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求高中有机化学实验,越多越好,

灵巧的热狗
诚心的芒果
2023-01-26 13:37:12

求高中有机化学实验,越多越好,

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和谐的大米
笨笨的耳机
2026-02-02 03:19:19

有机化学基础实验

(一) 烃

1.甲烷的氯代(必修2、P56)(性质)

验:取一个100mL的大量筒(或集气瓶),用排 水 的方法先后收集20mLCH4和80mLCl2,放在光亮的地方(注意:不要放在阳光直射的地方,以免引起爆炸),等待片刻,观察发生的现象。

现象:大约3min后,可观察到混合气体颜色变浅,气体体积缩小,量筒壁上出现 油状液体 ,量筒内饱和食盐水液面 上升 ,可能有晶体析出【会生成HCl,增加了饱和食盐水】

解释: 生成卤代烃

2.石油的分馏(必修2、P57,重点)(分离提纯)

(1) 两种或多种 沸点 相差较大且 互溶 的液体混合物,要进行分离时,常用蒸馏或分馏的分离方法。

(2) 分馏(蒸馏)实验所需的主要仪器:铁架台(铁圈、铁夹)、石棉网、 蒸馏烧瓶 、带温度计的单孔橡皮塞、 冷凝管 、牛角管、 锥形瓶 。

(3) 蒸馏烧瓶中加入碎瓷片的作用是: 防止爆沸

(4) 温度计的位置:温度计的水银球应处于 支管口 (以测量蒸汽温度)

(5) 冷凝管:蒸气在冷凝管内管中的流动方向与冷水在外管中的流动方向 下口进,上口出

(6) 用明火加热,注意安全

3.乙烯的性质实验(必修2、P59)

现象:乙烯使KMnO4酸性溶液褪色(氧化反应)(检验)

乙烯使溴的四氯化碳溶液褪色(加成反应)(检验、除杂)

乙烯的实验室制法:

(1) 反应原料:乙醇、浓硫酸

(2) 反应原理:CH3CH2OH CH2=CH2↑ + H2O

副反应:2CH3CH2OH CH3CH2OCH2CH3 + H2O

C2H5OH + 6H2SO4(浓) 6SO2↑+ 2CO2↑+ 9H2O

(3) 浓硫酸:催化剂和脱水剂(混合时即将浓硫酸沿容器内壁慢慢倒入已盛在容器内的无水酒精中,并用玻璃棒不断搅拌)

(4) 碎瓷片,以防液体受热时爆沸石棉网加热,以防烧瓶炸裂。

(5) 实验中要通过加热使无水酒精和浓硫酸混合物的温度迅速上升到并稳定于170℃左右。(不能用水浴)

(6) 温度计要选用量程在200℃~300℃之间的为宜。温度计的水银球要置于反应物的中央位置,因为需要测量的是反应物的温度。

(7) 实验结束时,要先将导气管从水中取出,再熄灭酒精灯,反之,会导致水被倒吸。【记】倒着想,要想不被倒吸就要把水中的导管先拿出来

(8) 乙烯的收集方法能不能用排空气法 不能,会爆炸

(9) 点燃乙烯前要_验纯_。

(10) 在制取乙烯的反应中,浓硫酸不但是催化剂、吸水剂,也是氧化剂,在反应过程中易将乙醇氧化,最后生成CO2、CO、C等(因此试管中液体变黑),而硫酸本身被还原成SO2。故乙烯中混有_SO2_、__ CO2__。

(11) 必须注意乙醇和浓硫酸的比例为1:3,且需要的量不要太多,否则反应物升温太慢,副反应较多,从而影响了乙烯的产率。使用过量的浓硫酸可提高乙醇的利用率,增加乙烯的产量。

4、乙炔的实验室制法:

(1) 反应方程式:CaC2+2H2O→C2H2↑+Ca(OH)2(注意不需要加热)

(2) 发生装置:固液不加热(不能用启普发生器)

(3) 得到平稳的乙炔气流:①常用饱和氯化钠溶液代替水(减小浓度) ②分液漏斗控制流速 ③并加棉花,防止泡沫喷出。

(4) 生成的乙炔有臭味的原因:夹杂着H2S、PH3、AsH3等特殊臭味的气体,可用CuSO4溶液或NaOH溶液除去杂质气体

(5) 反应装置不能用启普发生器及其简易装置,而改用广口瓶和分液漏斗。为什么?①反应放出的大量热,易损坏启普发生器(受热不均而炸裂)。②反应后生成的石灰乳是糊状,可夹带少量CaC2进入启普发生器底部,堵住球形漏斗和底部容器之间的空隙,使启普发生器失去作用。

(6) 乙炔使溴水或KMnO4(H+)溶液褪色的速度比较乙烯,是快还是慢,为何?

乙炔慢,因为乙炔分子中叁键的键能比乙烯分子中双键键能大,断键难.

5、苯的溴代(选修5,P50)(性质)

(1) 方程式:

原料:溴应是_液溴_用液溴,(不能用溴水;不用加热)加入铁粉起催化作用,但实际上起催化作用的是 FeBr3 。

现象:剧烈反应,三颈瓶中液体沸腾,红棕色气体充满三颈烧瓶。导管口有棕色油状液体滴下。锥形瓶中产生白雾。

(2) 顺序:苯,溴,铁的顺序加药品

(3) 伸出烧瓶外的导管要有足够长度,其作用是 导气 、冷凝(以提高原料的利用率和产品的收率)。

(4) 导管未端不可插入锥形瓶内水面以下,因为_HBr气体易溶于水,防止倒吸_(进行尾气吸收,以保护环境免受污染)。

(5) 反应后的产物是什么?如何分离?纯净的溴苯是无色的液体,而烧瓶中液体倒入盛有水的烧杯中,烧杯底部是油状的褐色液体,这是因为溴苯溶有_溴_的缘故。除去溴苯中的溴可加入_NaOH溶液_,振荡,再用分液漏斗分离。分液后再蒸馏便可得到纯净溴苯(分离苯)

(6) 导管口附近出现的白雾,是__是溴化氢遇空气中的水蒸气形成的氢溴酸小液滴_。

探究:如何验证该反应为取代反应? 验证卤代烃中的卤素

①取少量卤代烃置于试管中,加入NaOH溶液;②加热试管内混合物至沸腾;

③冷却,加入稀硝酸酸化;④加入硝酸银溶液,观察沉淀的颜色。

实验说明:

①加热煮沸是为了加快卤代烃的水解反应速率,因为不同的卤代烃水解难易程度不同。

②加入硝酸酸化,一是为了中和过量的NaOH,防止NaOH与硝酸银反应从而对实验现象的观察产生影响;二是检验生成的沉淀是否溶于稀硝酸。

6、苯的硝化反应(性质)

反应装置:大试管、长玻璃导管、温度计、烧杯、酒精灯等

实验室制备硝基苯的主要步骤如下:

①配制一定比例的浓硫酸与浓硝酸的混和酸,加入反应器中。

②向室温下的混和酸中逐滴加入一定量的苯,充分振荡,混和均匀。【先浓硝酸再浓硫酸→冷却到50-60C,再加入苯(苯的挥发性)】

③在50-60℃下发生反应,直至反应结束。

④除去混和酸后,粗产品依次用蒸馏水和5%NaOH溶液洗涤,最后再用蒸馏水洗涤。

⑤将用无水CaCl2干燥后的粗硝基苯进行蒸馏,得到纯硝基苯。

【注意事项】

(1) 配制一定比例浓硫酸与浓硝酸混和酸时,操作注意事项是:_先浓硝酸再浓硫酸→冷却到50-60C,再加入苯(苯的挥发性)

(2) 步骤③中,为了使反应在50-60℃下进行,常用的方法是_水浴_。

(3) 步骤④中洗涤、分离粗硝基苯应使用的仪器是_分液漏斗_。

(4) 步骤④中粗产品用5%NaOH溶液洗涤的目的是_除去混合酸_。

(5) 纯硝基苯是无色,密度比水_大_(填“小”或“大”),具有_苦杏仁味_气味的油状液体。

(6) 需要空气冷却

(7) 使浓HNO3和浓H2SO4的混合酸冷却到50--60℃以下,这是为何: ①防止浓NHO3分解 ②防止混合放出的热使苯和浓HNO3挥发 ③温度过高有副反应发生(生成苯磺酸和间二硝基苯)

