán)境。人類(lèi)生存的環(huán)境分為自然環(huán)境和社會(huì)環(huán)境。自然環(huán)境是指非人類(lèi)創(chuàng)造的物質(zhì)所構(gòu)成的地理空間。陽(yáng)光、空氣、水、土壤、野生動(dòng)植物等自然物質(zhì)與一定的地理?xiàng)l件結(jié)合，就形成了一定的自然環(huán)境。社會(huì)環(huán)境是指人類(lèi)通過(guò)生產(chǎn)活動(dòng)所建造的人為環(huán)境，如城市、農(nóng)村、工礦區(qū)等。 研究環(huán)境問(wèn)題涉及地學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、物理學(xué)、醫(yī)學(xué)、工程學(xué)、哲學(xué)、社會(huì)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、美學(xué)、倫理學(xué)等多種學(xué)科?；瘜W(xué)與環(huán)境有密切的關(guān)系，在某些情況下，環(huán)境污染主要是由化學(xué)污染物造成的，但是我們更應(yīng)該看到，很多環(huán)境問(wèn)題的解決，要依靠化學(xué)的方法。 生存與發(fā)展是人類(lèi)社會(huì)最基本的主題。千百年來(lái)，在人類(lèi)與環(huán)境不斷地相互影響和作用中，環(huán)境問(wèn)題一直是伴隨著人類(lèi)的活動(dòng)而產(chǎn)生的。 我們通常所說(shuō)的環(huán)境問(wèn)題，一般可以分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是由于人類(lèi)不合理地開(kāi)發(fā)和利用自然資源而造成的生態(tài)環(huán)境的破壞；另一類(lèi)則是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和人類(lèi)的活動(dòng)造成的污染，也就是環(huán)境污染問(wèn)題。 人類(lèi)的生產(chǎn)活動(dòng)是圍繞著資源的開(kāi)發(fā)和利用而進(jìn)行的，礦藏的開(kāi)采，各種金屬的冶煉，都是取其中一部分加以利用，其余部分作為廢物拋棄。在過(guò)去的幾千年里，由于世界人口數(shù)量不多，生產(chǎn)規(guī)模不大，人類(lèi)拋向自然界的廢物畢竟數(shù)量較少，大自然有足夠的時(shí)間和容量將其分解、稀釋、凈化。那時(shí)人類(lèi)活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響并不太大，在環(huán)境自?xún)裟芰Ψ秶畠?nèi)，即使發(fā)生污染問(wèn)題也是局部性的。 但是，自工業(yè)革命以來(lái)，特別是近幾十年來(lái)，由于科學(xué)技術(shù)飛躍進(jìn)步，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)迅猛發(fā)展，人類(lèi)每年都有數(shù)以幾十億噸計(jì)的廢物拋棄到環(huán)境中，日積月累，終于達(dá)到大自然再也消化吸收不了的程度。全世界每年消耗掉的化石燃料，20世紀(jì)初不足15億噸，到70年代已增至70～80億噸。人類(lèi)每年都在實(shí)驗(yàn)室制造出成千上萬(wàn)種新化學(xué)品，并投入工業(yè)生產(chǎn)、使用。這些化學(xué)品中，有毒化學(xué)物質(zhì)年產(chǎn)已達(dá)400萬(wàn)噸，它們進(jìn)入環(huán)境后，在環(huán)境中擴(kuò)散、遷移、積累和轉(zhuǎn)化。南極大陸冰原覆蓋，但從生息在那里的企鵝體內(nèi)也檢測(cè)出滴滴涕；在北極附近格陵蘭的冰蓋層中，近幾十年來(lái)，鉛和汞的含量不斷上升。因此可以說(shuō)，污染無(wú)所不在，世界上幾無(wú)凈土。 由于原生環(huán)境的消失、人類(lèi)的捕殺和環(huán)境污染，世界上的植物和動(dòng)物遺傳資源急劇減少，成千上萬(wàn)的物種已經(jīng)滅絕或?yàn)l臨滅絕的危險(xiǎn)。在長(zhǎng)期進(jìn)化中形成的物種一旦滅絕，將無(wú)法再生，無(wú)法彌補(bǔ)。 近些年，震驚世界的嚴(yán)重污染事件屢屢發(fā)生。如1984年12月，美國(guó)聯(lián)合碳化物公司設(shè)在印度博帕爾市的農(nóng)藥廠的毒氣泄漏事件，造成2 000人死亡，受害人數(shù)達(dá)10 余萬(wàn)人，其中一些人雙目失明，終身殘廢。1986年4月，烏克蘭基輔北部的切爾諾貝利核電站的4號(hào)反應(yīng)堆爆炸起火，放射性物質(zhì)大量外泄，造成31人死亡，237人受放射性傷害，13萬(wàn)居民緊急疏散。 