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开 本: 大32开纸 张: 胶版纸包 装: 圆脊精装是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787030668684丛书名: 绿色化学前沿丛书
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化学工业,无污染技术
内容简介
绿色化学是化学学科发展的必然趋势，是实现化学工业可持续发展的必由之路。《绿色化学与可持续发展》讨论了绿色化学的主要内容，包括绿色化学反应、环境友好介质、二氧化碳转化利用、生物质的资源化利用、绿色产晶、化学反应强化、绿色化工科学与技术等内容，其中包括一些国内外近期研究成果和重要进展，展望了其发展趋势，探讨了绿色化学与可持续发展的关系。
目 录
目录
总序
前言
第1章 绪论 1
1.1 绿色化学的内涵 1
1.2 绿色化学的发展历史 2
1.3 可持续发展的内涵 4
1.4 绿色化学与可持续发展的关系 5
1.5 绿色化学评估标准的建立 5
1.5.1 原料的绿色化评估 6
1.5.2 化学反应过程的绿色化评估 6
1.6 本书的主要内容 8
参考文献 8
第2章 绿色化学反应 9
2.1 开发原子经济性反应路线 9
2.1.1 原子经济性概念 9
2.1.2 提高原子利用率的途径 13
2.2 绿色催化剂 20
2.2.1 固体酸碱催化 20
2.2.2 均相催化剂多相化 28
2.2.3 非金属催化剂 32
2.2.4 生物质基催化剂 34
2.2.5 利用废弃物制备催化剂 35
2.2.6 多相金属催化 36
2.2.7 生物及仿生催化 40
2.3 绿色原料 41
2.3.1 H2O2的利用 41
2.3.2 分子氧的利用 43
2.3.3 碳酸二甲酯的利用 45
2.4 小结 48
参考文献 48
第3章 环境友好介质 57
3.1 水 57
3.2 离子液体 61
3.2.1 离子液体在化学反应中的应用 63
3.2.2 离子液体在萃取分离中的应用 67
3.2.3 离子液体在材料合成中的应用 69
3.3 超临界流体 71
3.3.1 超临界流体在化学反应中的应用 71
3.3.2 超临界流体在萃取分离中的应用 74
3.3.3 超临界流体在材料合成中的应用 75
3.4 生物质基溶剂 76
3.5 其他绿色溶剂 77
3.6 混合绿色介质 78
3.6.1 超临界CO2/水混合绿色介质 78
3.6.2 超临界CO2/离子液体体系 79
3.6.3 离子液体/水或有机溶剂混合体系 80
3.6.4 CO2/离子液体+其他溶剂组成的多元体系 81
3.6.5 CO2膨胀有机溶剂体系 82
3.6.6 其他混合绿色溶剂体系 83
3.7 无溶剂合成 84
3.8 小结 85
参考文献 85
第4章 二氧化碳转化利用 97
4.1 CO2参与构筑C-0键合成酯类化合物 98
4.1.1 碳酸二甲酯 98
4.1.2 环状碳酸酯 101
4.1.3 聚碳酸酯 110
4.2 CO2参与构筑C-C键合成羧酸类化合物 112
4.2.1 碳碳双键和碳碳三键的羧化反应 112
4.2.2 卤代烃与CO2的羧化反应 114
4.2.3 醚与CO2的羧化反应 116
4.2.4 醇与CO2的羧化反应 116
4.3 CO2参与构筑C-N键合成含氮化合物 118
4.3.1 CO2与胺反应制备脲 118
4.3.2 喹唑啉酮类化合物的合成 119
4.3.3 噁唑啉酮类化合物的合成 121
4.3.4 甲酰胺类化合物的合成 121
4.3.5 氨基酸酯类化合物的合成 123
4.4 CO2作为甲基源 124
4.4.1 甲基化反应 124
4.4.2 O-甲基化反应 125
4.5 CO2自身加氢反应 126
4.5.1 CO2加氢制备C1产物 127
4.5.2 CO2可控加氢和碳碳偶联 131
4.6 小结 133
参考文献 133
第5章 生物质的资源化利用 144
5.1 木质纤维素转化为化学品和燃料 144
5.1.1 热化学法转化 144
5.1.2 水解法转化 147
5.2 油脂转化 165
5.2.1 制备生物柴油 165
5.2.2 甘油转化 166
5.3 甲壳素转化 167
5.4 微藻转化利用 168
5.5 生物质基功能材料合成 169
5.6 小结 169
参考文献 169