(8) 温度计水银球插入水中 浓H2SO4在此反应中作用:催化剂,吸水剂

(二)烃的衍生物

1、溴乙烷的水解

(1)反应原料:溴乙烷、NaOH溶液

(2)反应原理:CH3CH2Br + H2O CH3CH2OH + HBr

化学方程式:CH3CH2—Br + H—OH CH3—CH2—OH + HBr

注意:(1)溴乙烷的水解反应是可逆反应,为了使正反应进行的比较完全,水解一定要在碱性条件下进行;

(3)几点说明:①溴乙烷在水中不能电离出Br-,是非电解质,加AgNO3溶液不会有浅黄色沉淀生成。

②溴乙烷与NaOH溶液混合振荡后,溴乙烷水解产生Br-,但直接去上层清液加AgNO3溶液主要产生的是Ag2O黑色沉淀,无法验证Br-的产生。

③水解后的上层清液,先加稀硝酸酸化,中和掉过量的NaOH,再加AgNO3溶液,产生浅黄色沉淀,说明有Br-产生。

2、乙醇与钠的反应(必修2、P65,选修5、P67~68)(探究、重点)

无水乙醇

钠沉于试管底部,有气泡

钠熔成小球,浮游于水面,剧烈反应,发出“嘶嘶”声,有气体产生,钠很快消失

工业上常用NaOH和乙醇反应,生产时除去水以利于CH3CH2ONa生成

实验现象:乙醇与钠发生反应,有气体放出,用酒精灯火焰点燃气体,有“噗”的响声,证明气体为氢气。向反应后的溶液中加入酚酞试液,溶液变红。但乙醇与钠反应没有水与钠反应剧烈。

3、 乙醇的催化氧化(必修2、65)(性质)

把一端弯成螺旋状的铜丝在酒精灯火焰加热,看到铜丝表面变 黑 ,生成 CuO迅速插入盛乙醇的试管中,看到铜丝表面 变红 ;反复多次后,试管中生成有 刺激性 气味的物质(乙醛),反应中乙醇被 氧化 ,铜丝的作用是 催化剂 。

闻到一股刺激性气味,取反应后的液体与银氨溶液反应,几乎得不到银镜取反应后的液体与新制的Cu(OH)2碱性悬浊液共热,看不到红色沉淀,因此无法证明生成物就是乙醛。通过讨论分析,我们认为导致实验结果不理想的原因可能有2个:①乙醇与铜丝接触面积太小,反应太慢②反应转化率低,反应后液体中乙醛含量太少,乙醇的大量存在对实验造成干扰。

乙醛的银镜反应

(1)反应原料:2%AgNO3溶液、2%稀氨水、乙醛稀溶液

(2)反应原理: CH3CHO +2Ag(NH3)2OH CH3COONH4 + 2Ag ↓+ 3NH3 +H2O

(3)反应装置:试管、烧杯、酒精灯、滴管

银氨溶液的配置:取一支洁净的试管,加入1mL2%的硝酸银,然后一变振荡,一边滴入2%的稀氨水,直到产生的沉淀恰好溶解为止。(注意:顺序不能反)

(4)注意事项:

①配制银氨溶液时加入的氨水要适量,不能过量,并且必须现配现用,不可久置,否则会生成容易爆炸的物质。

②实验用的试管一定要洁净,特别是不能有油污。

③必须用水浴加热,不能在火焰上直接加热(否则会生成易爆物质),水浴温度不宜过高。

④如果试管不洁净,或加热时振荡,或加入的乙醛过量时,就无法生成明亮的银镜,而只生成黑色疏松的沉淀或虽银虽能附着在试管内壁但颜色发乌。

⑤实验完毕,试管内的混合液体要及时处理,试管壁上的银镜要及时用少量的硝溶解,再用水冲洗。(废液不能乱倒,应倒入废液缸内)

成败关键:1试管要洁净 2.温水浴加热3.不能搅拌4.溶液呈碱性。 5.银氨溶液只能临时配制,不能久置,氨水的浓度以2%为宜。。

能发生银镜的物质:1.甲醛、乙醛、乙二醛等等各种醛类 即含有醛基(比如各种醛,以及甲酸某酯等)

2.甲酸及其盐,如HCOOH、HCOONa等等 3.甲酸酯,如甲酸乙酯HCOOC2H5、甲酸丙酯HCOOC3H7等等

4.葡萄糖、麦芽糖等分子中含醛基的糖

清洗方法

实验前使用热的氢氧化钠溶液清洗试管,再用蒸馏水清洗

实验后可以用硝酸来清洗试管内的银镜,硝酸可以氧化银,生成硝酸银,一氧化氮和水

银镜反应的用途:常用来定量与定性检验 醛基 ;也可用来制瓶胆和镜子。

与新制Cu(OH)2反应:乙醛被新制的Cu(OH)2氧化

(1)反应原料:10%NaOH溶液、2%CuSO4溶液、乙醛稀溶液

(2)反应原理:CH3CHO + 2Cu(OH)2 CH3COOH + Cu2O↓+ 2H2O

(3)反应装置:试管、酒精灯、滴管

(4)注意事项:

①本实验必须在碱性条件下才能成功。

②Cu(OH)2悬浊液必须现配现用,配制时CuSO4溶液的质量分数不宜过大,且NaOH溶液应过量。若CuSO4溶液过量或配制的Cu(OH)2的质量分数过大,将在实验时得不到砖红色的Cu2O沉淀(而是得到黑色的CuO沉淀)。

新制Cu(OH)2的配制中试剂滴加顺序 NaOH — CuSO4 — 醛 。试剂相对用量 NaOH过量

反应条件:溶液应为_碱_性,应在__水浴_中加热

用途:这个反应可用来检验_醛基__;医院可用于 葡萄糖 的检验。

乙酸的酯化反应:(性质,制备,重点)

(1)反应原料:乙醇、乙酸、浓H2SO4、饱和Na2CO3溶液

(2)反应原理:

(3)反应装置:试管、烧杯、酒精灯

(1) 实验中药品的添加顺序 先乙醇再浓硫酸最后乙酸

(2) 浓硫酸的作用是 催化剂、吸水剂(使平衡右移) 。

(3) 碳酸钠溶液的作用 ①除去乙酸乙酯中混有的乙酸和乙醇 ②降低乙酸乙酯在水中的溶解度(中和乙酸;吸收乙醇;降低乙酸乙酯的溶解度)

(4) 反应后右侧试管中有何现象? 吸收试管中液体分层,上层为无色透明的有果香气味的液体

(5) 为什么导管口不能接触液面? 防止因直接受热不均倒吸

(6) 该反应为可逆反应,试依据化学平衡移动原理设计增大乙酸乙酯产率的方法 小心均匀加热,保持微沸,有利于产物的生成和蒸出,提高产率

(7) 试管:向上倾斜45°,增大受热面积

(8) 导管:较长,起到导气、冷凝作用

(9) 利用了乙酸乙酯易挥发的特性

油脂的皂化反应(必修2、P69)(性质,工业应用)

(1)乙醇的作用 酒精既能溶解NaOH,又能溶解油脂,使反应物溶为均匀的液体

(2)油脂已水解完全的现象是 不分层

(3)食盐的作用 使肥皂发生凝聚而从混合液中析出,并浮在表面

酚醛树脂的制取

原理:

①浓盐酸的作用 催化剂 ;②导管的作用 起空气冷凝管的作用——冷凝回流(反应物易挥发);③反应条件 浓HCl、沸水浴

④生成物的色、态 白色胶状物质 ⑤生成物应用 酒精 浸泡数分钟后再清洗。

反应类型 缩聚

(三)大分子有机物

1.葡萄糖醛基的检验(必修2、P71)(同前醛基的检验,见乙醛部分)

注意:此处与新制Cu(OH)2反应条件为直接加热。

2、蔗糖水解及水解产物的检验(选修5、P93)(性质,检验,重点)

实验:这两支洁净的试管里各加入20%的蔗糖溶液1mL,并在其中一支试管里加入3滴稀硫酸(1:5)。把两支试管都放在水浴中加热5min。然后向已加入稀硫酸的试管中加入NaOH溶液,至溶液呈碱性。最后向两支试管里各加入2mL新制的银氨溶液,在水浴中加热3min~5min,观察现象。