從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，酸雨、臭氧層損耗和氣候變暖這三大全球環(huán)境問(wèn)題，使人類(lèi)面臨著新的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，并嚴(yán)重威脅著人類(lèi)的生存。 環(huán)境問(wèn)題既是在人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的進(jìn)程中產(chǎn)生的，也必將在同一進(jìn)程中得到解決。隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，老的環(huán)境問(wèn)題解決了，新的環(huán)境問(wèn)題又會(huì)出現(xiàn)。人類(lèi)與環(huán)境的矛盾，處于不斷運(yùn)動(dòng)和變化之中，永無(wú)止境。 我國(guó)十分重視環(huán)境保護(hù)工作，制訂了一系列保護(hù)環(huán)境、防治污染的法律、法規(guī)。并從計(jì)劃生育、保護(hù)資源、合理規(guī)劃建設(shè)、治理污染、加強(qiáng)科學(xué)研究、開(kāi)展宣傳教育等各方面做了大量的工作。我們相信，在現(xiàn)代化建設(shè)蓬勃發(fā)展的同時(shí)，我們一定會(huì)把環(huán)境問(wèn)題解決好，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，使我國(guó)人民的生活水平和生活環(huán)境質(zhì)量同時(shí)提高。 15.生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)平衡 人類(lèi)的生存環(huán)境又可以分為非生物環(huán)境（如空氣、水、土壤、光、熱等）和生物環(huán)境（如植物、動(dòng)物、微生物等），二者不是孤立存在的。自然界某一范圍內(nèi)，由相互依存的一定種類(lèi)的動(dòng)物、植物、微生物等組成了生物群落。生物群落同其生存環(huán)境之間，以及生物群落內(nèi)不同種群生物之間不斷進(jìn)行著物質(zhì)交換和能量交換，構(gòu)成了大小不一、多種多樣的生態(tài)系統(tǒng)。 生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展到成熟階段，它的生物種類(lèi)的組成，各個(gè)種群的數(shù)量及比率以及能量和物質(zhì)的輸入、輸出等，都處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，這種狀態(tài)叫做生態(tài)平衡。 生態(tài)系統(tǒng)能自動(dòng)調(diào)節(jié)并維持自己的正常功能。但是，這種自動(dòng)調(diào)節(jié)能力和代替補(bǔ)償功能是有一定限度的。當(dāng)干擾因素的影響超過(guò)其調(diào)節(jié)能力時(shí)，就會(huì)破壞生態(tài)平衡，造成生態(tài)失調(diào)。影響生態(tài)平衡的因素有自然因素和人為因素。自然因素包括火山噴發(fā)、地震、海嘯、泥石流、雷擊火災(zāi)等。自然因素對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的破壞在地域上說(shuō)是有一定局限性的，而且出現(xiàn)頻率一般不高。而人為因素對(duì)生態(tài)平衡的破壞卻是大量的、長(zhǎng)期的，甚至是多方面的。 人體從環(huán)境中攝取空氣、水和食物，經(jīng)過(guò)消化、吸收、合成，組成人體的細(xì)胞和組織的各種成分，并產(chǎn)生能量，維持著人體的生命活動(dòng)。同時(shí)，人體內(nèi)的不需要的代謝產(chǎn)物通過(guò)各種途徑排出體外，進(jìn)入環(huán)境。環(huán)境和人之間不斷地進(jìn)行著物質(zhì)與能量的交換。 食物鏈?zhǔn)侨祟?lèi)同周?chē)h(huán)境進(jìn)行物質(zhì)與能量交換的重要途徑。和人類(lèi)有關(guān)的食物鏈主要有兩條：一條是陸生生物食物鏈；另一條是水生生物食物鏈。因此，如果大氣、水或土壤受到某種污染，那么污染物均有可能沿食物鏈逐級(jí)傳遞，最終影響到居于食物鏈頂端的人類(lèi)。應(yīng)引起高度重視的問(wèn)題是污染物能沿食物鏈富集，使本來(lái)濃度很低的污染物富集到危險(xiǎn)的高濃度水平。如有機(jī)氯農(nóng)藥滴滴涕在水中濃度很低，但從水到魚(yú)類(lèi)、鳥(niǎo)類(lèi)的富集可達(dá)幾千萬(wàn)倍。由此引起的有機(jī)氯農(nóng)藥在人體內(nèi)的蓄積是世界性的問(wèn)題，這與食物鏈有密切關(guān)系。為此，我國(guó)和其他許多國(guó)家已停止生產(chǎn)像滴滴涕這類(lèi)農(nóng)用藥品。 16.