第6章 绿色产品 178
6.1 绿色产品的特征 178
6.2 绿色产品的评价及其认证 179
6.2.1 绿色产品的评价 179
6.2.2 绿色产品的认证 179
6.3 绿色产品的设计 180
6.3.1 绿色产品设计的概念 180
6.3.2 绿色产品设计的重要性 181
6.3.3 绿色产品设计的目的和内容 181
6.4 绿色农药 182
6.4.1 生物农药 182
6.4.2 绿色化学农药 184
6.5 绿色材料 185
6.5.1 绿色高分子材料 185
6.5.2 可降解有机材料 192
6.5.3 绿色无机材料 196
6.5.4 绿色建筑材料 197
6.5.5 生物质基材料 199
6.6 小结 200
参考文献 200
第7章 化学反应强化 206
7.1 微波辅助绿色合成 206
7.1.1 微波促进化学反应 206
7.1.2 微波促进生物质热解 210
7.1.3 微波促进材料合成 211
7.1.4 微波合成装置 213
7.2 超声波辅助绿色合成 214
7.2.1 超声波促进化学反应 215
7.2.2 超声波促进材料合成 217
7.3 电催化 217
7.3.1 电催化处理环境污染物 218
7.3.2 电解水制氢 219
7.3.3 电催化CO2还原 222
7.3.4 电催化固氮 226
7.3.5 有机电合成 227
7.4 光催化 229
7.4.1 光催化降解有机污染物 230
7.4.2 光解水制氢 231
7.4.3 光催化CO2还原 233
7.4.4 光催化生物质转化 235
7.4.5 光催化N 2还原 235
7.4.6 光催化有机合成 236
7.5 光电催化 237
7.6 小结 239
参考文献 239
第8章 绿色化工科学与技术 249
8.1 绿色反应工程科学与技术 249
8.1.1 绿色催化 249
8.1.2 反应器 250
8.1.3 绿色反应路线与工艺 253
8.2 绿色分离工程科学与技术 259
8.2.1 膜分离技术 259
8.2.2 分子蒸馏技术 261
8.2.3 超临界萃取技术 263
8.2.4 离子液体萃取技术 264
8.2.5 微波萃取技术 266
8.2.6 超声波萃取技术 267
8.2.7 绿色分离技术实例 267
8.3 微化工技术 270
8.4 小结 271
参考文献 271
第9章 思考与展望 275
总序
前言
第1章 绪论 1
1.1 绿色化学的内涵 1
1.2 绿色化学的发展历史 2
1.3 可持续发展的内涵 4
1.4 绿色化学与可持续发展的关系 5
1.5 绿色化学评估标准的建立 5
1.5.1 原料的绿色化评估 6
1.5.2 化学反应过程的绿色化评估 6
1.6 本书的主要内容 8
参考文献 8
第2章 绿色化学反应 9
2.1 开发原子经济性反应路线 9
2.1.1 原子经济性概念 9
2.1.2 提高原子利用率的途径 13
2.2 绿色催化剂 20
2.2.1 固体酸碱催化 20
2.2.2 均相催化剂多相化 28
2.2.3 非金属催化剂 32
2.2.4 生物质基催化剂 34
2.2.5 利用废弃物制备催化剂 35
2.2.6 多相金属催化 36
2.2.7 生物及仿生催化 40
2.3 绿色原料 41
2.3.1 H2O2的利用 41
2.3.2 分子氧的利用 43
2.3.3 碳酸二甲酯的利用 45
2.4 小结 48
参考文献 48
第3章 环境友好介质 57
3.1 水 57
3.2 离子液体 61
3.2.1 离子液体在化学反应中的应用 63
3.2.2 离子液体在萃取分离中的应用 67
3.2.3 离子液体在材料合成中的应用 69
3.3 超临界流体 71
3.3.1 超临界流体在化学反应中的应用 71
3.3.2 超临界流体在萃取分离中的应用 74
3.3.3 超临界流体在材料合成中的应用 75
3.4 生物质基溶剂 76
3.5 其他绿色溶剂 77
3.6 混合绿色介质 78
3.6.1 超临界CO2/水混合绿色介质 78
3.6.2 超临界CO2/离子液体体系 79
3.6.3 离子液体/水或有机溶剂混合体系 80
3.6.4 CO2/离子液体+其他溶剂组成的多元体系 81
3.6.5 CO2膨胀有机溶剂体系 82
3.6.6 其他混合绿色溶剂体系 83
3.7 无溶剂合成 84
3.8 小结 85
参考文献 85
第4章 二氧化碳转化利用 97
4.1 CO2参与构筑C-0键合成酯类化合物 98