(1) 现象与解释:蔗糖不发生银镜反应,说明蔗糖分子中不含 醛基 ,不显 还原 性。蔗糖在 稀硫酸 的催化作用下发生水解反应的产物具有 还原性 性。

(2) 稀硫酸的作用 催化剂

(3) 关键操作 用NaOH中和过量的H2SO4

3. 淀粉的水解及水解进程判断(选修5、P93,必修2、P72)(性质,检验,重点)

(1) 实验进程验证:(实验操作阅读必修2第72页)

①如何检验淀粉的存在?碘水

②如何检验淀粉部分水解?变蓝、砖红色沉淀

③如何检验淀粉已经完全水解?不变蓝、砖红色沉淀

(四)氨基酸与蛋白质

1、氨基酸的检验(选修5、P102)(检验,仅作参考)

茚三酮中加入氨基酸,水浴加热,呈 蓝 色

2、蛋白质的盐析与变性(选修5、P103)(性质,重点)

(1)盐析是 物理 变化,盐析不影响(影响/不影响)蛋白质的活性,因此可用盐析的方法来分离提纯蛋白质。常见加入的盐是 钾钠铵盐的饱和溶液 。

(2)变性是 化学 变化,变性是一个 不可逆 的过程,变性后的蛋白质 不能 在水中重新溶解,同时也失去 活性 。

蛋白质的颜色反应(检验)

(1)浓硝酸:条件 微热 ,颜色 黄色 (重点)

(2)双缩脲试剂:试剂的制备 同新制Cu(OH)2溶液 ,颜色 紫玫瑰色 (仅作参考)

蛋白质受物理或化学因素的影响,改变其分子内部结构和性质的作用。一般认为蛋白质的二级结构和三级结构有了改变或遭到破坏,都是变性的结果。能使蛋白质变性的化学方法有加强酸、强碱、重金属盐、尿素、乙醇、丙酮等;能使蛋白质变性的物理方法有加热(高温)、紫外线及X射线照射、超声波、剧烈振荡或搅拌等。

结果:失去生理活性

颜色反应:硝酸与蛋白质反应,可以使蛋白质变黄。这称为蛋白质的颜色反应,常用来鉴别部分蛋白质,是蛋白质的特征反应之一。 蛋白质黄色反应 某些蛋白质跟浓硝酸作用呈黄色,有这种反应的蛋白质分子一般都存在苯环。

乙醇和重铬酸钾

仪器试剂:圆底烧瓶、试管、酒精灯、石棉网、重铬酸钾溶液、浓硫酸、无水乙醇

实验操作 :在小试管内加入1mL 0.5%重铬酸钾溶液和1滴浓硫酸,在带有塞子和导管的小蒸馏烧瓶内加入无水乙醇,加热后,观察实验现象。

实验现象:反应过程中溶液由橙黄色变成浅绿色。

应用:利用这个原理可制成检测司机是否饮酒的手持装置。

因为乙醇可被重铬酸钾氧化,反应过程中溶液由橙黄色变成浅绿色。刚饮过酒的人呼出的气体中含有酒精蒸汽,因此利用本实验的反应原理,可以制成检测司机是否饮酒的手持装置,检查是否违法酒后驾车。

1、如何用化学方法区别乙醇、乙醛、甲酸和乙酸四种物质的水溶液?

加入新制Cu(OH)2后的现象

蓝色沉淀不消失

蓝色沉淀不消失

蓝色沉淀消失变成蓝色溶液

蓝色沉淀消失变成蓝色溶液

混合溶液加热后现象

无红色沉淀

有红色沉淀

无红色沉淀

有红色沉淀

结论

乙醇

乙醛

乙酸

甲酸

2、某芳香族化合物的分子式为C8H8O4,已知1mol该化合物分别与Na、NaOH、NaHCO3反应,消耗三种物质的物质的量之比为3﹕2﹕1,而且该化合物苯环上不存在邻位基团,试写出该化合物的结构简式。

解析:由消耗1mol NaHCO3,可知该化合物一个分子中含有一个羧基:—COOH;由消耗2mol NaOH,可知该化合物一个分子中还含有一个酚羟基:—OH;由消耗3mol Na,可知该化合物一个分子中还含有一个醇羟基:—OH。所以其结构简式为:

三、有机物的分离、提纯

分离是通过适当的方法,把混合物中的几种物质分开(要还原成原来的形式),分别得到纯净的物质;提纯是通过适当的方法把混合物中的杂质除去,以得到纯净的物质(摒弃杂质)。常用的方法可以分成两类:

1、物理方法:根据不同物质的物理性质(例如沸点、密度、溶解性等)差异,采用蒸馏、分馏、萃取后分液、结晶、过滤、盐析等方法加以分离。

蒸馏、分馏法:对互溶液体有机混合物,利用各成分沸点相差较大的性质,用蒸馏或分馏法进行分离。如石油的分馏、煤焦油的分馏等。但一般沸点较接近的可以先将一种转化成沸点较高的物质,增大彼此之间的沸点差再进行蒸馏或分馏。如乙醇中少量的水可加入新制的生石灰将水转化为Ca(OH)2,再蒸馏可得无水乙醇。

萃取分液法:用加入萃取剂后分液的方法将液体有机物中的杂质除去或将有机物分离。如混在溴乙烷中的乙醇可加入水后分液除去。硝基苯和水的混合物可直接分液分离。

盐析法:利用在有机物中加入某些无机盐时溶解度降低而析出的性质加以分离的方法。如分离肥皂和甘油混合物可加入食盐后使肥皂析出后分离。提纯蛋白质时可加入浓的(NH4)2SO4溶液使蛋白质析出后分离。

2、化学方法:一般是加入或通过某种试剂(例NaOH、盐酸、Na2CO3、NaCl等)进行化学反应,使欲分离、提纯的混合物中的某一些组分被吸收,被洗涤,生成沉淀或气体,或生成与其它物质互不相溶的产物,再用物理方法进一步分离。

(1)洗气法:此法适用于除去气体有机物中的气体杂质。如除去乙烷中的乙烯,应将混合气体通入盛有稀溴水的洗气瓶,使乙烯生成1,2-二溴乙烷留在洗气瓶中除去。不能用通入酸性高锰酸钾溶液中洗气的方法,因为乙烯与酸性高锰酸钾溶液会发生反应生成CO2混入乙烷中。

除去乙烯中的SO2气体可将混合气体通入盛有NaOH溶液的洗气瓶洗气。

(2)转化法:将杂质转化为较高沸点或水溶性强的物质,而达到分离的目的。如除去乙酸乙酯中少量的乙酸,不可用加入乙醇和浓硫酸使之反应而转化为乙酸乙酯的方法,因为该反应可逆,无法将乙酸彻底除去。应加入饱和Na2CO3溶液使乙酸转化为乙酸钠溶液后用分液的方法除去。

溴苯中溶有的溴可加入NaOH溶液使溴转化为盐溶液再分液除去。

乙醇中少量的水可加入新制的生石灰将水转化为Ca(OH)2,再蒸馏可得无水乙醇。

混合物的提纯

最新回答
害怕的龙猫
无心的海燕
2026-02-02 03:19:19

采用氰化物工艺生产百草枯产生的原废水一般呈黑褐色或深棕色,色度很深。

1.生产工艺、污染物排放分析

1.1 氰化物工艺

氰化物工艺是标准制定的主要基础,主要指标的设定也是依据氰化物法工艺确定的。

1.1.1 工艺废水

氰化物工艺在过滤工段产生工艺废水。废水中含有吡啶、百草枯、氰根离子、氨态氮、氯化钠、醇、有机溶剂等。废水呈强碱性,色度很高。

1.1.2 生产过程排放的废气

氰化物法生产过程中,涉及到氯气、液氨、吡啶、氯甲烷等原料的使用过程中,产生尾气的排放。

1.1.3 废水的焚烧处理

废水经焚烧处理后,由排气筒排放入大气的排放流中含有水蒸气、烟尘、二氧化硫、氮氧化物等。焚烧过程排放的烧残渣中则含有氰根离子。

1.2钠法工艺

钠法工艺包括中/高温钠法和低温钠法,中/高温钠法已被严格禁止使用。中/高温钠法工艺过程中产生特征的三联吡啶异构体,其中主要是2,2’∶6’,2’’-三联吡啶,将其设为控制项目,可以从环保的角度禁止中/高温钠法的使用。

