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化學與永續發展
化學與環境生態
永續發展的特性
綠色化學及原子使用效率
人類社會發展與地球系統互動
•
背景：人口快速增長及過度密集，對物質及能源產生大量
的需求
•
造成汙染的主因：化學工業蓬發展，但製程缺乏永續發展
的理念，廢棄物不當處理等。
•
介紹三大類汙染的成因及其防治
1.
空氣的汙染與防治
2.
水源的汙染與防治
3.
土壤的汙染與防治
化學、化工與環境
自然汙染源
• 自然汙染物都是局部且短暫，
人為汙染源
• 具有區域性及持續性，導致
在大氣自淨能力下，不會造
汙染物排放的數量過多，造
成嚴重的汙染。
成日益嚴重的空氣汙染問題。
• 如火山爆發及森林火災，產
• 主要來源：使用化石燃料，
生大量的二氧化硫和二氧化
產生碳的氧化物、硫的氧化
碳等。
物、氮的氧化物、氟氯碳化
物、烴化合物及懸浮微粒。
空氣的汙染與防治
•
過量的溫室氣體引發北極冰層融化、
酸雨造成森林枯萎、魚蝦死亡，氟氯
碳化合物加速臭氧層被破壞。
空氣汙染影響例子
空氣汙染的種類、來源、影響及防治方法
空氣汙染的種類、來源、影響及防治方法(2)

氮的氧化物(NOx)和汽車
、機車排放的有機物產生
過度汙染時，若再經光化
學反應產生新的汙染物質，
便會在通風不良處造成空
氣中煙霧瀰漫的現象。
光化學煙霧
晴
朗
乾
淨
的
天
空
光
化
學
煙
霧
影
響
的
天
空

利用鉑(Pt) 、銠(Rh)或五氧化二釩(V2O5)等觸
媒，使燃燒不全的CO及有機物轉變為CO2和H2O，
並將氮的氧化物還原為N2。
觸媒轉化器
•
造成溫室效應的溫室氣體有許多種，除CO2外，
甲烷也是其中一個主要的氣體。
科學報導-溫室氣體

水汙染的種類及影響
1. 熱汙染
2. 優養化
3. 重金屬汙染

水汙染的防治
水源的汙染與防治
熱汙染：因熱量排入河流、湖泊或海洋中，使水
中自然生態被破壞的汙染。
 來源：由於水的比熱相當大，工業上常用水作為
冰卻之用，發電廠和化學工廠使用水來除去生產
過程所產生的餘熱。
 影響：熱汙染造成珊
瑚白化。

熱汙染

成因：肥料、農藥、清潔劑和畜牧廢水等均含大
量的氮、磷等物質，經河水流至湖泊或水庫中，
水中藻類和微生物因氮、磷等物質提供了充分的
養分而快速繁殖，往
往會耗盡水中氧氣而
造成魚貝類死亡，使
水質發臭，此即為水
質優養化。
水質優養化
造成原因：重金屬及其化合物排放於水中所造成
的汙染，主要有鎘、鉛和汞等。
 特徵：水中的重金屬無法被微生物分解，有些因
生物作用而形成毒性更大的物質，累積於生物體。
例子：1950年代台南縣、嘉義縣沿海地區的烏腳
病，是因長期飲用含砷量過高井水。
 水中主要的
重金屬汙染：

水中主要的
重金屬汙染
首重減少製造或使用用過程中產生的廢水量，並
加以分類收集並處理。
 廢水處理包括三級：

◦ 第一級：過濾除去固態物質。
◦ 第二級：除去需氧物質（有機物），可採活性汙泥法。
◦ 第三級：針對特殊汙染
物專門處理。
水汙染的防治
來源：隨意抛棄廢棄物或排放工業廢水，會造成
土壤汙染，以重金屬及有毒的有機物汙染較為嚴
重。
 例子：

時間、地點
汙染事件
60年代台灣
濫用農藥DDT
1995年桃園蘆竹鄉
稻米的鎘汙染，損害肝腎功能，
「痛痛病」
1999年台塑「汞汙泥」 食用含甲基汞魚類，損害肝腎
事件、日本
腦及視力、記億，「水俣症」
土壤的汙染





造成溫室效應的效果相當於同
質量CO2分子的21倍。影響程
度為CO2的1/3。
格陵蘭及南極冰層增加甲烷氣
體的主要來源，大部分來自反芻動物(牛、羊)的
消化系統及天然氣的汲取、運送過程中的意外滲漏。
甲烷擴散到平流層後被氧化，產生水蒸氣，水蒸氣
也是很強的溫室氣體。
在對流層中，甲烷會和活性高的氫氧自由基(．OH)
或NO反應，最終產生如O3的溫室氣體。
甲烷的半生期大約為十年，比二氧化碳短。
甲烷(CH4)也是不容忽視的溫室氣體