4.1.1 碳酸二甲酯 98
4.1.2 环状碳酸酯 101
4.1.3 聚碳酸酯 110
4.2 CO2参与构筑C-C键合成羧酸类化合物 112
4.2.1 碳碳双键和碳碳三键的羧化反应 112
4.2.2 卤代烃与CO2的羧化反应 114
4.2.3 醚与CO2的羧化反应 116
4.2.4 醇与CO2的羧化反应 116
4.3 CO2参与构筑C-N键合成含氮化合物 118
4.3.1 CO2与胺反应制备脲 118
4.3.2 喹唑啉酮类化合物的合成 119
4.3.3 噁唑啉酮类化合物的合成 121
4.3.4 甲酰胺类化合物的合成 121
4.3.5 氨基酸酯类化合物的合成 123
4.4 CO2作为甲基源 124
4.4.1 甲基化反应 124
4.4.2 O-甲基化反应 125
4.5 CO2自身加氢反应 126
4.5.1 CO2加氢制备C1产物 127
4.5.2 CO2可控加氢和碳碳偶联 131
4.6 小结 133
参考文献 133
第5章 生物质的资源化利用 144
5.1 木质纤维素转化为化学品和燃料 144
5.1.1 热化学法转化 144
5.1.2 水解法转化 147
5.2 油脂转化 165
5.2.1 制备生物柴油 165
5.2.2 甘油转化 166
5.3 甲壳素转化 167
5.4 微藻转化利用 168
5.5 生物质基功能材料合成 169
5.6 小结 169
参考文献 169
第6章 绿色产品 178
6.1 绿色产品的特征 178
6.2 绿色产品的评价及其认证 179
6.2.1 绿色产品的评价 179
6.2.2 绿色产品的认证 179
6.3 绿色产品的设计 180
6.3.1 绿色产品设计的概念 180
6.3.2 绿色产品设计的重要性 181
6.3.3 绿色产品设计的目的和内容 181
6.4 绿色农药 182
6.4.1 生物农药 182
6.4.2 绿色化学农药 184
6.5 绿色材料 185
6.5.1 绿色高分子材料 185
6.5.2 可降解有机材料 192
6.5.3 绿色无机材料 196
6.5.4 绿色建筑材料 197
6.5.5 生物质基材料 199
6.6 小结 200
参考文献 200
第7章 化学反应强化 206
7.1 微波辅助绿色合成 206
7.1.1 微波促进化学反应 206
7.1.2 微波促进生物质热解 210
7.1.3 微波促进材料合成 211
7.1.4 微波合成装置 213
7.2 超声波辅助绿色合成 214
7.2.1 超声波促进化学反应 215
7.2.2 超声波促进材料合成 217
7.3 电催化 217
7.3.1 电催化处理环境污染物 218
7.3.2 电解水制氢 219
7.3.3 电催化CO2还原 222
7.3.4 电催化固氮 226
7.3.5 有机电合成 227
7.4 光催化 229
7.4.1 光催化降解有机污染物 230
7.4.2 光解水制氢 231
7.4.3 光催化CO2还原 233
7.4.4 光催化生物质转化 235
7.4.5 光催化N 2还原 235
7.4.6 光催化有机合成 236
7.5 光电催化 237
7.6 小结 239
参考文献 239
第8章 绿色化工科学与技术 249
8.1 绿色反应工程科学与技术 249
8.1.1 绿色催化 249
8.1.2 反应器 250
8.1.3 绿色反应路线与工艺 253
8.2 绿色分离工程科学与技术 259
8.2.1 膜分离技术 259
8.2.2 分子蒸馏技术 261
8.2.3 超临界萃取技术 263
8.2.4 离子液体萃取技术 264
8.2.5 微波萃取技术 266
8.2.6 超声波萃取技术 267
8.2.7 绿色分离技术实例 267
8.3 微化工技术 270
8.4 小结 271
参考文献 271
第9章 思考与展望 275
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第1章 绪论
目前，资源短缺日趋严重，大量排放的工业污染物和生活废弃物使环境不断恶化，人类正面临着前所未有的资源、能源和环境危机。如何妥善解决资源、环境与经济之间的矛盾是人类面临的重大难题。
化学工业在人类社会进步和发展中具有不可替代的作用，为人类提供了重要的物质保障。人类所使用的大部分产品的制备涉及一个或多个化工过程。然而，许多传统的化学工业造成严重的环境污染和浪费，甚至直接导致人身伤亡事故。此外，地球上的资源非常有限，资源与环境是人类赖以生存和发展的基础。如何使化学在创造物质财富的同时不破坏环境，节省资源和能源，实现人与自然的和谐共生和可持续发展具有重大意义，也是对化学工作者提出的挑战。