2. 污染物排放控制指标的确定

2.1 控制指标的确定原则

根据农药行业的特点,本排放标准除控制常规因子外,还要针对农药生产的特点,对特征污染因子加以控制。这些特征污染因子可能是农药生产的中间体,也可能是最终产品。这些特征污染因子的毒性与危害性往往很大,如不加以控制,则将对生态环境、食品安全和人体健康造成严重威胁。特征污染因子的筛选将综合考虑以下几方面因素:(1)产生量大;(2)对人体、环境生物毒性强或对生态环境危害大;(3)易于控制;(4)具备有效的检测与监测方法。(5) 刚开始时设置的控制因子不宜太多,以后可不断调整或增加控制因子。

2.2 控制指标的确定

以上对目前国内百草枯生产工艺流程及三废排放情况调查进行了分析。在此基础上,根据前述控制指标的确定原则,确定了百草枯农药生产污染物排放的控制指标,见表1。

表1 百草枯农药生产污染物排放标准控制指标

废水 废气 废液废渣

常规污染物 特征污染物

pH、CODcr、色度、氨态氮、氰根离子 吡啶、百草枯、2,2’:6’,2’’-三联吡啶 氯气、氨气、吡啶、氯甲烷 含氰废物

2.3控制指标的适用性

从实际调查的结果看,国内目前没有采用低温钠法工艺的生产装置。考虑到实现成本以及技术等方面问题,短期内国内低温钠法装置上马的可能性不大。所以没有考虑单独为低温钠法设定特征的控制项目。但也不能完全排除可能有企业在技术等方面发生跃进式的进展,同时也不排除有企业“声称”采用低温钠法的情况。如果出现这种情况,我们认为:首先,三联吡啶项目的设定排除了中/高温钠法“冒充”低温钠法的可能;其次,其它诸如废水的常规控制项目等,除了具有对氰化物法工艺的针对性外,还具有相当程度的广泛性,对可能存在的低温钠法也可适用。

3. 排放标准中各项标准值的确定

3.1 标准值的确定依据

本次标准值的确定主要依据为:

(1) 当前的污染治理技术水平。排放标准不同于环境质量标准,环境质量标准是基于环境基准值,是为了保护公众健康,维护生态环境安全而制定的目标值。污染控制的目标是达到环境质量标准,其手段就是对污染源实行排放限制,排放限制的核心是排放标准。排放标准的制订一定要以技术为依据,因为排放标准是要企业去执行的,应体现“技术强制”原则。即通过排放标准的制订迫使污染者采用先进的污染控制技术。我们制订的标准值应当是企业在采用了先进的生产工艺与污染治理措施后能够达到的水平。而不应当盲目追求标准的先进性,而脱离目前行业的污染治理技术水平。

在标准制订时,新源和现源所依据的技术水平也是有区别的。新源排放标准依据目前国内最先进的技术水平制订,现源排放标准依据目前国内较为先进的技术水平制订。

(2) 环境质量要求与污染物的生态影响:在排放标准制订过程中,除充分考虑当前的污染治理技术水平外,还要充分考虑到污染物排放对人体健康乃至整个生态环境的影响。在制订农药的排放标准时,综合考虑农药的ADI值(每公斤体重每日允许摄入量)、MRL值(农作物最大允许残留限量)、LC50值(半致死浓度)等等,使制订的标准既是技术经济可行的,又能充分保护人体健康及生态环境。

(3) 国内外现有的相关标准:现有的相关标准(包括国内标准、国外标准)在制定过程中肯定也考虑了诸多方面的因素,并经过了一定时间的实践检验,这些标准对于我们制订本标准可起到参考作用。

3.2 水污染物排放标准值的确定

(1) 最高允许排水量

根据调查目前采用氰化物法生产百草枯的企业,生产1吨百草枯原药(100%)从生产装置排放的原废水量在2~8m3之间。部分企业的原废水排放情况见表2。

表2 部分百草枯生产企业的原废水排放量

企业名称 采用工艺 原废水排放量(m3/吨原药)

先正达公司 氨氰法 4

沙隆达公司 氨氰法 2.5~3

山东东方科技公司 氨氰法 3

湖北仙隆公司 氨氰法 3

上海泰禾公司 醇氰法 6

浙江永农公司 醇氰法 7.5

升华拜克公司 醇氰法 7

石家庄宝丰公司 醇氰法 2

一般说来,采用氨氰法工艺,单位产品的废水产生量较低,在4m3左右;采用醇氰法工艺,单位产品废水产生量较高,在7m3左右。但也有采用醇氰法工艺的企业,单位产品废水产生量很低。这说明醇氰法工艺还有很大的改进余地,可以通过适当的措施减少废水的产生量。

因此对于现源企业,预计其单位产品的废水产生量为7 m3;对于新源企业,预计其单位产品废水的产生量为4 m3;并且预计生产1吨百草枯原药(100%)的设备、地面冲洗水为0.5m3。由于百草枯生产废水的浓度通常很大,在处理过程中,允许其4倍的稀释容量。因此:

最高允许排水量=(单位产品废水产生量 + 设备、地面冲洗水量)× 稀释倍数

由此可得,对于最高允许排水量,规定新源企业标准限值为18m3,现源企业标准限值为30m3。

(2) 化学需氧量(CODcr)

对于COD指标,《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)中规定的一级标准为100mg/L。企业目前能达到的治理水平如表3所示:

表3 部分企业原废水和终排水的COD浓度

企业名称 采用工艺 原废水COD(mg/L) 终排水COD(mg/L)

先正达公司 氨氰法 20000 <100

浙江永农公司 醇氰法 22000 100~110

升华拜克公司 醇氰法 25000 <100

上海秦禾公司 醇氰法 78000 <100

山东东方科技公司 氨氰法 1000 50

参照《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)中的规定和企业能达到的治理水平,COD的排放限值设为100mg/L。

对于预处理标准,COD限值可根据污水处理场具体的要求和企业生化处理装置的负荷能力设定,但最高不能超过500mg/L。

(3) pH值

采用氰化物工艺产生的原废水中都含有氰根离子,因此原废水都呈强碱性,一般在pH10~13之间。部分企业原废水的pH值见表3。

表3部分企业原废水pH值

企业名称 原废水pH值

先正达公司 12.6

山东绿霸公司 9.4

石家庄宝丰公司 13.3

上海泰禾公司 12.7

原废水无论是处理后直接排入环境,还是预处理后进行生化处理,都要将pH值调节到中性附近。参照《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)的限值,将排放标准和预处理标准限值设定为6~9。

(4) 色度

采用氰化物工艺生产百草枯产生的原废水一般呈黑褐色或深棕色,色度很深。部分企业原废水色度情况见表4。

表4部分企业原废水色度情况

企业名称 采用工艺 色度(度) 测定方法

先正达公司 氨氰法 75000 铂钴标准比色法

石家庄宝丰公司 醇氰法 300000

济南绿霸公司 氨氰法 62500

上海秦禾公司 醇氰法 600000

原废水处理后若直接排放至环境就应当对色度指标加以控制,目前国内采用先进废水治理工艺的企业,处理后废水的色度指标可达到50以下,同时参照《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)中的规定,将排放标准限值设定为50。

对于预处理标准,由于还要进行进一步的生化处理,并最终要达到污水处理场的各项排放指标要求(包括色度指标)。因此只要将废水中影响生化处理的物质去除,各项指标能够达到生化处理进水要求就可以了。对于色度指标,并不是影响生化处理的高敏感因素,故没有设定预处理标准。

(5) 氨态氮

氨氰法工艺生产百草枯过程中,氨只起到催化作用,大量的氨氮将随过滤洗涤操作进入到原废水中。目前各企业一般采用汽提回收氨水,再将氨水回用于工艺之中。这项技术是国内普遍采用的成熟方法,汽提可使废水中氨回收率达97~98%,汽提后的废水中氨浓度在200mg/L左右。考虑到进一步生化处理中允许4倍的稀释容量,即稀释后废水中的氨浓度可降至到50mg/L左右。由于氨氮通过微生物的硝化-反硝化作用,容易被去除,因此对于预处理标准,规定氨氮标准限值为50mg/L。