環(huán)境的污染 人類(lèi)的活動(dòng)不斷向環(huán)境排放污染物質(zhì)，但由于大氣、水、土壤等的擴(kuò)散、稀釋、氧化還原、生物降解等的作用，污染物質(zhì)的毒性和濃度會(huì)自然降低，這種現(xiàn)象叫做環(huán)境自?xún)?。如果排放的物質(zhì)超過(guò)了環(huán)境的自?xún)裟芰?，環(huán)境質(zhì)量就發(fā)生不良變化，危害了人類(lèi)健康和生存，這就是發(fā)生了環(huán)境污染。 嚴(yán)重的環(huán)境污染會(huì)導(dǎo)致生態(tài)破壞。人類(lèi)的有些開(kāi)發(fā)活動(dòng)，盡管不排放污染物質(zhì)，也可能產(chǎn)生不良的生態(tài)影響，甚至引起生態(tài)破壞，如沙漠化、森林破壞、草場(chǎng)退化等。這種變化也不利于人及其他生物的生存，并浪費(fèi)、惡化自然資源，這種潛在性的危害也常被稱(chēng)為環(huán)境污染。 環(huán)境污染有各種類(lèi)型： 按環(huán)境要素：分大氣污染、水體污染、土壤污染 按人類(lèi)活動(dòng)分：工業(yè)環(huán)境污染、城市環(huán)境污染、農(nóng)業(yè)環(huán)境污染 按造成污染的性質(zhì)、來(lái)源分：化學(xué)污染、生物污染、物理污染（噪聲、放射性、熱、電磁波等）、固體廢物污染、能源污染 17.土壤的污染及防治 長(zhǎng)期以來(lái)，人們把大地看作處理廢棄物的場(chǎng)所，如城市垃圾、工礦企業(yè)固體廢棄物向土壤傾倒和堆放。城市污水、工業(yè)廢水、大氣沉降物也會(huì)進(jìn)入土壤，土壤污染物按其來(lái)源主要有以下幾種： （1）城市污水、工業(yè)廢水的污染及危害 城市污水、工業(yè)廢水中含有氮、磷、鉀及其他植物的營(yíng)養(yǎng)成分，不少地區(qū)用污水灌溉農(nóng)田，可使農(nóng)作物增產(chǎn)。通過(guò)污水灌溉，氮、磷及生物能降解的有機(jī)物可去除90%以上，一些有毒、有害物質(zhì)也可以被氧化分解。因此，合理適度的污水灌溉可節(jié)約農(nóng)業(yè)用水，充分利用污水中的營(yíng)養(yǎng)元素，是一種經(jīng)濟(jì)的、節(jié)省能源的污水處理方法。 但是，城市污水和工業(yè)廢水中也含有汞、鉛、鎘、砷、酚、氰化物、三氯乙醛、苯并芘等有害污染物，有些污染物不能降解，會(huì)在土壤中積累，造成嚴(yán)重后果。土壤污染使農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量下降，土壤鹽堿化、環(huán)境衛(wèi)生惡化等。因此，利用污水灌溉，特別是用工業(yè)廢水灌溉時(shí)，必須要做預(yù)處理，以除去其中的有毒、有害物質(zhì)。 （2）垃圾及工礦企業(yè)固體廢棄物的污染及危害 隨著生產(chǎn)的發(fā)展和消費(fèi)的增加，堆放垃圾和工礦企業(yè)固體廢棄物占用了大量土地。這些廢棄物不僅占用土地，損傷地表，而且會(huì)污染土壤、水體、大氣。固體廢棄物經(jīng)日曬雨淋，它們的滲出液中所含有毒物質(zhì)滲入土壤后，會(huì)改變土壤結(jié)構(gòu)，影響土壤中微生物的活動(dòng)，妨礙植物根系生長(zhǎng)或在植物機(jī)體內(nèi)積累。垃圾堆放地往往也是蚊、蠅孳生地和老鼠猖狂活動(dòng)地區(qū)，這與很多傳染病的發(fā)生有關(guān)。 （3）化肥、農(nóng)藥的污染及危害 農(nóng)田所施用的任何化肥都不可能全部被植物吸收利用，流失的化肥會(huì)隨土壤水分向下滲透，被轉(zhuǎn)移到植物根系以下或沖入江河湖泊，造成污染。磷礦石中含有鎘、鉛等雜質(zhì)，也會(huì)造成土壤污染。 農(nóng)藥也會(huì)造成土壤污染。目前農(nóng)藥污染主要是有機(jī)氯、有機(jī)磷和有機(jī)氮農(nóng)藥。有機(jī)氮農(nóng)藥在土壤中殘留時(shí)間不長(zhǎng)，但有些有致癌、致畸作用。有機(jī)磷農(nóng)藥容易降解。農(nóng)藥污染危害人體健康，主要是通過(guò)食用含有農(nóng)藥的動(dòng)、植物食品造成的。此外，大氣沉降物、牲畜排泄物、生物殘?bào)w也是土壤的重要污染源。 土壤污染的防治要與綜合利用相結(jié)合，目前主要有以下一些方法。 工礦企業(yè)固體廢棄物中含有各種資源，主要利用途徑為： （1）利用礦物廢料作建筑材料、道路工程材料、填墊材料及冶金、化工、輕工等工業(yè)原料。 （2）利用含碳、油類(lèi)或其他有機(jī)物質(zhì)的廢物，從中回收燃料。 （3）利用含有土壤、植物所需元素的廢物，作土壤改良劑和肥料。 由于城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，人口迅速向城市集中，使得垃圾排出的數(shù)量劇增。城市垃圾成分主要有煤灰、建筑渣土、果皮、菜葉、紙張、塑料、金屬、玻璃等。