1.1 绿色化学的内涵
绿色化学的定义可简单地表述为：通过设计产品和生产过程，尽量减少或避免有害原料的使用和有害物质、废弃物产生，并且产品对环境友好。显然，绿色化学涵盖化工内容。
绿色化学要求在综合考虑环境因素与社会可持续发展的前提下，重新审视传统的化学化工问题。绿色化学的核心是在生产和使用化学品、材料等化工产品过程中从源头上防止污染，实现化学化工的可持续发展。其主体思想是釆用无毒无害的原料、助剂，釆用原子经济性和髙选择性的反应，通过高效绿色的生产过程，制备对环境友好的产品，并且经济合理。其目的是实现原料的绿色化、生产过程的绿色化以及产品的绿色化。从科学观点看，绿色化学是对传统化学思维方式的更新和发展；从环境观点看，它与先污染、后治理的传统做法截然不同，是从源头上防止污染、与生态环境协调发展的化学，是环境意识的新思维；从经济观点看，它要求合理地利用资源和能源、降低生产成本，符合经济可持续发展的要求。在解决经济、资源、环境三者矛盾的过程中，绿色化学具有举足轻重的地位⑴。绿色化学是化学学科的一次飞跃，也是人类社会发展到一定阶段对化学的必然要求。绿色化学是化学学科发展的必然趋势，其发展将带来化学及相关学科的发展和生产方式的变革[2]。
1.2 绿色化学的发展历史
1984年美国环境保护署（EPA)提出了废弃物*小化理念，1989年进一步提出了污染预防的新概念，绿色化学思想初步形成。1990年美国国会率先通过了污染预防法案，并将其确立为国策，这更加强调从源头消除污染，形成了绿色意识。1991年出现了“绿色化学”这一新概念，这是化学发展史的一个重要里程碑。Anastas和Warner提出了绿色化学的12项原则[3]，具体内容如下：
(1)污染防止优于污染治理：防止废弃物的产生而不是废弃物产生后再进行处理；
(2)提高原子经济性：合成方法应设计成能将所有的原料都转化为有用的产品；
(3)尽量减少化学合成中的有毒原料和产物：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，在环境和经济方面可接受；
(7)原料应该可再生：只要技术上和经济上可行，使用的原材料应能再生；
(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措施等；
(9)釆用高选择性催化剂：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)产品使用后可分解为无毒降解产物：设计化学品时，应考虑其使用后不再滞留于环境中，而可降解为无毒无害的物质；
(11)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，防止有害物质的形成；
(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，应考虑尽量减少事故的潜在危险，如气体释放、爆炸和火灾等。
基于上述原则，Poliakoff等提出了简化的12项原则[4]。1992年，Sheldon提出了环境因子，并定义为生产单位质量目标产物所产生废弃物的量[5]。目前这些原则和评价方法为国际化学界所普遍接受。
绿色化学是化学领域发展的必然产物，一经提出便引起高度重视。1995年，美国总统克林顿宣布设立“总统绿色化学挑战奖”，并从1996年开始每年颁发一次，奖项包括绿色合成路线奖、绿色反应条件奖、设计绿色化学品奖、小企业奖、学术奖。这表明美国对绿色化学非常重视，同时推动了绿色化学在世界各地的迅速兴起和发展。之后，澳大利亚、英国、日本、加拿大等不少国家相继设立了相关奖项，包括澳大利亚化学会绿色化学挑战奖、英国绿色化学技术奖、日本绿色和可持续发展化学奖、加拿大绿色化学奖等，旨在鼓励更多的人投身绿色化学的研究，推广工业界的**研究成果。