原废水处理后若直接排放至环境,参照《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)中的规定,将排放标准限值设定为15mg/L。

(6) 氰根离子

氰根离子是氰化物工艺废水中危害性较大的污染物,部分企业原废水和处理后的废水中氰根离子的浓度如下:

表5部分企业原废水和处理后的废水中氰根离子的浓度

企业名称 采用工艺 原废水中氰根浓度(mg/L) 处理后废水中氰根浓度(mg/L)

先正达公司 氨氰法 7870 <0.5

山东东方科技公司 氨氰法 2000 0.08

湖北仙隆公司 氨氰法 600 0.5

石家庄宝丰公司 醇氰法 1500 <1.0

升华拜克公司 醇氰法 1000~1500 0.5

浙江永农公司 醇氰法 18000 60~80

上海秦禾公司 醇氰法 8000 一级处理后:<20

二级处理后:<0.5

由于氰化物具有高毒性并且对生化处理过程有危害,因此参照《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)中的规定和企业能够达到的治理水平,将氰根离子的排放标准和预处理标准都设定为0.5mg/L。

(7) 吡啶

吡啶是百草枯生产中最主要原料,由于其具有较强的刺激性、挥发性和一定的毒性,并且不可生化,因此被列为废水中需要监测的特征污染因子。部分企业原废水和终排水中吡啶含量见表6。

表6部分企业原废水和终排水中吡啶的含量

企业名称 采用工艺 原废水吡啶(mg/L) 终排水吡啶(mg/L)

先正达 氨氰法 146.28 未检出

济南绿霸 氨氰法 16.00 ——

石家庄宝丰 醇氰法 816.28 ——

升华拜克 醇氰法 检测不到 检测不到

*上表中先正达、绿霸、宝丰的数据为实测数据;升华拜克的数据由企业提供。

目前在国内,全国性的排放标准中没有关于吡啶的规定,只在环境质量标准中有所体现。但一些地方制定的排放标准中,吡啶已经被列入了控制项目。

表7吡啶在水中的一些相关标准

标准名称 标准限值

地表水环境质量标准(GB3838-2002) 0.2mg/L

上海市地方污水排放标准(DB31/199-1997) 一级标准:2.0mg/L

二级标准:2.0mg/L

三级标准:5.0mg/L

四川省环境污染物排放标准(试行) 一类水域:甲级1.0mg/L;乙级2.0mg/L

二类水域:甲级2.0mg/L;乙级3.0mg/L

三类水域:甲级3.0mg/L;乙级5.0mg/L

参照上海市及四川省污水排放的地方标准,把新源企业排放标准的限值定为2.0mg/L,现源企业排放标准的限值定为5.0mg/L。

(8) 百草枯离子

百草枯离子是标准制定中最为重要的特征污染物,由于它是在百草枯生产过程中才能涉及到的污染物,具有很强的特殊性,因此在国内外至今没有见到相关的排放标准,只是在美国等一些国家有百草枯的饮用水质量标准。因此,对于百草枯离子排放限值的确定,采取了多介质环境目标值(MEG)方法中几种不同估算模式相互补充、相互印证的方法。

 现源企业排放标准——多介质环境目标值(MEG)估算

多介质环境目标值(Multimedia Environmental Goals, MEG)是美国EPA工业环境实验室推算出的化学物质或其降解产物在环境介质中的含量及排放量的限定值。预计,化学物质的量不超过MEG时,不会对周围人群及生态系统产生有害影响。MEG包括周围环境目标值(Amvient MEG, AMEG)和排放环境目标值(Discharge MEG, DMEG)。AMEG表示化学物质在环境介质中可以容许的最大浓度(估计生物体与这种浓度的化学物质终生接触都不会受其有害影响)。DMEG是指生物体与排放流短期接触时,排放流中的化学物质最高可容许浓度。预期不高于此浓度的污染物不会对人体或生态系统产生不可逆转的有害影响。同时,工业环境实验室还提出了多种MEG值的估算模式。

表8估算百草枯离子MEG值所需数据

数据描述 数据值

美国国家职业与健康研究所(NIOSH)关于百草枯在车间空气中允许浓度的推荐值 1.5mg/m3

美国联邦饮用水指导方针 30μg/L

最低的生态毒性数据值(目前所获资料中最低的是Selenastrum capricornutumr的IC50) 1.8mg/L

大鼠经口LD50 155~203mg/kg

(A)NIOSH推荐值估算模式:

DMEGWH(ug/L)=15×DMEGAH=22.5μg/L

(B)饮用水标准估算模式:

DMEGWH(ug/L)=5×饮用水标准=150μg/L

(C)基于生态环境的估算模式:

DMEGWE(ug/L)=100×最低生态毒性数据值(mg/L)=180μg/L

(D)LD50估算模式:

DMEGWH(ug/L)=0.675×LD50=104.625~137.025μg/L

*上述式中角标含意:W-水;H-健康;E-生态。

以上估算模式中,拟不采用NIOSH推荐值模式估算出的数据,因为NIOSH推荐值是车间环境空气限值,更多的考虑到百草枯的吸入毒性,百草枯的吸入毒性是高毒,而其接触及经口毒性均为中等毒性。本标准的制定将主要基于接触及经口毒性。

其余的4个数据既有基于健康和毒理学影响的饮用水标准模式和LD50模式的估算值,又有基于生态环境模式的估算值。并且4个数据值之间比较接近,相互之间能够较好地印证。4个数据中最大值为180μg/L,最小值为104.625μg/L。为保证排放的安全性,保守地取100μg/L为现源企业排放标准限值。预计,如果排放流中的百草枯离子浓度不超过100μg/L时,在短时间接触的条件下,不会对人体或生态系统产生不可逆转的有害影响。

 新源企业排放标准——总量控制:累积效应的考虑

假设百草枯离子在环境系统中的降解过程符合一级反应动力学,则有:

dC/dt=kC

C——环境中百草枯离子浓度

t——时间

k——降解系数

上式表明,环境中百草枯离子浓度一定时,百草枯离子的降解速率取决于降解系数。

又由百草枯离子在环境中的浓度变化可表达为:

Ct=C0e-kt

C0——百草枯离子初始浓度;

Ct——时间t时百草枯离子浓度;

取对数得

kt=lnC0/Ct

当降解一半时,即Ct=C0/2时

T1/2=ln2/k

T1/2——降解半衰期。

在环境中,百草枯离子的降解半衰期平均为1000天,将T1/2=1000d带入可得:

k=6.9×10-4d-1

得出的降解系数很小,说明百草枯离子在环境中很难降解,具有明显的累积效应。

因此,虽然在美国EPA制定的联邦饮用水指导方针中将百草枯离子的浓度限值定为30μg/L,但在美国的一些州和英国、澳大利亚等一些国家,已经在执行更加严格的饮用水标准。一些国家和地区关于百草枯的标准见表9。

表9一些国家和地区关于百草枯的标准

标准名称 限值

美国亚利桑那州饮用水标准 3μg/L

英国供水条例水质量标准 0.1μg/L(总农药量低于0.5ug/L)

澳大利亚健康与医药委员会标准 0.03μg/L

当然,饮用水标准与排放标准是有区别的,但是从长期累积效应考虑,将新源企业百草枯离子的排放标准确定为比较安全的30μg/L是适当的。并且从目前国内企业治理现状来看,部分污染治理情况较好的企业已经能够达到甚至低于这样的标准,因此这一标准从技术可行性角度来看也是可以实现的

(9) 2,2’:6’,2’’-三联吡啶

2,2’:6’,2’’-三联吡啶是中/高温钠法生产百草枯产生的废水中的特征污染物——三联吡啶异构体——之一,有资料表明,这些异构体中,以2,2’:6’,2’’-三联吡啶为主,而在氰化物法工艺及低温钠法工艺废水中不能检出2,2’:6’,2’’-三联吡啶。同时,2,2’:6’,2’’-三联吡啶具有强致癌作用,因此把2,2’:6’,2’’-三联吡啶设定为废水中特征污染因子之一,并规定不得检出,意在从环保的角度淘汰国家已明令禁止使用的中/高温钠法工艺。

