绿色化学作业第四章.pdfVIP

绿色化学作业第四章

1、硅-碳等电排置换法设计安全无毒化学品的原理是什么？

答：Si是C的等电排原子，Si和C均是4A族元素，化学性质相

似。都是4价元素；都能形成四面体结构；Si与C能形成稳定化学键。

Si取代C后形成的有机衍生物是无毒的（硅酮例外）。Si是自然界最

丰富、价格低廉，且可以以各种形式存在的元素。

2、设计可生物降解的化学品的重要性。

答：（1）增大分子的可生物降解性－降解为无毒的产物－是预防

化学品使用后造成污染一条十分重要的途径。

（2）抗拒生物降解的化学品会造成在环境中的长期残留，其对环

境的危害目前难以完全预期或预测，尤其是对长期的或慢性的毒性；

（3）生物聚集作用会进一步增大形成毒性的可能性；

（4）在水和土壤环境中，有机物的降解机理主要是生物降解－最

常用的污水处理方法－生物处理的理论基础。

3、生物降解的细菌基础是什么？

答：（1）微生物(microorganism，microbe)：是一切肉眼看不

见或看不清的微小生物的总称。

特点：形体微小(一般0.1mm)，结构简单，通常要用光学显微镜

和电子显微镜才能看清楚。

分类：8大类－细菌、病毒、真菌、放线菌、立克次体、支原体、

衣原体、螺旋体。

作用：是自然界生物降解中起主要作用的生物体。微生物具有氧

化/分解有机物并将其转化成稳定无机物的能力－污水生物净化法。

（2）微生物特点

化学组成：C,H,O,N,P,S以及其他元素。

营养物质：提供微生物生长繁殖和生命活动的物质或能量。水和

无机盐；碳源；氮源；能源；生长因子(微量有机物)

作用：微生物达几万种，大多数对人类有益，只有一少部份能致

病。

（3）微生物分类

微生物分类：根据微生物的呼吸特征，微生物分为好氧微生物和

厌氧微生物；

好氧微生物：有氧气存在才能存活

在有氧气的环境中分解各种有机物，通过分解代谢最终氧化成简

单的无机物－CO2、水、氨、硫酸盐和磷酸盐等。

厌氧微生物：在厌氧的条件下存活

在缺氧的条件下分解各种有机物，将其转化为甲烷和CO2等－沼

气的产生原理，可以副产沼气。

（4）有机物的生物降解过程

有机物的好氧微生物分解：

有机物+氧+微生物+H2O（C、H、O、N、S、P）分解代谢

CO2,H2O,NH3,SO42-,PO43-

有机物的厌氧微生物分解：

有机物+微生物++H2O（C、H、O、N、S、P）分解代谢

CO2,CH4

（5）微生物降解的可能过程

有机物通过细胞壁和细胞膜传递进入细胞；蛋白质、多糖等有机

大分子聚合物可能需要在细胞外酶的作用下先降解为小分子化合物；

有机物在细胞内的转化反应－非常复杂，数百种反应，与有机物

种类和分子结构有关，主要有：氧化、还原、水解及联合反应等。

微生物降解的基本原理－微生物的生长需要碳和能量。

幸运代谢或无偿代谢－降解酶通常对其能降解的自然底物没有绝

对的专一性，所以，所有天然有机物都是能生物降解的，大部分人造

有机化学品也是可以生物降解的。

4、不易生物降解的化学结构有哪些？

答：对需氧生物降解有抗拒作用的化学结构：

（1）卤代物，尤其是氯化物和氟化物；

（2）支链结构，尤其是季碳和季氮或是极度分枝的物质，如：三

聚或四聚丙烯，季铵盐，支链烷基苯磺酸盐。

趋势：直链烷基苯磺酸盐代替支链烷基苯磺酸盐、硝基、亚硝基、

偶氮基、芳氨基；

（3）多环残基（如多环芳香烃或稠环芳香烃，PAHS），尤其是

超过三个环的；

例如：重油、沥青、柴油中的多环芳烃

（4）杂环残基，如吡啶环；

（5）脂肪族醚键（C－O－C）；

高取代的化合物比低取代的化合物更不易降解。

5、水生生物