从20世纪90年代初开始，美国、欧洲、加拿大、日本、韩国等国家和地区不断资助绿色化学的基础研究和相关技术的开发。日本在环境技术的研究领域提出以绿色化学为内容的“新阳光计划”，欧洲、拉美地区也纷纷制定了绿色化学与技术的科研计划，政府、企业和学术界的高度重视极大地促进了绿色化学与技术的蓬勃发展。发展绿色化学对我国具有更加重要的意义。1995年，中国科学院化学部资助了“绿色化学与技术”的院士咨询课题。20多年来，国家自然科学基金委员会、科技部、中国科学院等部门资助了很多绿色化学方面的项目。例如早在1997年，国家自然科学基金委员会与中国石油化工集团有限公司联合设立了“九五”重大基础研究项目。随后国家自然科学基金委员会又资助了许多重点项目和其他类型的项目。国家科技部已资助了多个相关的国家重点基础研究发展计划(973计划）以及一些其他类型的相关项目。中国科学院也资助了多个绿色化学方面的重要方向性项目。总之，绿色化学已受到世界各国的高度重视，产-学-研-政密切结合已成为国际绿色化学的显著特点。
国内外的科研机构、高等学校和企业成立了多个绿色化学中心和实验室，专门从事绿色化学科学与技术的研发与应用，在基础研究和技术开发方面不断取得重要进展。每年有大量的研究论文发表，大量与绿色化学相关的专利授权，绿色化学相关技术不断投入使用，形成一批新兴绿色产业，呈现出良好的发展势头。
2001年，国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC)成立了绿色化学分会。许多国家和地区也成立了相关的学术组织，如亚太绿色与可持续化学协会、美国化学会绿色化学研究所、中国化学会绿色化学专业委员会等。
随着绿色化学的发展，1999年由英国皇家化学会主办的国际性期刊Green Ctenis[6]。之后一些相关期刊创刊，至今已有多个国际性期刊。Taylor & Francis 出版社的Green Chemistry Letters and Reviews 于2007年创刊。2012年美国化学会的ACS Sustainable Chemistry & Engineering期刊创刊，并于2013年开始发表绿色化学与工程方面的各类文章。Elsevier出版社的Current Opinion in Green and Sustainable Chemistry 期刊于2015年创刊。此外，2007年和2008年 Wiley出版社创办的Clean-Soil，Air和Ghcm Sus Ghcm，2016年中国科学院过程工程研究所和科学出版社共同主办的Green Energy & Environment等期刊中，绿色化学是重要的内容。
1999年，世界上**本绿色化学专著由牛津大学出版社出版。2000年，美国化学会出版了**本绿色化学教科书。迄今为止，国内外已出版了很多不同语种的绿色化学方面的专著。此外，不少重要期刊陆续出版了绿色化学专集[7]。我国科技工作者出版了《绿色化学化工丛书》等，一些髙等学校设立了绿色化学课程。
人们对绿色化学的关注还体现在相关的学术会议和学术活动日益增多。1997年，以绿色化学为主题的美国Golden会议在英国牛津召开，进一步促进欧洲及世界绿色化学的发展。现在有很多这方面的系列性学术会议。其中自2003年开始，“国际绿色与可持续化学大会”每两年举办一次。“国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)绿色化学大会”系列会议自2004年开始每两年举办一次。另外，还有一些以某一区域为主的系列性绿色化学国际会议，如“亚太绿色与可持续化学大会”等。除了绿色化学方面综合性的学术会议外，以绿色化学部分内容为主题的学术会议也很多，包括生物质转化利用、二氧化碳转化利用、清洁能源、绿色合成、绿色溶剂、绿色催化、绿色材料等方面。同时，许多化学方面的综合性学术会议均设立了绿色化学分会。我国在此方面十分活跃，1997年5月举办了以“可持续发展问题对科学的挑战——绿色化学”为主题的第72次香山科学会议；1998年，在合肥举办了**届国际绿色化学高级研讨会，至今此系列性会议已举办多次。从2004年开始，两年一次的中国化学会学术年会设立了绿色化学分会。2009年，我国举办了“第四届国际绿色与可持续化学大会”。2019年10月，中国化学会和Elsevier出版社联合主办了“国际绿色与可持续化学大会（Green China 2019)”，并将每两年举办一次。
1.3 可持续发展的内涵
1980年国际自然及自然资源保护同盟提出，必须研究自然、社会、生态、经济以及利用自然资源过程中的基本关系，以确保全球的可持续发展。1981年，美国布朗出版《建设一个可持续发展的社会》，提出通过控制人口增长、保护资源和开发可再生能源等实现可持续发展。1987年，世界环境与发展委员会在《我们共同的未来》报告中阐述了可持续发展的概念，得到了国际社会的普遍共识。