3.3 大气污染物标准值的确定

3.3.1生产过程产生的废气

生产过程废气排放涉及氯气、氨气、吡啶和氯甲烷。

(1) 氯气

在我国《大气污染物综合排放标准中》(GB16297-1996)中,有关新源企业氯气的二级排放标准规定如下:

表10《大气污染物综合排放标准》中有关氯气的规定

污染物 最高允许排放浓度mg/m3 最高允许排放速率kg/h

排气筒高度m 二级

氯气 65 25

30

40

50

60

70

80 0.52

0.87

2.9

5.0

7.7

11

15

参照上面标准,并且规定排气筒高度不得低于30米,因此规定限值如下:

表11氯气排放限值

污染物 最高允许排放浓度mg/m3 排气筒高度m 最高允许排放速率kg/h

氯气 65 30 0.87

(2) 氨气

在《大气污染物综合排放标准中》(GB16297-1996)中,没有关于氨气的规定,但在《恶臭污染物排放标准》(GB14554-1993)中,有如下规定:

表12《恶臭污染物排放标准》中有关氨气的规定

控制项目 排气筒高度m 排放量kg/h

氨 15

20

25

30

35

40

60 4.9

8.7

14

20

27

35

75

在《工作场所有害因素职业接触限值》(GBZ2-2002)中,氨气的最高允许浓度为30mg/m3。由于限制排气筒高度为30m,按10倍的空气稀释计算,可允许排放浓度为300mg/m3。于是氨气排放限值规定如下:

表13氨气排放限值

污染物 最高允许排放浓度mg/m3 排气筒高度m 最高允许排放速率kg/h

氨气 300 30 20

(3) 吡啶和氯甲烷

在《大气污染物综合排放标准中》和《恶臭污染物排放标准》中,都没有这两种气体排放限值的规定。但在《工作场所有害因素职业接触限值》(GBZ2-2002)中,对这两中物质的工作场所空气中容许浓度作了如下规定:

表14 《工作场所有害因素职业接触限值》中有关吡啶和氯甲烷的规定(mg/m3)

中文名 英文名 MAC TWA STEL

吡啶 Pyridine —— 4 10

氯甲烷 Methyl chloride —— 60 120

*表中MAC—最高容许浓度;TWA—时间加权平均容许浓度;STEL—短时间接触容许浓度。

一般说来,由排气筒排放的有害气体,经大气扩散后着地浓度不得超过大气质量标准或卫生标准规定的一次最大容许浓度。由有害物质湍流扩散的Sutton模型,可知:

式中:

Cmax——落地最大浓度

M——单位时间污染物排放量

u——风速

He——排气筒高度

也就是说,如果风速和排气筒高度条件固定,最大落地浓度与单位时间污染物排放量成正比。即:

在这里,采用与氯气排放标准相同的条件,并且已知在《工作场所有害因素职业接触限值》中,氯的最高允许浓度为1mg/m3。对上式进行计算,可得在此条件下:

K=1.149

由于只是关心其比例关系,这里计算时并未对单位进行统一,而是直接选取各个量原有的单位,这对后面的结果不会产生影响。

对于吡啶和氯甲烷,同时采取与氯气相同的条件,并且已知其在《工作场所有害因素职业接触限值》中,最高允许浓度分别为4 mg/m3和60 mg/m3,则可得出这两种物质的最高允许排放速率限值如下:

表15吡啶、氯甲烷最高允许排放速率限值

污染物 最高允许排放速率kg/h

吡啶 3.48

氯甲烷 52.2

对于这两种物质的浓度限值,英国捷利康公司的企业标准中规定分别为:吡啶:90mg/m3,氯甲烷:200mg/m3。拟采用相同的标准,对于吡啶和氯甲烷的排放规定如下:

表15吡啶、氯甲烷排放限值

污染物 最高允许排放浓度mg/m3 排气筒高度m 最高允许排放速率kg/h

吡啶 90 30 3.48

氯甲烷 200 30 52.2

3.3.2焚烧法处理工艺废水产生的废气

采用焚烧方法处理工艺废水,在处理过程中有废气由焚烧炉排气筒排放至大气环境之中。考虑到工艺废水的组成及对焚烧过程的分析,可知此废气主要成分为水蒸气,还包含颗粒物、氮氧化物、二氧化硫等污染物。这些污染物的排放标准可参照《危险废物焚烧控制标准》(GB18484-2001)执行。

3.4 固体废弃物排放设定项目限值的制定依据

对于氰化物工艺来说,固体废弃物一般有如下几个来源:

(1) 工艺过程中产生:如醇氰或水氰工艺中的氰化物回收过程。

(2) 焚烧法处理废水过程产生:焚烧法处理废水过程会产生烧残盐,产生量的多少与具体的焚烧工艺有关。

(3) 氰化物包装物:使用氰化物后剩下的包装物,包括袋、包、箱等。材质一般为纸质或塑料。

无论哪种来源的固体废弃物,都可能含有氰化物,必须加以有效的处理。因此,对于固体废弃物可按《含氰废物污染控制标准》(GB12502-90)的要求进行控制。

表16《含氰废物污染控制标准》中有关规定

项目 第一级 第二级

废物含氰(以CN-计) ≤1.0mg/L ≤1.5mg/L

*废物含氰量是指废物在浸出液中总氰化物的浓度。

*第一级指本标准实施之日起,新建、扩建、改建的企事业单位应执行的标准;第二级指本标准实施之前,已有企事业单位应执行的标准。

参照以上标准将固体废弃物中含氰(以CN-计)限值定为≤1.0mg/L。此处废物含氰量是指废物在浸出液中总氰化物的浓度。

4. 标准监测

为提高各控制项目监测的可操作性,明确了采样点的位置和采样频率的规定。同时,对于焚烧处理工艺废水产生的废气规定采用连续在线监测的要求。这是因为,第一,目前对于焚烧炉排放废气的连续在线监测技术已经比较成熟;第二,对于焚烧炉排放的废气,往往存在取样困难,人工监测不及时,受人为因素干扰大等问题,如采用人工监测,必然会造成超标准排放,使标准执行的有效性受到影响;第三,采用连续在线监测可以有效提高监测水平,减少操作人员劳动强度,并为进一步在其它方面推广积累经验。采样频率的设定按不同企业的生产周期确定。

5. 控制项目分析方法

5.1 已有国家标准分析方法的控制项目

已有国家标准分析方法的控制项目按标准方法执行。具体情况如表17:

表17控制项目分析方法

项目 分析方法 方法来源

COD 重铬酸钾法 GB11914-89

pH 玻璃电极法 GB6902-96

色度 稀释倍数法 GB11903-89

氨氮 蒸馏和滴定法 GB7478-87

氰根离子 滴定法 GB7486-87

吡啶 气相色谱法 GB/T14672-93

氯气 甲基橙分光光度法 HJ/T30-99

氨气 纳氏试剂比色法 GB/T14688-93

吡啶 巴比妥酸分光光度法 GB/T16116-95

氯甲烷 气相色谱法 GB/T16078-95

氰化物(浸出液中以CN-计) 浸出毒性浸出方法 水平振荡法

总氰化物测定 硝酸银滴定法 GB5086.2-97

GB7486-87

5.2 没有国家标准分析方法的百草枯离子和2,2’:6’,2’’-三联吡啶的分析

对于没有国家标准分析方法的百草枯离子和2,2’:6’,2’’-三联吡啶,通过实验和查阅文献,分别建立了分析方法。

5.2.1百草枯离子分析方法

对于百草枯离子,采用液相色谱分析法。方法简述如下:

取一定体积的百草枯废水,用针头过滤器过滤,以辛磺酸钠-乙腈-缓冲溶液为流动相,在以Spherisorb Pheny、5μm为填料的色谱柱和紫外可变波长检测器,对废水中的百草枯离子进行液相色谱分离和测定。

本方法适用于工业废水和地面水中百草枯离子的测定,方法最小检出量(以S/N=2计)为10-12g,最低检测浓度为10.21μg/l。对添加百草枯离子浓度为16~76μg/l的水样进行重复测定,相对标准偏差为0.06%,添加回收率为91.44~107.51%。