處理城市垃圾，應(yīng)首先回收其中可利用的廢舊物資，如廢紙、廢金屬、舊織物、玻璃等，然后再進(jìn)行以下處理： （1）垃圾填埋? 利用坑洼地填埋垃圾，是一種既可處置廢棄物又可復(fù)土造地的保護(hù)環(huán)境措施。但應(yīng)防止垃圾液滲出對(duì)土壤、水源的污染。 （2）垃圾焚化? 垃圾在現(xiàn)代焚化爐內(nèi)燃燒后，剩余物的體積比原體積大大縮小，便于填埋。同時(shí)消滅了各種病原體，把一些有毒、有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)。通過(guò)燃燒還可以回收熱能，可供熱水和發(fā)電等。 （3）垃圾壓縮處理? 垃圾經(jīng)壓縮可以減小體積，便于運(yùn)輸和填埋。近年來(lái)，日本采用高壓壓縮垃圾，制成垃圾塊，用作填海造地材料。 防止土壤污染還應(yīng)包括土壤保護(hù)、植樹(shù)造林等生物措施以及對(duì)已污染土壤的治理等。 18.水污染及防治 水的污染有兩類(lèi)。一類(lèi)是自然因素造成的，如地下水流動(dòng)把地層中某些礦物溶解，使某些地區(qū)水中鹽分、某些元素含量偏高或因動(dòng)植物腐爛產(chǎn)生的毒物而影響了當(dāng)?shù)氐乃|(zhì)等。另一類(lèi)是人為因素造成的，主要是工業(yè)排放的廢水。此外，還包括生活污水、農(nóng)田排水、降雨淋洗大氣中的污染物以及堆積在大地上的垃圾經(jīng)降雨淋洗流入水體的污染物。 水體污染物種類(lèi)繁多，依據(jù)污染物質(zhì)所造成的環(huán)境問(wèn)題，主要有以下類(lèi)型： （1）酸、堿、鹽等無(wú)機(jī)物污染及危害 水體中酸、堿、鹽等無(wú)機(jī)物的污染，主要來(lái)自冶金、化學(xué)纖維、造紙、印染、煉油、農(nóng)藥等工業(yè)廢水及酸雨。水體的pH小于6.5或大于8.5時(shí)，都會(huì)使水生生物受到不良影響，嚴(yán)重時(shí)造成魚(yú)蝦絕跡。水體含鹽量增高，影響工農(nóng)業(yè)及生活用水的水質(zhì)，用其灌溉農(nóng)田會(huì)使土地鹽堿化。 （2）重金屬污染及危害 污染水體的重金屬有汞、鎘、鉛、鉻、釩、鈷、鋇等。其中汞的毒性最大，鎘、鉛、鉻也有較大危害，砷由于毒性與重金屬相似，經(jīng)常與重金屬列在一起。重金屬在工廠、礦山生產(chǎn)過(guò)程中隨廢水排出，進(jìn)入水體后不能被微生物降解，經(jīng)食物鏈的富集作用，能逐級(jí)在較高級(jí)生物體內(nèi)千百倍地增加含量，最終進(jìn)入人體。例如，20世紀(jì)50年代發(fā)生在日本的水俁（音yǔ）病，就是因水俁市一家化工廠排出的廢水中含有甲基汞，廢水排入港灣，經(jīng)食物鏈富集到魚(yú)、貝體中，人吃了魚(yú)、貝而中毒。水俁病患者語(yǔ)言不清，走路不穩(wěn)，四肢麻木，嚴(yán)重的眼睛失明，吞咽困難，甚至死亡。 （3）耗氧物質(zhì)污染及危害 生活污水、食品加工和造紙等工業(yè)廢水，含有碳水化合物、蛋白質(zhì)、油脂、木質(zhì)素等有機(jī)物質(zhì)。這些物質(zhì)懸浮或溶解于污水中，經(jīng)微生物的生物化學(xué)作用而分解。在分解過(guò)程中要消耗氧氣，因而被稱(chēng)為耗氧污染物。這類(lèi)污染物造成水中溶解氧減少，影響魚(yú)類(lèi)和其他水生生物的生長(zhǎng)。水中溶解氧耗盡后，有機(jī)物將進(jìn)行厭氧分解，產(chǎn)生H2S、NH3和一些有難聞氣味的有機(jī)物，使水質(zhì)進(jìn)一步惡化。 （4）植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)污染及危害 生活污水和某些工業(yè)廢水中，經(jīng)常含有一定量的氮和磷等植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；施用磷肥、氮肥的農(nóng)田水中，常含有磷和氮；含洗滌劑的污水中也有不少的磷。水體中過(guò)量的磷和氮，成為水中微生物和藻類(lèi)的營(yíng)養(yǎng)，使得藍(lán)綠藻和紅藻迅速生長(zhǎng)，它們的繁殖、生長(zhǎng)、腐敗，引起水中氧氣大量減少，導(dǎo)致魚(yú)蝦等水生生物死亡，使水質(zhì)惡化。這種由于水體中植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)過(guò)多蓄積而引起的污染，叫做水體的“富營(yíng)養(yǎng)化”。這種現(xiàn)象在海灣出現(xiàn)叫做“赤潮”。我國(guó)南方的一些湖泊已經(jīng)出現(xiàn)了富營(yíng)養(yǎng)化的趨勢(shì)。 合成洗滌劑由表面活性劑、增凈劑等組成。表面活性劑在環(huán)境中存留時(shí)間較長(zhǎng)，消耗水體中的溶解氧，對(duì)水生生物有毒性，能造成魚(yú)類(lèi)畸形。增凈劑如磷酸鹽，可使水體富營(yíng)養(yǎng)化。洗滌劑污水有大量泡沫，給污水處理廠的運(yùn)轉(zhuǎn)帶來(lái)困難。 （5）石油污染及危害 在石油的開(kāi)采、貯運(yùn)、煉制及使用過(guò)程中，由于原油和各種石油制品進(jìn)入環(huán)境而造成污染。當(dāng)前，石油對(duì)海洋的污染，已成為世界性的嚴(yán)重問(wèn)題。近年來(lái)，一般每年排入海洋的石油及其制品高達(dá)1 000萬(wàn)噸左右。 石油污染會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重后果。因?yàn)槭偷母鞣N成分都有一定毒性，同時(shí)它還會(huì)破壞生物的正常生活環(huán)境，造成生物機(jī)能障礙。石油在海水中形成油膜，影響海洋綠色植物的光合作用，使海獸、海鳥(niǎo)失去游泳和飛行的能力。黏度大的石油能堵塞水生動(dòng)物的呼吸和進(jìn)水系統(tǒng)，使之窒息死亡。石油污染還會(huì)破壞海濱風(fēng)景區(qū)和海濱浴場(chǎng)。 （6）難降解有機(jī)物污染及危害 隨著石油化學(xué)工業(yè)的發(fā)展，生產(chǎn)出很多自然界沒(méi)有的、難分解和有毒的有機(jī)化合物。污染水體的主要是有機(jī)氯農(nóng)藥、多環(huán)有機(jī)化合物、有機(jī)氮化合物、有機(jī)重金屬化合物、合成洗滌劑等。 此外，對(duì)水體造成污染的還有氰化物、酚等無(wú)機(jī)、有機(jī)污染物。其他類(lèi)型的還有病原體污染、放射性污染、懸浮固體物污染、熱污染等。 19.大氣污染的危害 人必須依靠呼吸新鮮空氣來(lái)維持生命，一個(gè)成年人，平均每天呼吸20 000次，平均吸入15 kg空氣，其質(zhì)量大約相當(dāng)于每天所需食物及飲水質(zhì)量的10倍。有報(bào)道指出，人可以幾天不喝水，不吃東西，但不能幾分鐘不呼吸。 大氣污染物主要通過(guò)呼吸道進(jìn)入人體，也有少量通過(guò)接觸和刺激體表進(jìn)入人體。人體吸入的空氣經(jīng)過(guò)鼻腔、咽部、喉頭、氣管、支氣管后進(jìn)入肺泡，并在肺泡上進(jìn)行氣體交換。當(dāng)血液通過(guò)肺泡毛細(xì)管時(shí)，放出二氧化碳，吸收氧氣。含氧的血液被輸送到人體各部分，供人體組織和細(xì)胞新陳代謝用。如果生活在煙霧迷漫的環(huán)境中，空氣中的有毒、有害污染物就會(huì)溶于體液或沉積在肺泡上，輕者會(huì)使上呼吸道受到刺激而有不適感，重者會(huì)引起疾病，使呼吸道和肺功能損害，引起病變。 大氣污染對(duì)人體健康的危害大致可分為急性中毒、慢性中毒和致畸致癌作用等三種。 急性中毒發(fā)生在某些特殊條件下。例如，工廠在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)生事故，造成大量有害氣體泄漏；外界氣候條件突然變化等，都會(huì)引起人群的急性中毒。例如，震驚世界的倫敦?zé)熿F事件、美國(guó)聯(lián)合碳化物公司印度博帕爾市農(nóng)藥廠劇毒氣體泄漏事件等。 慢性中毒主要表現(xiàn)在人體長(zhǎng)期連續(xù)地吸入低濃度的污染物導(dǎo)致患病率上升。二氧化硫、飄塵、氮氧化物等即使?jié)舛群艿鸵材艽碳ず粑到y(tǒng)，誘發(fā)呼吸道的各種炎癥。日本“四日市哮喘病”是慢性中毒的典型例子。 致畸致癌作用指的是隨著空氣污染的加劇，空氣中致畸致癌物質(zhì)的含量日益增多，造成嬰兒畸形和癌癥的發(fā)病率增高。城市中肺癌發(fā)病率、死亡率往往高于農(nóng)村，就是一個(gè)典型的例子。 除硫氧化物、氮氧化物、飄塵等對(duì)人體健康有很大危害外，氟化物、有毒重金屬如鉛、鎘、鋅、鈦、錳、釩、鋇、汞等，以及砷等，都可能引起人體慢性中毒，有的可引起癌癥。 20.酸雨及其危害 目前，一般把pH小于5.6的雨水稱(chēng)為酸雨，它包括雨、雪、霧、雹等降水過(guò)程。 一般地說(shuō)，天然降水都偏酸性，pH約在6左右。這是由于大氣中的CO2溶解在潔凈的雨水里形成碳酸的緣故，降水的微弱酸性可以促進(jìn)土壤里養(yǎng)分的溶解，便于植物吸收，因此是有益的。但是，當(dāng)降水的酸度增大，pH小于5.6時(shí)，對(duì)生態(tài)就會(huì)產(chǎn)生不良影響。 酸雨的危害大致有以下幾個(gè)方面： （1）對(duì)人體健康的直接危害，硫酸霧和硫酸鹽霧的毒性比二氧化硫大得多，可以侵入肺的深部組織，引起肺水腫等疾病而使人致死。 （2）引起河流、湖泊的水體酸化，嚴(yán)重影響水生動(dòng)植物的生長(zhǎng)。 （3）破壞土壤、植被、森林。 （4）腐蝕金屬、油漆、皮革、紡織品及建筑材料等。 （5）滲入地下，可能引起地下水酸化，酸化的水中鋁、銅、鋅、鎘的含量比中性地下水中高很多倍。 酸雨是怎樣形成的呢？ 分析表明，酸雨中的酸度主要是由硫酸和硝酸造成的，它們占總酸度的90%以上，其余為一些弱酸。從我國(guó)的情況來(lái)看，酸雨中含硫酸一般比硝酸多，主要是硫酸型酸雨。