可持续发展主要指社会经济发展既能满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要的能力构成危害的发展。可持续发展主要包含三个原则：公平性原则、可持续性原则、共同性原则。其中，可持续性原则是指人类经济和社会的发展不能超越资源和环境的承载能力，即在满足需要的同时必须有限制因素，主要限制因素有人口数量、资源、环境等，从而真正实现同时考虑人类当前利益与长远利益。
1992年6月，联合国在里约热内卢召开“环境与发展大会”，通过了以可持续发展为核心的《里约环境与发展宣言》《21世纪议程》等文件。随后，中国政府编制了《中国21世纪议程——中国21世纪人口、环境与发展白皮书》，首次把可持续发展战略纳入我国经济和社会发展的长远规划。2002年8月，南非约翰内斯堡召开的**届可持续发展首脑会议涉及政治、经济、环境、社会等领域的重要问题。
1.4 绿色化学与可持续发展的关系
可持续发展主要包括社会可持续发展、生态可持续发展、经济可持续发展。解决资源、环境的承载能力与人类需求日益增加的矛盾是实现可持续发展的关键。应通过合理高效绿色利用资源，建成资源利用可持续保障体系。
绿色化学与可持续发展二者密不可分，但又有很大的差别。可持续发展涉及自然、资源、环境、社会、经济、政治等诸多方面。绿色化学主要是在生产化学品、材料、能源产品等化工过程中如何髙效循环利用资源、消除安全隐患、生产绿色产品、从源头消除污染、提髙经济效益，实现化学工业可持续发展。由于化学工业涉及人类生产生活的方方面面，具有不可替代的地位和作用，因此实现化学工业可持续发展是实现人类社会可持续发展的重要组成部分。发展绿色化学是化学工业可持续发展的科学技术基础和根本途径。因此，绿色化学在实现人类社会可持续发展过程中将发挥重要的作用[8，9]。
1.5 绿色化学评估标准的建立
绿色化学的研究内容，包括釆用无毒无害的原料和可再生资源，经过绿色反应路线制备绿色化产品，所釆用的溶剂、催
目前，资源短缺日趋严重，大量排放的工业污染物和生活废弃物使环境不断恶化，人类正面临着前所未有的资源、能源和环境危机。如何妥善解决资源、环境与经济之间的矛盾是人类面临的重大难题。
化学工业在人类社会进步和发展中具有不可替代的作用，为人类提供了重要的物质保障。人类所使用的大部分产品的制备涉及一个或多个化工过程。然而，许多传统的化学工业造成严重的环境污染和浪费，甚至直接导致人身伤亡事故。此外，地球上的资源非常有限，资源与环境是人类赖以生存和发展的基础。如何使化学在创造物质财富的同时不破坏环境，节省资源和能源，实现人与自然的和谐共生和可持续发展具有重大意义，也是对化学工作者提出的挑战。
1.1 绿色化学的内涵
绿色化学的定义可简单地表述为：通过设计产品和生产过程，尽量减少或避免有害原料的使用和有害物质、废弃物产生，并且产品对环境友好。显然，绿色化学涵盖化工内容。
绿色化学要求在综合考虑环境因素与社会可持续发展的前提下，重新审视传统的化学化工问题。绿色化学的核心是在生产和使用化学品、材料等化工产品过程中从源头上防止污染，实现化学化工的可持续发展。其主体思想是釆用无毒无害的原料、助剂，釆用原子经济性和髙选择性的反应，通过高效绿色的生产过程，制备对环境友好的产品，并且经济合理。其目的是实现原料的绿色化、生产过程的绿色化以及产品的绿色化。从科学观点看，绿色化学是对传统化学思维方式的更新和发展；从环境观点看，它与先污染、后治理的传统做法截然不同，是从源头上防止污染、与生态环境协调发展的化学，是环境意识的新思维；从经济观点看，它要求合理地利用资源和能源、降低生产成本，符合经济可持续发展的要求。在解决经济、资源、环境三者矛盾的过程中，绿色化学具有举足轻重的地位⑴。绿色化学是化学学科的一次飞跃，也是人类社会发展到一定阶段对化学的必然要求。绿色化学是化学学科发展的必然趋势，其发展将带来化学及相关学科的发展和生产方式的变革[2]。
1.2 绿色化学的发展历史
1984年美国环境保护署（EPA)提出了废弃物*小化理念，1989年进一步提出了污染预防的新概念，绿色化学思想初步形成。1990年美国国会率先通过了污染预防法案，并将其确立为国策，这更加强调从源头消除污染，形成了绿色意识。1991年出现了“绿色化学”这一新概念，这是化学发展史的一个重要里程碑。Anastas和Warner提出了绿色化学的12项原则[3]，具体内容如下：
(1)污染防止优于污染治理：防止废弃物的产生而不是废弃物产生后再进行处理；
(2)提高原子经济性：合成方法应设计成能将所有的原料都转化为有用的产品；