5.2.2 2,2’:6’,2’’-三联吡啶的分析方法

对于2,2’:6’,2’’-三联吡啶,水样经过氢氧化钠、乙酸乙酯处理后,采用GC-MS进行定性测定。

本方法适用于工业废水和地面水中2,2’:6’,2’’-三联吡啶的测定,方法最小检出量(以S/N=2计)为8×10-11g,方法的检测限为0.08mg/L。对添加2,2’:6’,2’’-三联吡啶浓度小于1.0mg/L的水样进行重复测定表明:该方法的相对标准偏差小于30%,添加回收率为70-130%。

孤独的麦片
无情的柚子
2026-02-02 03:19:19
生物医用高分子材料

摘要:简述了对功能高分子材料的认识,功能高分子材料的特征和功能高分子材料的分类,接着重点写生物医用高分子的发展前景和趋势,对生物医用功能高分子的认识和其重要性的认识。

关键词:功能高分子材料,生物医用高分子材料。

功能高分子材料

功能高分子材料一般指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料,或具体地指在原有力学性能的基础上,还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料。功能高分子材料是上世纪60年代发展起来的新兴领域,是高分子材料渗透到电子、生物、能源等领域后开发涌现出的新材料。近年来,功能高分子材料的年增长率一般都在10%以上,其中高分子分离膜和生物医用高分子的增长率高达50%

所谓功能性高分子材料,一般是指具有某种特别的功能或者是能在某种特殊环境下使用的高分子材料,但这是相对于一般用途的通用高分子材料而言。这一定义只是一个概括,不一定很确切,较多的人认为所谓功能性高分子材料是指具有物质能量和信息的传递、转换和贮存作用的高分子材料及其复合材料。如有光电、热电、压电、声电、化学转换等功能的一些高分子化合物。可以看出,这是一类范围相当大、用途相当广、品种相当多,而又是在生活、生产活动中经常遇见的一类高分子材料。

功能高分子材料按照功能特性通常可分成以下几类:

(1)分离材料和化学功能材料;(2)电磁功能高分子材料;(3)光功能高分子材料;(4)生物医用高分子材料。 功能高分子材料是高分子学科中的一个重要分支,它的重要性在于所包含的每一类高分子都具有特殊的功能。

随着时代的发展,在医学领域中越来越迫切地需要开发出能应用于医疗的各种新型材料,经多年的研究已发现有多种高分子化合物可以符合医用要求,我们也把它归属于功能性高分子材料。

一般归纳起来医用高分子材料应符合下列要求:

1、化学稳定性好,在人体接触部分不能发生影响而变化;

2、组织相容性好,在人体内不发生炎症和排异反应;

3、不会致癌变;

4、耐生物老化,在人体内材料长期性能无变化;

5、耐煮沸,灭菌、药液消毒等处理方法;

6、材料来源广、易于加工成型。

经多年研究,能较好符合上述要求的高分子化合物主要有两大类,一类是有机硅化合物,第二类是有机氟化物,最主要的两种产品是硅橡胶和聚四氟乙烯,例如美国GE公司开发了一批主要是有机硅方面的用于医学领域的功能高分子化合物。

生物医用高分子材料的现状和发展趋势

生物医用高分子材料是以医用为目的,用于和活体组织接触,具有诊断、治疗或替换机体中组织、器官或增进其功能的高分子材料,即biomedical polymeric materials , 生物医用高分子材料是在高分子材料科学不断向医学和生命科学渗透,高分子材料广泛应用于医学领域的过程中,逐渐发展起来的一类生物材料,它已形成一门介于现代医学和高分子科学之间的边缘科学。在功能高分子材料领域, 生物医用高分子材料可谓异军突起, 目前已成为发展最快的一个重要分支。

生物医用高分子材料的发展经历了三个阶段,第一阶段始于1937 年,其特点是所用高分子材料都是已有的现成材料, 如用丙烯酸甲酯制造义齿的牙床。第二阶段始于1953 年, 其标志是医用级有机硅橡胶的出现, 随后又发展了聚羟基乙酸酯缝合线以及四种聚(醚- 氨) 酯心血管材料, 从此进入了以分子工程研究为基础的发展时期。该阶段的特点是在分子水平上对合成高分子的组成、配方和工艺进行优化设计, 有目的地开发所需要的高分子材料。目前的研究焦点已经从寻找替代生物组织的合成材料转向研究一类具有主动诱导、激发人体组织器官再生修复的新材料,这标志着生物医用高分子材料的发展进入了第三个阶段。其特点是这种材料一般由活体组织和人工材料有机结合而成, 在分子设计上以促进周围组织细胞生长为预想功能, 其关键在于诱使配合基和组织细胞表面的特殊位点发生作用以提高组织细胞的分裂和生长速度在国外,生物医用高分子材料研究已有50多年的历史,早在1947 年美国已发表了展望性论文。 随后,美国、日本、欧洲等工业发达国家不断有文章报道,有些并已在临床上得到应用。 我国研究历史较短,上世纪70年代开始进行人工器官的研制,并有部分器官进入临床应用。1980 年成立了中国生物医疗工程学会,并于1982 年又成立了中国医学工程学会人工脏器及生物材料专业委员会,使得生物医学器材获得进一步发展. 生物医用高分子材料作为一门边缘科学,融合了高分子化学和物理、高分子材料工艺学、药理学、病理学、解剖学和临床医学等方面的知识,还涉及许多工程学问题。生物医用高分子材料的发展,对于战胜危害人类的疾病,保障人民身体健康,探索人类生命奥秘具有重大意义。

1 生物医用高分子材料的基本要求及生物相容性

对于生物医用高分子材料来说,除了要有医疗功能外,还必须强调安全性,即不仅要治病,而且对人体健康无害。 当然,对生物医用高分子材料的要求也不是一律不变的,可因其使用环境或功能的不同而异,如外用医疗材料与肌体接触时间短,要求可稍低,而与血液直接接触,或体内使用的材料则要求较高。

2 生物医用高分子材料的种类及发展

生物医用高分子材料按性质可分为非降解和可生物降解两大类。非生物降解的生物医用高分子包括:聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、芳香聚酯、聚硅氧烷、聚甲醛等,其在生理环境中能长期保持稳定,不发生降解、交联或物理磨损等,并具有良好的力学性能。可生物降解的生物医用高分子材料则包括胶原、脂肪族聚酯、聚氨基酸、聚己内酯等,这些材料能在生理环境中发生结构性破坏,且降解产物能通过正常的新陈代谢被基体吸收或排出体外。非降解和可生物降解生物医用高分子材料在生物医学领域各具有自己独特的发展地位,然而,随着生物医学和材料科学的发展,人们对生物医用高分子材料提出了更高的要求,可生物降解生物医用高分子材料越来越得到人们的亲睐。因此,在这里主要讨论可生物降解医用高分子材料的种类。

根据来源来划分,可生物降解医用高分子材料可分为天然可生物降解和合成可生物降解两大类。

3 生物医用高分子材料的应用及展望

生物技术将是21世纪最有前途的技术, 生物医用高分子材料将在其中扮演重要角色, 其性能将不断提高, 应用领域也将进一步拓宽。生物医用高分子材料应用主要有以下几个方面:

(1)与血液接触的高分子材料。与血液接触的高分子材料是指用来制造人工血管、人工心脏血囊、人工心瓣膜、人工肺等的生物医用材料, 要求这种材料要有良好的抗凝血性、抗细菌粘附性, 即在材料表面不产生血栓、不引起血小板变形, 不发生以生物材料为中心的感染。此外, 还要求它具有与人体血管相似的弹性和延展性以及良好的耐疲劳性等。

(2)组织工程用高分子材料。组织工程学是近十年来新兴的一门交叉学科,它是应用工程学和生命科学的原理和方法来了解正常和病理的哺乳类组织的结构- 功能关系, 以及研制生物代用品以恢复、维持或改善其功能的一门科学。细胞大规模培养技术的日臻成熟和生物相容性材料的开发与研究, 使得创造由活细胞和生物相容性材料组成的人造生物组织或器官成为可能。