酸雨的形成是一種復(fù)雜的大氣化學(xué)和大氣物理過(guò)程，目前世界各國(guó)對(duì)酸雨的形成機(jī)理還不很清楚。一般認(rèn)為，酸雨是由于人為排放的二氧化硫等酸性氣體進(jìn)入大氣后，造成局部地區(qū)大氣中的二氧化硫富集，在水凝結(jié)過(guò)程中溶解于水形成亞硫酸，然后經(jīng)某些污染物的催化作用及氧化劑的氧化作用生成硫酸，隨雨水降下形成酸雨。形成酸雨還要有一定的環(huán)境氣候條件，如濕度高、雨量大、無(wú)風(fēng)，以及一定的地理因素等。 煤和石油中往往含有硫，在燃燒時(shí)，絕大部分硫轉(zhuǎn)變成二氧化硫隨煙氣排到空中，在一定條件下形成酸雨。 我國(guó)的酸雨問(wèn)題有以下特點(diǎn)： （1）酸雨分布面廣，據(jù)23個(gè)省、市、自治區(qū)調(diào)查情況表明，有20個(gè)出現(xiàn)酸雨。 （2）酸雨分布存在著明顯的區(qū)域性，主要集中在西南、中南和華東地區(qū)，并且有從北到南逐漸加重的趨勢(shì)。 （3）不少地區(qū)的酸雨已相當(dāng)嚴(yán)重，而且逐年加重。 （4）酸雨的發(fā)展速度很快。 （5）酸雨主要是由硫酸及硫酸鹽引起的。 如何防治酸雨呢？ 要防治酸雨的污染，最根本的途徑是減少人為的污染物排放。人為排放的二氧化硫主要是由于燃燒高硫煤（煤中一般含硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%～5%）造成的，因此，研究煤炭中硫資源的綜合開(kāi)發(fā)與利用，是防治酸雨的有效途徑。具體做法是大力進(jìn)行煤炭洗選加工，綜合開(kāi)發(fā)煤、硫資源；對(duì)于高硫煤和低硫煤實(shí)行分產(chǎn)分運(yùn)，合理使用；在煤炭燃燒過(guò)程中，采取排煙脫硫技術(shù)，回收二氧化硫，生產(chǎn)硫酸；發(fā)展脫硫煤、成型煤供民用；有計(jì)劃地進(jìn)行城市煤氣化等。 21.綠色化學(xué) （1）綠色化學(xué)的含義 綠色化學(xué)（Green Chemistry）又稱(chēng)環(huán)境無(wú)害化學(xué)（Environmentally Benign Chemistry）、環(huán)境友好化學(xué)（Environmentally Friendly Chemistry）、清潔化學(xué)（Clean Chemistry）。 20世紀(jì)90年代初，化學(xué)家提出與傳統(tǒng)的“治理污染”觀念不同的“綠色化學(xué)”的觀念，它要求任何一個(gè)化學(xué)有關(guān)的活動(dòng)（包括化學(xué)原料的使用、化學(xué)和化學(xué)工程以及最終產(chǎn)品）對(duì)人類(lèi)的健康和環(huán)境都應(yīng)該是友好的。綠色化學(xué)的理想在于不再使用有毒、有害的物質(zhì)，不再產(chǎn)生廢物。從科學(xué)觀點(diǎn)看，綠色化學(xué)是化學(xué)科學(xué)基礎(chǔ)內(nèi)容的更新；從環(huán)境觀點(diǎn)看，它強(qiáng)調(diào)從源頭上消除污染；從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)看，它提倡合理利用資源和能源，降低生產(chǎn)成本，這是符合可持續(xù)發(fā)展要求的。 綠色化學(xué)的基本原則： ①防治污染的產(chǎn)生優(yōu)于治理產(chǎn)生的污染； ②原子經(jīng)濟(jì)性（設(shè)計(jì)的合成方法應(yīng)將反應(yīng)過(guò)程中所用的材料，盡可能全部地轉(zhuǎn)化到最終產(chǎn)品中）； ③只要可行，應(yīng)盡量采用對(duì)人類(lèi)和環(huán)境低毒或無(wú)毒的合成路線； ④設(shè)計(jì)的化學(xué)品應(yīng)能保留其功效，降低其毒性； ⑤應(yīng)盡可能避免使用輔助物質(zhì)（如溶劑、分離試劑等），如使用也應(yīng)是無(wú)毒的； ⑥應(yīng)考慮到能源消耗對(duì)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的影響，并應(yīng)盡量少地使用能源（在常溫、常壓下進(jìn)行）； ⑦只要技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上可行，原料應(yīng)是可再生的，而不是即將耗竭的； ⑧盡量避免不必要的衍生步驟（阻斷基團(tuán)、保護(hù)和脫保護(hù)等）； ⑨催化劑（盡可能好的選擇性）優(yōu)于化學(xué)計(jì)量性試劑； ⑩化工產(chǎn)品在完成其使命后，應(yīng)能降解為無(wú)害的物質(zhì)，而不應(yīng)殘留在環(huán)境中； 應(yīng)進(jìn)一步發(fā)展分析方法，使有害物質(zhì)在生成前能夠進(jìn)行即時(shí)在線跟蹤和控制； 在化學(xué)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，所選用的物質(zhì)和物質(zhì)的形態(tài)盡可能地降低發(fā)生化學(xué)事故的可能性（包括泄漏、爆炸、火災(zāi)等）。 