(3)尽量减少化学合成中的有毒原料和产物：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，在环境和经济方面可接受；
(7)原料应该可再生：只要技术上和经济上可行，使用的原材料应能再生；
(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措施等；
(9)釆用高选择性催化剂：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)产品使用后可分解为无毒降解产物：设计化学品时，应考虑其使用后不再滞留于环境中，而可降解为无毒无害的物质；
(11)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，防止有害物质的形成；
(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，应考虑尽量减少事故的潜在危险，如气体释放、爆炸和火灾等。
基于上述原则，Poliakoff等提出了简化的12项原则[4]。1992年，Sheldon提出了环境因子，并定义为生产单位质量目标产物所产生废弃物的量[5]。目前这些原则和评价方法为国际化学界所普遍接受。
绿色化学是化学领域发展的必然产物，一经提出便引起高度重视。1995年，美国总统克林顿宣布设立“总统绿色化学挑战奖”，并从1996年开始每年颁发一次，奖项包括绿色合成路线奖、绿色反应条件奖、设计绿色化学品奖、小企业奖、学术奖。这表明美国对绿色化学非常重视，同时推动了绿色化学在世界各地的迅速兴起和发展。之后，澳大利亚、英国、日本、加拿大等不少国家相继设立了相关奖项，包括澳大利亚化学会绿色化学挑战奖、英国绿色化学技术奖、日本绿色和可持续发展化学奖、加拿大绿色化学奖等，旨在鼓励更多的人投身绿色化学的研究，推广工业界的**研究成果。
从20世纪90年代初开始，美国、欧洲、加拿大、日本、韩国等国家和地区不断资助绿色化学的基础研究和相关技术的开发。日本在环境技术的研究领域提出以绿色化学为内容的“新阳光计划”，欧洲、拉美地区也纷纷制定了绿色化学与技术的科研计划，政府、企业和学术界的高度重视极大地促进了绿色化学与技术的蓬勃发展。发展绿色化学对我国具有更加重要的意义。1995年，中国科学院化学部资助了“绿色化学与技术”的院士咨询课题。20多年来，国家自然科学基金委员会、科技部、中国科学院等部门资助了很多绿色化学方面的项目。例如早在1997年，国家自然科学基金委员会与中国石油化工集团有限公司联合设立了“九五”重大基础研究项目。随后国家自然科学基金委员会又资助了许多重点项目和其他类型的项目。国家科技部已资助了多个相关的国家重点基础研究发展计划(973计划）以及一些其他类型的相关项目。中国科学院也资助了多个绿色化学方面的重要方向性项目。总之，绿色化学已受到世界各国的高度重视，产-学-研-政密切结合已成为国际绿色化学的显著特点。
国内外的科研机构、高等学校和企业成立了多个绿色化学中心和实验室，专门从事绿色化学科学与技术的研发与应用，在基础研究和技术开发方面不断取得重要进展。每年有大量的研究论文发表，大量与绿色化学相关的专利授权，绿色化学相关技术不断投入使用，形成一批新兴绿色产业，呈现出良好的发展势头。
2001年，国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC)成立了绿色化学分会。许多国家和地区也成立了相关的学术组织，如亚太绿色与可持续化学协会、美国化学会绿色化学研究所、中国化学会绿色化学专业委员会等。
随着绿色化学的发展，1999年由英国皇家化学会主办的国际性期刊Green Ctenis[6]。之后一些相关期刊创刊，至今已有多个国际性期刊。Taylor & Francis 出版社的Green Chemistry Letters and Reviews 于2007年创刊。2012年美国化学会的ACS Sustainable Chemistry & Engineering期刊创刊，并于2013年开始发表绿色化学与工程方面的各类文章。Elsevier出版社的Current Opinion in Green and Sustainable Chemistry 期刊于2015年创刊。此外，2007年和2008年 Wiley出版社创办的Clean-Soil，Air和Ghcm Sus Ghcm，2016年中国科学院过程工程研究所和科学出版社共同主办的Green Energy & Environment等期刊中，绿色化学是重要的内容。
