绿色化学_21世纪化学新观念_王丰

《绿色化学_21世纪化学新观念_王丰》由会员分享，可在线阅读，更多相关《绿色化学_21世纪化学新观念_王丰（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、绿色化学 ) 21 世纪化学新观念王 丰 刘 静( 基础部)摘 要 绿色化学是传统化学发展的新阶段。本文论述了绿色化学的产生、 基本观点、 原则及其研究进展, 讨论了绿色化学与人类可持续发展的关系。关键词 绿色化学 原子利用率 新观念 可持续发展前 言近年来, 随着环境污染的加剧和人类对环境问题的日益关心, 化学和化学家面临着前所未有的挑战, 很多人对化学工业提出质疑, 认为环境变差, 化学是罪魁祸首, 化学家应负首要责任。于是, 人们开始厌恶化学, 进而对化学产生一种莫名其妙的恐惧心理, 害怕、 逃避与化学有关联的事物。于是便出现: 凡是有/ 人工添加剂0的食品都不受欢迎, 化妆品广告中也反

2、复强调本品不含任何/ 化学物质0, 学生学习化学的兴趣降低, 甚至西方媒体中出现了一个新词汇/ chemphobia0( 化学恐惧症) 。在这种形势下, 综合考虑环境、 经济、 社会以及化学工业自身发展的要求, 具有全新观念的/ 绿色化学0( Green Chemistry) 应运而生。 一、 绿色化学的内涵绿色化学又称为环境无害化学( Environmenta- lly Benign chemistry) 、 环境友好化学( EnvironmentallyFriendlly chemistry) 、 清洁化学( Clean chemistry) , 在其基础上发展的技术称为环境友好技术 (

3、Environ -mentally Friendly Technology) 或洁 净技 术 ( CleanTechnology) 。绿色化学即是用化学的技术和方法去减少或消灭那些对人类健康、 社区安全、 生态环境有害的原料、 催化剂、 溶剂和试剂、 产物、 副产物等的使用和产生, 绿色化学的理想是不再使用有毒有害的物质, 不再产生废物, 不再处理废物, 把污染治理转变为污染预防, 它是一门从源头上阻止污染的化学。绿色化学的特点在于它在源头上就采用实现预防的科学手段, 因而过程和终端均为零排放或零污染, 它研究污染的根源 ) 污染的本质在哪里, 而不是去对终端或过程污染进行控制或进行处理, 绿

4、色化学要求副作用尽可能小, 它是一种观念, 是人们倾力追求的目标。( 一) 绿色化学的产生绿色化学是当今国际化学学科研究的前沿,虽然绿色化学正式提出不过三、 四年的时间, 但在一些发达国家的科学界前几年已经注意到这个问题。1990 年美国颁布了污染防治法案, 并将其确立为国策, 推动了绿色化学在美国的迅速兴起和发展; 1995 年 3 月, 美国宣布建立/ 绿色化学挑战计划0, 并设立/ 总统绿色化学挑战奖0。1996 年 7月颁发了第二届/ 总统绿色化学挑战奖0。两届共有 8家公司和 2位教授获奖。1997 年由美国国家实验室, 相关大学和企业联合成立了绿色化学院;美国化学会成立了/ 绿色化

5、学研究所0。欧洲、 拉美国家也纷纷制定了绿色化学与技术的科研计划, 绿色化学与技术已成为世界各国政府最为关注的问题与任务之一。政府直接参与, 产、 学、 研结合已成为国际上绿色化学研究与开发的显著特点。目前我国也已加入绿色化学的研究行列。收稿日期: 2003- 07- 09作者简介: 王 丰(1973- ), 女, 汉族, 吉林省永吉县人, 助教, 现从事化学教学与研究工作。#30#第 13 卷 第 1 期吉林特产高等专科学校学报Vol. 13, No. 1 2004 年 3月Journal of Jilin Local Specialty CollegeMarch, 2004 1995年中国

6、科学院化学部确定了/ 工业生产中的绿色化学与技术0院士咨询课题组, 1996 年在北京召开了工业生产中的绿色化学与技术研讨会。1997年由国家科委主办的第 72 届香山科学会议在北京召开, 会议的主题是/ 可持续发展问题对科学的挑战) ) 绿色化学0。1999 年 5 月在成都举办了第二届国际绿色化学高级研讨会。可以说,这些都标志着我国对绿色化学的研究和开发工作已经开始起步。( 二) 绿色化学的原则绿色化学的核心是/ 杜绝污染源0, 事实上, 防治污染的最佳途径就是从源头消除污染, 一开始就不要产生有毒、 有害物质。绿色化学要求在化学反应过程中尽可能采用无毒无害的原料、 催化剂和溶剂, 其内容