上述12項(xiàng)綠色化學(xué)的原則，反映了近年來(lái)在綠色化學(xué)領(lǐng)域中所開(kāi)展的多方面的研究工作內(nèi)容，也指明了未來(lái)發(fā)展綠色化學(xué)的方向，目前逐漸為國(guó)際化學(xué)界所接受。 化學(xué)反應(yīng)的“原子經(jīng)濟(jì)性”（Atom economy）概念是綠色化學(xué)的核心內(nèi)容之一，最早由美國(guó)斯坦福大學(xué)的B.M.Trost教授提出，他針對(duì)傳統(tǒng)上一般僅用經(jīng)濟(jì)性來(lái)衡量化學(xué)工藝是否可行的做法，明確指出應(yīng)該用一種新的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)評(píng)估化學(xué)工藝過(guò)程，即選擇性和原子經(jīng)濟(jì)性，原子經(jīng)濟(jì)性考慮的是在化學(xué)反應(yīng)中究竟有多少原料的原子進(jìn)入到了產(chǎn)品之中，這一標(biāo)準(zhǔn)既要求盡可能地節(jié)約不可再生資源，又要求最大限度地減少?gòu)U棄物排放。理想的原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)是原料分子中的原子百分之百地轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物，不產(chǎn)生副產(chǎn)物或廢物，實(shí)現(xiàn)廢物的“零排放”（Zero emission）?！霸咏?jīng)濟(jì)性”的概念目前也被普遍承認(rèn)。B.M.Trost獲得xx年美國(guó)“總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)”的學(xué)術(shù)獎(jiǎng)。 （2）綠色化學(xué)在行動(dòng) 綠色化學(xué)作為未來(lái)化學(xué)工業(yè)發(fā)展的方向和基礎(chǔ)，越來(lái)越受到各國(guó)政府、企業(yè)和學(xué)術(shù)界的關(guān)注。例如，1995年在美國(guó)設(shè)立了“總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)”，旨在獎(jiǎng)勵(lì)在創(chuàng)造性研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用綠色化學(xué)基本原理方面取得杰出成就的個(gè)人、集體或組織。它共包括5個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)：學(xué)術(shù)獎(jiǎng)、中小企業(yè)獎(jiǎng)、新合成路線獎(jiǎng)、新工藝獎(jiǎng)和安全化學(xué)品設(shè)計(jì)獎(jiǎng)。 在xx年出版的《綠色化學(xué)的理論與實(shí)踐》一書(shū)是綠色化學(xué)的經(jīng)典之作，其中詳細(xì)闡述了綠色化學(xué)的定義、原則、評(píng)估方法及發(fā)展趨勢(shì)。由英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)主辦的國(guó)際性雜志《綠色化學(xué)》于xx年創(chuàng)刊，其內(nèi)容涉及清潔化工生產(chǎn)技術(shù)的多方面研究成果、綜述和其他信息，并涵蓋了國(guó)際上通過(guò)化學(xué)品的應(yīng)用或加工來(lái)減輕對(duì)環(huán)境影響的學(xué)術(shù)研究活動(dòng)。 沿著一些美國(guó)綠色化學(xué)獎(jiǎng)的頒獎(jiǎng)軌跡，我們可以看出目前綠色化學(xué)工藝與技術(shù)研究的主要成果和趨勢(shì)： ①開(kāi)發(fā)“原子經(jīng)濟(jì)性”反應(yīng) 近年來(lái)，開(kāi)發(fā)原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)已成為綠色化學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。例如，環(huán)氧丙烷是生產(chǎn)聚氨酯塑料的重要原料，傳統(tǒng)上主要采用二步反應(yīng)的氯醇法，不僅使用可能帶來(lái)危險(xiǎn)的氯氣，而且還產(chǎn)生大量污染環(huán)境的含氯化鈣廢水，國(guó)內(nèi)外均在開(kāi)發(fā)催化氧化丙烯制環(huán)氧丙烷的原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)新方法。