根據以上「科學報導」中的內容，判斷下列敘
述哪些正確？
A. 大氣中，二氧化碳是唯一造成溫室效應的氣體。
B. 全球增溫現象主要是由於人類大量燃燒化石燃料
造成。
C. 牛、羊等大型反芻動物排放的廢氣，也是影響過
度溫室效應的原因之一。
D. 臭氧對人類是有益無害的氣體。
E. 溫室氣體能夠直接吸收太陽輻射，維持地表的溫
度。
練習一
Ans :
B,C
•
避免汙染的方法為回收再
利用、掩埋、焚化處理。
•
特殊成分廢棄物(如重金屬)
須集中處理。
•
保特瓶、保麗龍等使用應
強調環保4R(右圖所示)。
土壤汙染的防治
聯合國於西元1987年將永續發展定義為：「能
滿足當代需求，同時不損及後代子孫滿足其本身
需求的發展」。
 「永續發展」包含公平性、永續性及共同性三個
原則

永續發展
主張資源公平分配，以滿足
當代及後代所有人民的基本
需求。
追求持續的經濟成長，但必
永續性
(Sustainability) 須是建立在保護地球自然系
統基礎上。
共同性
強調人類與自然和諧相處。
(Commonality)
公平性
(Fairness)
永續發展
綠色化學的定義：「發明、設計和利用化學產品與
化學製程，以減少或消除有害物質之使用與生
產。」
永續化學觀念的實例：
1. 設計合成方法提高原子效率。
2. 設計毒害性減低但維持功效的產品：新型染料。
3. 應使用再生原料。
4. 優先考慮以觸媒進行反應。
化學與化工對環境永續發展的重要性
主要產物的質量
原子效率(%) 
 100%
所有產物的質量總和
例：
█
「壓克力」原料（2-甲基丙烯酸甲酯）的製程有下列二種
方式：
(1) 將丙炔、一氧化碳和甲醇經鈀（Pd）觸媒反應而成，其
原子效率為 100％。
Pd（觸媒）
CH3－C＝CH＋CO＋CH3OH────→
(2) 使用有危險性的反應物氰化氫及硫酸，其原子效率僅為
47％。
CH3COCH3＋HCN＋CH3OH＋H2SO4
→ CH2＝C(CH3)CO2CH3＋NH4HSO4
原子使用效率
工業上製備過氧化氫的方法，可以用下列反應式
表示：
C16H14O2＋O2→C16H12O2＋H2O2
C16H12O2＋H2→C16H14O2
總反應為：H2＋O2→H2O2
其中，第一步驟生成的過氧化氫以溶劑萃取出，而
C16H12O2再以氫氣於催化劑存在下還原為
C16H14O2，可重複使用。整個製程的經濟效益決
定於C16H12O2與溶劑的回收效率，試問第一步驟
的原子使用效率為何？

練習二

C16H14O2＋O2→C16H12O2＋H2O2
C16H12O2＝236，H2O2＝34.0
34
236  34
練習二
答案
×100％＝12.6％
2. 設計毒害性盡量減低但保持有效功能的化學產品。
例：巴斯夫（BASF）公司研發出棉織品專用的新型染料，
█
因發色團不同而顏色各異。此類染料染棉時反應快，
固色效果好，重染率低，使用之鹽類與水均少，因而
得以節省能量 50％，而且染色時間減半，廢水之 BOD
及 COD 均降低。
說明：全球每年估計使用 4 百萬噸的棉，其中用於棉織品
染色的染料達 8 萬噸，染色過程中需用 4 億噸的水
而且使用後排放造成汙染。汙染物主要為未消耗的
染料與過程中必須使用的鹽類，這些汙染均極難處
理。
3. 只要技術可行並符合經濟效益，應使用再生原料。
(1) 以亞麻油提煉出的漆料，其品質不差且費用低。
(2) 咖啡渣也能廢物利用製成咖啡紗，再織成衣服。
4. 優先考慮以觸媒進行反應。
例：近年來很熱門的奈米金粒子，即可應用其觸媒
█
的特性，在低下，利用氧氣將有毒的一氧化碳氧
化成二氧化碳。
製備順丁烯二酸酐（C4H2O3）有下列二種不同的製程：
2 C6H6()＋9 O2(g) → 2 C4H2O3()＋4 H2O()＋4 CO2(g) （式 A）
2 C4H10(g)＋7 O2(g) → 2 C4H2O3()＋8 H2O() （式 B）
若反應物均完全反應完畢，試問何者較合乎綠色化學的要求？
Ans : B
 練習三