1999年，世界上**本绿色化学专著由牛津大学出版社出版。2000年，美国化学会出版了**本绿色化学教科书。迄今为止，国内外已出版了很多不同语种的绿色化学方面的专著。此外，不少重要期刊陆续出版了绿色化学专集[7]。我国科技工作者出版了《绿色化学化工丛书》等，一些髙等学校设立了绿色化学课程。
人们对绿色化学的关注还体现在相关的学术会议和学术活动日益增多。1997年，以绿色化学为主题的美国Golden会议在英国牛津召开，进一步促进欧洲及世界绿色化学的发展。现在有很多这方面的系列性学术会议。其中自2003年开始，“国际绿色与可持续化学大会”每两年举办一次。“国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)绿色化学大会”系列会议自2004年开始每两年举办一次。另外，还有一些以某一区域为主的系列性绿色化学国际会议，如“亚太绿色与可持续化学大会”等。除了绿色化学方面综合性的学术会议外，以绿色化学部分内容为主题的学术会议也很多，包括生物质转化利用、二氧化碳转化利用、清洁能源、绿色合成、绿色溶剂、绿色催化、绿色材料等方面。同时，许多化学方面的综合性学术会议均设立了绿色化学分会。我国在此方面十分活跃，1997年5月举办了以“可持续发展问题对科学的挑战——绿色化学”为主题的第72次香山科学会议；1998年，在合肥举办了**届国际绿色化学高级研讨会，至今此系列性会议已举办多次。从2004年开始，两年一次的中国化学会学术年会设立了绿色化学分会。2009年，我国举办了“第四届国际绿色与可持续化学大会”。2019年10月，中国化学会和Elsevier出版社联合主办了“国际绿色与可持续化学大会（Green China 2019)”，并将每两年举办一次。
1.3 可持续发展的内涵
1980年国际自然及自然资源保护同盟提出，必须研究自然、社会、生态、经济以及利用自然资源过程中的基本关系，以确保全球的可持续发展。1981年，美国布朗出版《建设一个可持续发展的社会》，提出通过控制人口增长、保护资源和开发可再生能源等实现可持续发展。1987年，世界环境与发展委员会在《我们共同的未来》报告中阐述了可持续发展的概念，得到了国际社会的普遍共识。
可持续发展主要指社会经济发展既能满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要的能力构成危害的发展。可持续发展主要包含三个原则：公平性原则、可持续性原则、共同性原则。其中，可持续性原则是指人类经济和社会的发展不能超越资源和环境的承载能力，即在满足需要的同时必须有限制因素，主要限制因素有人口数量、资源、环境等，从而真正实现同时考虑人类当前利益与长远利益。
1992年6月，联合国在里约热内卢召开“环境与发展大会”，通过了以可持续发展为核心的《里约环境与发展宣言》《21世纪议程》等文件。随后，中国政府编制了《中国21世纪议程——中国21世纪人口、环境与发展白皮书》，首次把可持续发展战略纳入我国经济和社会发展的长远规划。2002年8月，南非约翰内斯堡召开的**届可持续发展首脑会议涉及政治、经济、环境、社会等领域的重要问题。
1.4 绿色化学与可持续发展的关系
可持续发展主要包括社会可持续发展、生态可持续发展、经济可持续发展。解决资源、环境的承载能力与人类需求日益增加的矛盾是实现可持续发展的关键。应通过合理高效绿色利用资源，建成资源利用可持续保障体系。
绿色化学与可持续发展二者密不可分，但又有很大的差别。可持续发展涉及自然、资源、环境、社会、经济、政治等诸多方面。绿色化学主要是在生产化学品、材料、能源产品等化工过程中如何髙效循环利用资源、消除安全隐患、生产绿色产品、从源头消除污染、提髙经济效益，实现化学工业可持续发展。由于化学工业涉及人类生产生活的方方面面，具有不可替代的地位和作用，因此实现化学工业可持续发展是实现人类社会可持续发展的重要组成部分。发展绿色化学是化学工业可持续发展的科学技术基础和根本途径。因此，绿色化学在实现人类社会可持续发展过程中将发挥重要的作用[8，9]。
1.5 绿色化学评估标准的建立
绿色化学的研究内容，包括釆用无毒无害的原料和可再生资源，经过绿色反应路线制备绿色化产品，所釆用的溶剂、催
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