再如，EniChem公司采用鈦硅分子篩催化劑，將環(huán)己酮、氨、過(guò)氧化氫反應(yīng)，可直接合成環(huán)己酮肟。對(duì)于已在工業(yè)上應(yīng)用的原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)，也還需要從環(huán)境保護(hù)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)等方面繼續(xù)研究和改進(jìn)。實(shí)現(xiàn)反應(yīng)的高原子經(jīng)濟(jì)性，就要通過(guò)開(kāi)發(fā)新的反應(yīng)途徑、用催化反應(yīng)代替化學(xué)計(jì)量反應(yīng)等手段，1997年的新合成路線獎(jiǎng)的獲得者BCH公司的工作即是一個(gè)很好的例證。該公司開(kāi)發(fā)了一種合成布洛芬的新工藝（布洛芬是一種廣泛使用的非類(lèi)固醇類(lèi)的鎮(zhèn)靜、止痛藥物），傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝包括6步化學(xué)計(jì)量反應(yīng)，原子的有效利用率低于40%，新工藝采用3步催化反應(yīng)，原子的有效利用率達(dá)80%，如果再考慮副產(chǎn)物乙酸的回收利用，則原子利用率達(dá)到99%。 ②采用無(wú)毒、無(wú)害的原料 為了人類(lèi)健康和環(huán)境安全，需要用無(wú)毒無(wú)害的原料代替有毒有害的原料生產(chǎn)所需的化工產(chǎn)品。例如，Monsanto公司以無(wú)毒無(wú)害的二乙醇胺為原料，經(jīng)過(guò)催化脫氫，開(kāi)發(fā)了安全生產(chǎn)氨基二乙酸鈉的工藝，改變了過(guò)去的以氨、甲醛和氫氰酸為原料的二步合成路線，并因此獲得了1996年美國(guó)總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)中的新合成路線獎(jiǎng)。另外，國(guó)外還開(kāi)發(fā)了由異丁烯生產(chǎn)甲基丙烯酸甲酯的新合成路線，取代了以丙酮和氫氰酸為原料的丙酮氰醇法。 ③采用無(wú)毒、無(wú)害的催化劑 目前烴類(lèi)的烷基化反應(yīng)一般使用氫氟酸、硫酸、三氯化鋁等液體酸性催化劑，這些催化劑的共同缺點(diǎn)，是對(duì)設(shè)備的嚴(yán)重腐蝕、對(duì)人身的危害和產(chǎn)生廢渣、污染環(huán)境等。目前，國(guó)內(nèi)外正從分子篩、雜多酸、超強(qiáng)酸等新催化材料中大力開(kāi)發(fā)烷基化的固體酸催化劑。例如，異丁烷與丁烯的烷基化是煉油工業(yè)中提供高辛烷值組分的一項(xiàng)重要工藝，目前主要使用氫氟酸或硫酸為催化劑，有些公司開(kāi)發(fā)了一種負(fù)載型磺酸鹽/SiO2催化劑和固體酸催化的異丁烷/丁烯烷基化新工藝。 ④采用無(wú)毒、無(wú)害的溶劑、助劑 大量與化工生產(chǎn)相關(guān)的污染問(wèn)題，不僅來(lái)源于原料和產(chǎn)品，而且來(lái)源于制造過(guò)程中使用的物質(zhì)，最常見(jiàn)的是反應(yīng)介質(zhì)、配方和分離中所用的溶劑。當(dāng)前廣泛使用的溶劑是揮發(fā)性有機(jī)化合物，使用過(guò)程中有的會(huì)破壞臭氧層，有的會(huì)危害人體健康，因此，需要限制這類(lèi)溶劑的使用。采用無(wú)毒無(wú)害的溶劑代替揮發(fā)性有機(jī)化合物溶劑已成為綠色化學(xué)的重要研究方向。目前，最活躍的研究項(xiàng)目是開(kāi)發(fā)超臨界流體，特別是超臨界二氧化碳作溶劑。1997年的學(xué)術(shù)獎(jiǎng)授予North Carolina大學(xué)的J.M.DeSimone教授，獎(jiǎng)勵(lì)他設(shè)計(jì)了一類(lèi)表面活性劑，這種表面活性劑是親二氧化碳的物質(zhì)，可以產(chǎn)生親二氧化碳和親溶質(zhì)的兩性作用，從而使得二氧化碳可廣泛地作為溶劑使用以代替含鹵素的常規(guī)有機(jī)溶劑。 除采用超臨界溶劑外，還有研究水或近臨界水作為溶劑以及有機(jī)溶劑/水相界面反應(yīng)。以水為介質(zhì)的有機(jī)合成反應(yīng)是環(huán)境友好合成反應(yīng)的一個(gè)重要組成部分，水相中的有機(jī)反應(yīng)，操作簡(jiǎn)便、安全，沒(méi)有有機(jī)溶劑的易燃、易爆等問(wèn)題，資源豐富、成本低、無(wú)污染。雖然水是潛在的環(huán)境友好的反應(yīng)介質(zhì)，但以水為介質(zhì)必然引出許多新問(wèn)題，如有機(jī)底物在水中的疏水作用，反應(yīng)底物和試劑在水中的穩(wěn)定性，水中大量存在的氫鍵對(duì)反應(yīng)的影響，有可能改變反應(yīng)的機(jī)理等，因此，水相有機(jī)合成反應(yīng)的研究成為有機(jī)合成