7、包括新设计或重新设计化学合成、 制造方法和化工产品来根除污染源, 是最为理想的环境污染防治方法。P.T.Anastas 和 J. C. Waner 曾提出绿色化学的12 条原则:(1) 防止废物的生成比在其生成后再处理更好。(2) 设计的合成方法应使生成过程中所采用的原料最大量地进入产品之中。( 3) 设计合成方法时, 只要可能, 不论原料、 中间产物和最终产品, 均应对人体健康和环境无毒,无害( 包括极小毒性和无毒) 。( 4) 化工产品设计时, 必须使其具有高效的功能, 同时也要减少其毒性。(5) 应尽可能避免使用溶剂、 分离试剂等助剂, 如不可避免, 也要选用无毒无害的助剂。(6) 合成

8、方法必须考虑过程中能耗对成本与环境的影响, 应设法降低能耗, 最好采用在常温常压下的合成方法。( 7) 在技术可行和经济合理的前提下, 原料要采用可再生资源代替消耗性资源。( 8) 在可能的条件下, 尽量不用不必要的衍生物, 如限制性基团, 保护/ 去保护作用、 临时调变物理/ 化学工艺。(9) 合成方法中采用高选择性的催化剂比使用化学计量助剂更优越。(10) 化工产品要设计成在其使用功能终结后, 它不会永存于环境中, 要能分解成可降解的无害产物。( 11) 进一步发展分析方法, 对危险物质在生成前实行在线监测和控制。( 12) 选择化学生产过程的物质, 使化学意外事故( 渗透、 爆炸、 火灾

9、等) 的危险性降低到最小程度。这 12 条原则目前为国际化学界所公认, 它反映了近年来绿色化学领域中所开展的研究工作内容, 也指明了未来发展绿色化学的方向。( 三) 绿色化学的基本观点绿色化学是一种新的创造性的思想, 其基本观点是研究新反应体系包括寻求新的反应原料,探索新的反应条件与合成路线, 设计绿色产品。这就要求化学家与科研工作者要应用当代最新科学技术成就如物理、 化学、 生物学的技术与手段,以实现化学科学与生态协调发展为目标, 研究环境友好的新反应、 新过程、 新产品。绿色化学与其说是一门新学科, 不如说是化学学科发展的新价值观。绿色化学从源头上避免和消除对生态环境有毒有害的原料、 催化

10、剂、 溶剂和试剂的使用和产物、 副产物的产生, 这与可持续发展的基本要求即资源的永续利用和环境容量的持续承载能力是相符合的。绿色化学是传统化学与技术的全面/ 绿化0, 传统化学中那些破坏环境的反应将逐渐被绿色化学的环境友好化学反应所代替。绿色化学与环境治理是完全不同的概念。环境治理是对已被污染的环境进行治理使之恢复到被污染前的面目, 是一种被动的治理; 而绿色化学是从源头上阻止污染物的生成, 是一种主动的预防。只有通过绿色化学, 寻求反应产率高、 副产物少、 耗能低、 节省原材料, 反应条件温和, 试剂和介质以及产物无毒无害或低毒低害的环境友好反应, 才是解决环境污染的根本出路。 二、 绿色化

11、学的研究方向及进展绿色化学的研究主要围绕化学反应, 包括原料、 催化剂、 溶剂和产品的绿色化等。目前已经取得一定进展。( 一) 开发绿色反应, 提高原子利用率最大限度地利用原料, 最大限度地减少副产#31#第 13 卷 第 1 期吉林特产高等专科学校学报Vol. 13, No. 1 2004 年 3月Journal of Jilin Local Specialty CollegeMarch, 2004 物、 减少废物的排放, 是化学合成方法发展的趋势。1991 年美国著名有机化学家斯劳斯特首先提出了原子经济性的概念, 他认为化学反应应该最大限度地利用原料分子中的每一个原子, 使它们都结合到目标