(3)药用高分子材料。与低分子药物相比,药用高分子具有低毒、高效、缓释、长效、可定点释放等优点。根据药用高分子结构与制剂的形式, 药用高分子可分为三类: a. 具有药理活性的高分子药物,它们本身具有药理作用,断链后即失去药性, 是真正意义上的高分子药物。b.低分子药物的高分子化。低分子药物在体内新陈代谢速度快, 半衰期短, 体内浓度降低快, 从而影响疗效, 故需大剂量频繁进药, 而过高的药剂浓度又会加重副作用, 此外, 低分子药物也缺乏进入人体部位的选择性。将低分子药物与高分子结合的方法有吸附、共聚、嵌段和接枝等。C.药用高分子微胶囊,即将细微的药粒用高分子膜包覆起来形成微小的胶囊,其作用有:延缓、控制释放药物, 提高疗效掩蔽药物的毒性、刺激性和苦味等不良性质, 减小对人体的刺激使药物与空气隔离, 防止药物在存放过程中的氧化、吸潮等不良反应, 增加贮存的稳定性。

(4)医药包装用高分子材料。用于药物包装的高分子材料正逐年增加,包装药物的高分子材料大体上可分为软、硬两种类型。硬型材料如聚酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯等, 由于其强度高、透明性好、尺寸稳定、气密性好,常用来代替玻璃容器和金属容器, 制造饮片和胶囊等固体制剂的包装。新型聚酯聚萘二甲酸乙二醇酯除具有优异的力学性能及阻隔性能外, 还有较强的耐紫外线性, 可用于口服液、糖浆等的热封装。软型材料如聚乙烯、聚丙烯、聚偏氯乙烯及乙烯- 醋酸乙烯共聚物等, 常加工成复合薄膜, 主要用来包装固体冲剂、片剂等药物。而半硬质聚氯乙烯片材则被用作片剂、胶囊的铝塑泡罩包装的泡罩材料。至于药膏、洗剂、酊剂等外用药液的包装, 则用耐腐蚀性极强且综合性能优良的聚四氟乙烯来担任。

(5)隐形眼镜是最常见的眼科用高分子材料制品。对这类材料的基本要求是: ①具有优良的光学性质, 折光率与角膜相接近②良好的润湿性和透氧性③生物惰性, 即耐降解且不与接触面发生化学反应④有一定的力学强度, 易于精加工及抗污渍沉淀等。常用的隐形眼镜材料有聚甲基丙烯酸β-羟乙酯, 聚甲基丙烯酸β- 羟乙酯- N - 乙烯吡咯烷酮, 聚甲基丙烯酸β- 羟乙酯- 甲基丙烯酸戊酯, 聚甲基丙烯酸甘油酯- N - 乙烯吡咯烷酮等。浙江工业大学的邬润德等研究的聚钛硅氧烷化合物, 由于在聚合体系中加入了钛烷氧化物交联剂,使材料的致密性增加, 减少了固化收缩, 制备了一种优良的隐形眼镜材料。此外, 发生病变的角膜和晶状体也可用人工角膜和人工晶状体替代。人工角膜可用硅橡胶、聚甲基丙烯酸酯类或聚酯等薄膜制备。人工晶状体的主体材料可用聚甲基丙烯酸酯类, 其起固定作用的附加爪状细枝可用甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸丁酯的共聚物或甲基丙烯酸环己酯和甲基丙烯酸丁酯的共聚物等。

(6)医用粘合剂与缝合线。生物医用粘合剂是指将组织粘合起来的组织粘合剂, 它们除了应具备一般软组织植入物所应有的条件外, 还应满足下列要求: ①在活体能承受的条件下固化, 使组织粘合②能迅速聚合而没有过量的热和毒副产物产生③在创伤愈合时粘合剂可被吸收而不干扰正常的愈合过程。常用的粘合剂有α- 氰基丙烯酸烷基酯类, 甲基丙烯酸甲酯- 苯乙烯共聚物及亚甲基丙二酸甲基烯丙基酯等。手术用缝合线可分为非吸收型和可吸收型两大类。非吸收类包括天然纤维(如蚕丝、木棉、麻及马毛等) 和合成纤维(如PET、PA、PP、PE 单丝、PTFE 及PU 等) 。可吸收类包括天然高分子材料(如羊肠线、骨胶原、纤维蛋白等) 和合成高分子材料(如聚乙烯醇、聚羟乙基丁酸酯、聚乳酸、聚氨基酸及聚羟基乙酸等) 。其中, 由聚乳酸和聚羟基乙酸或两者的共聚物制成的缝合线因性能优越而倍受关注。这种缝合线强度可靠, 对创口缝合能力强, 又可生物降解而被肌体吸收, 是一种理想的医用缝合线。

(7)医疗器件用高分子材料。高分子材料制的医疗器件有一次性医疗用品 (注射器、输液器、检查器具、护理用具、麻醉及手术室用具等) 、血袋、尿袋及矫形材料等。一次性医疗用品多采用常见高分子材料如聚丙烯和聚4-甲基- 1 - 戊烯制造。血袋一般由软PVC 或LDPE 制成。由PU 制的绷带固化速度快, 质轻层薄, 不易使皮肤发炎, 可取代传统的固定材料———石膏用于骨折固定。硅橡胶、聚酯、聚四氟乙烯、聚酸酐及聚乙烯醇等都是性能良好的矫形材料,已广泛用于假肢制造及整形外科等领域。

医用高分子材料的发展方向主要包括:

(1)可生物降解医用高分子材料因其具有良好的生物降解性和生物相容性而受到高度重视, 无论是作为缓释药物还是作为促进组织生长的骨架材料, 都将得到巨大的发展。

(2) 1906 年En rililich 首次提出药物选择性地分布于病变部位以降低其对正常组织的毒副作用, 使病变组织的药物浓度增大, 从而提高药物利用率这一靶向给药的概念。此后一个世纪以来, 靶向药物的载体材料一直吸引了医药工作者的兴趣。其中高分子纳米粒子以其特有的优点是近年来国内外一个极为重要的研究热点。

(3)任何一种材料都是通过其表面与环境介质相接触的, 因此材料的开发与应用必然涉及其表面问题的研究。一般高分子材料的表面对外界响应性较弱, 但有些高分子表面的结构形态会因外界条件(如pH、温度、应力、光及电场等) 的改变在极短时间内发生相应的变化, 从而造成表面性质的改变, 此乃智能高分子表面。因此设计这类智能表面将是生物医用高分子材料发展的一个重要方面。

(4)随着科学的发展,由高分子材料制成的人工脏器正在从体外使用型向内植型发展,为满足医用功能性、生物相容性的要求,把酶和生物细胞固定在合成高分子材料上,从而制成各种脏器,将使生物医用高分子材料发展前景越来越广阔。

(5)通常,在组织工程的应用中,高分子材料支架要负载上生长因子,以促进组织在生物体内的再生,另一方面,把特殊的粘附因子,如粘连蛋白结合到支架上,可使聚合物表面能够促进对某种细胞的粘附,而排斥其它种类的细胞,即支架对细胞进行有选择的粘附。为了使生长因子和粘附因子能够结合到可降解高分子材料上,就需要对材料进行表面改性,而有时表面改性很困难, 因此,可利用与天然聚合物杂化的方法来达到上述目的, 同时由于这些材料有良好的机械性能,又可以弥补天然聚合物强度不高、稳定性差的缺点。可见,生物杂化材料在这方面的表现是相当突出的, 必将成为医用生物高分子材料发展的一个主要趋势。

给我分吧,我找得苦。

谦让的冰棍
健康的画笔
2026-02-02 03:19:19
大哥,优化设计还难啊。。。。

我们平时做作业就做这本啊

不知道您哪个省的,我是浙江的

我们这里化学是属于理综考试的一项,7+4的题量。(7选择,4大题)

选择一般都是基本地知识和理论,只要掌握全面,读题自己基本上都轻松

大题一般是一道平衡、一道无机推断、一道有机推断、一道实验,这么几道题。这些就要针对题目来做题。既然自己认为基础不错,那就选择自己认为薄弱的提醒狠下心练习,比如一晚上做一类题,做完整理,收获肯定会很大。

另外我认为各个科目都是相通的,你如果觉得自己其他科目好,应该多借鉴自己地学习方法,毕竟只有自己最了解自己。

健壮的斑马
超级的人生
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