12、分子( 目标中的产物) 中去, 从而达到废物的零排放。原子经济性可用原子利用率来衡量:原子利用率=预期产物的分子量 反应物质的原子总和 100%如在环氧乙烷的生产中, 乙烯催化一步合成产物, 是一个理想的绿色化学反应, 经典的氯代乙醇法虽然可以达到 100%, 但其原子利用率只有25% , 生产 1kg 环氧乙烷会生成 3kg 副产品, 而使用石油催化方法, 只需一步反应就能直接得到产物, 其原子利用率可达到 100%, 产率高达 99%, 新的方法对环境的友好度较为明显地体现出来了。经典的氯代乙醇法:C2H4+ Cl2+ H2O yClCH2CH2OH+ HClClCH2CH2OH+ Ca(

13、 OH)2yCH2CH2O+ CaCl2+H2O总反应为: C2H4+ Cl2+Ca( OH)2y C2H4O+CaCl2+ H2O分子量: 28 71 74 44原子利用率= 44/ ( 28+ 71+ 74) 100% =25%现代石油化学工艺:C2H4+ 1/ 2O2) yC2H4O原子利用率= 100%( 二) 采用元毒无害的原料光气和氢氰酸仍是现代化工中常用的剧毒原料, 应尽可能地用无毒无害原料来代替。例如, 在代替光气剧毒原料方面, 目前工业上已成功开发(1) 胺类和二氧化碳生产异氰酸技术。( 2) 在特殊的反应体系中采用一氧化碳直接碳化有机胺生产异氰酸酯技术。( 3) 用二氧化碳

14、代替光气生产碳酸二甲酯技术。( 三) 选用无毒无害的绿色催化剂在化学合成中使用催化剂可以改变化学反应途径, 降低反应的活化能, 从而提高产率, 降低消耗。实际上, 在考虑选择原子利用率高的零排放、无盐, 对环境友好的合成方法上使用催化剂将会起到重要的作用。近几年来, 通过对许多传统的化学合成方法进行改革, 寻找新型有效的催化剂以后, 减少了对环境的污染, 实现了绿色化学的目的。( 四) 选用无毒无害的绿色溶剂绿色化学要求尽量不用溶剂等辅助物质, 若使用则必须是无害的。目前仍广泛使用的是挥发性有机化合物( VOC) , 其严重污染水源和大气, 需对它的使用加以限制。研究无毒害溶剂的工作正在开展,

15、 其中较活跃的是开发超临界流体( SCF) 。超临界流体是指处于超临界温度及超临界压力下的流体, 是一种介于液体与气体状态的流体状态物, 其密度接近于液体, 粘度接近于气体, 而超临界二氧化碳流体( 温度临界点为 311K, 压力临界点为 7 477. 79kpa) , 由于其具有临界温度压力适中,来源广泛, 回收方便, 无毒等特点而受到重视。( 五) 产品绿色化1996年美国绿色化学持挑战奖原因之一是由于开发成功一种环境友好的海洋生物防垢剂。绿色产品要求在使用过程中或使用后不会危害人体健康和生态环境, 易于回收、 复用和再生合理包装, 合理使用功能, 产品报废后易于处理, 在自然条件下易降解

16、。目前大量使用的聚苯乙烯发泡塑料快餐盒, 使用以后成为垃圾, 在自然条件下, 降解时间很长, 对环境造成严重危害, 这样我们在生产时可以加入光敏剂、 化学助剂等, 加速它的降解速度, 使其在使用几个月内即可降解成无害物质。同时也正在使用麦秆或玉米秆制作易降解的纸质用具, 其特点是 12h 以内就可以降解, 对环境产生积极的影响。此外, 保持大气臭氧层的氟氯烃代用品已开始使用, 机动车原料正在推广使用新配方, 以减少尾气中一氧化碳、 臭氧和光化学烟雾等污染。 三、 绿色化学是人类可持续发展 的客观要求长期以来, 人们总以征服自然、 改造自然为骄傲, 对自然资源进行掠夺性开发, 造成严重的生态失调, 气候反常, 资源匮乏。现在人们已经认识到/ 只有一个地球0, 人类要求得自身的持续发展与生存, 就必须与周围事物和谐共处。可持续发展#32#第 13 卷 第 1 期吉林特产高等专科学校学报Vol. 13, No. 1 2004 年 3月Journal of Jilin Local Specialty CollegeMarch, 2004 是国际社会在全球环境与发展问题