對(duì)綠色化學(xué)工藝的應(yīng)用與發(fā)展的探究

王馨苒（天津市南開(kāi)中學(xué)，天津市300100）

對(duì)綠色化學(xué)工藝的應(yīng)用與發(fā)展的探究

王馨苒（天津市南開(kāi)中學(xué)，天津市300100）

隨著化學(xué)工業(yè)的迅速發(fā)展，由有毒、有害廢液廢渣不合理排放引起的環(huán)境污染問(wèn)題也日益突出。在此形勢(shì)下，綠色化學(xué)工藝應(yīng)運(yùn)而生，由于其具有"可從源頭上阻止污染物產(chǎn)生"的巨大優(yōu)勢(shì)而倍受科學(xué)界關(guān)注。本文通過(guò)檢索文獻(xiàn)的方法探究了綠色化學(xué)工業(yè)的興起過(guò)程、基本原則與發(fā)展前景，以其應(yīng)用實(shí)例體現(xiàn)了綠色化學(xué)的優(yōu)勢(shì)所在，并結(jié)合離子液體造成的“綠色非綠”現(xiàn)象說(shuō)明了其瓶頸。由此闡述說(shuō)明充分開(kāi)發(fā)、推廣和應(yīng)用綠色化學(xué)的重要性。

綠色化學(xué)工藝；原子經(jīng)濟(jì)性；環(huán)境治理

引言

化學(xué)工業(yè)的發(fā)展極大地豐富了人類(lèi)的物質(zhì)生活，我們每個(gè)人幾乎都每時(shí)每刻都在使用著各種的化工產(chǎn)品。從農(nóng)業(yè)肥料、金屬冶金，到日常生活中的食品添加劑，合成纖維到涂漆涂料，我們的衣食住行無(wú)一不與化學(xué)息息相關(guān)。毫不夸張地說(shuō)，化學(xué)工業(yè)造福了人類(lèi)，現(xiàn)代文明也離不開(kāi)化學(xué)工程。

然而，化學(xué)工業(yè)的發(fā)展也帶來(lái)了一系列的環(huán)境問(wèn)題，各類(lèi)污染導(dǎo)致了生態(tài)平衡的嚴(yán)重失調(diào)。面對(duì)這些環(huán)境問(wèn)題，對(duì)策不是遠(yuǎn)離工業(yè)，而是建立綠色、環(huán)保的化學(xué)工業(yè)，其中，最具發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景的方法，就是綠色化學(xué)工藝。

本文試圖通過(guò)探索環(huán)境保護(hù)的發(fā)展與沿革，探討綠色化學(xué)的興起和特點(diǎn)，結(jié)合它在實(shí)際工業(yè)中的應(yīng)用實(shí)例與發(fā)展的瓶頸，為讀者介紹綠色化學(xué)，希望能引起人們的重視和進(jìn)一步對(duì)它的研究。

1　環(huán)境治理的歷史沿革與發(fā)展

現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)主要是因?yàn)槠鋸U液廢渣廢氣的不合理處理、排放而對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不良影響，在八大公害事件中，這種不良影響通過(guò)食物鏈傳遞、空氣污染等方式嚴(yán)重威脅到人類(lèi)身體健康。

環(huán)境問(wèn)題的治理經(jīng)歷了三個(gè)主要階段。一是稀釋污染物時(shí)期，人們相信只要某一化學(xué)物質(zhì)的濃度降得足夠低，就不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。然而這種思想忽略了化學(xué)物質(zhì)在環(huán)境中的長(zhǎng)期積累效應(yīng)，眾所周知，當(dāng)工業(yè)排放的污染物數(shù)量超過(guò)環(huán)境的自?xún)裟芰r(shí)，會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞，簡(jiǎn)單地稀釋污染物最終導(dǎo)致了很多環(huán)境公害問(wèn)題，如骨痛病、水俁病等等。后來(lái)的很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，人們對(duì)化工污染的處理方法停留在末端治理的階段，即在排放前集中處理污染物。然而這種方法效率低，成本高，不能有效地到達(dá)環(huán)境保護(hù)的目的。而近幾年興起的綠色化學(xué)（又稱(chēng)環(huán)境友好化學(xué)）則提出，通過(guò)改進(jìn)工藝，從源頭上拒絕污染，是一種環(huán)境保護(hù)的新科學(xué)和新方法。

如今霧霾日益嚴(yán)重，由工業(yè)問(wèn)題引起的污染日益凸顯，說(shuō)明改善化工合成路線迫在眉睫。因此，我們需要通過(guò)大力提倡綠色化學(xué)工藝，改變現(xiàn)有化學(xué)工業(yè)的技術(shù)路線，從而改變?nèi)缃翊蠖鄶?shù)化學(xué)工業(yè)仍采用“末端治理”方法的現(xiàn)狀、從源頭上防止污染，改善人類(lèi)生存環(huán)境、提高人類(lèi)生活質(zhì)量。

2　綠色化學(xué)概述

綠色化學(xué)通過(guò)在最大程度上避免化工生產(chǎn)中有毒有害原料、催化劑、溶劑等的使用以及副產(chǎn)物的產(chǎn)生，從而達(dá)到從源頭上阻止污染物產(chǎn)生的目的。綠色化學(xué)將“原子經(jīng)濟(jì)性”理念貫穿化工始終，因而其理想結(jié)果是在處理過(guò)程和終端均表現(xiàn)為“零污染和零排放”。不論從資源利用率方面、還是從環(huán)境保護(hù)方面來(lái)看，綠色化學(xué)均可稱(chēng)作一門(mén)符合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展要求的科學(xué)技術(shù)方法。

3　綠色化學(xué)工藝在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用實(shí)例

近年來(lái)，綠色化學(xué)因其環(huán)境友好，減少能耗等特性獲得了廣泛的研究，新的工藝被不斷的開(kāi)發(fā)。以下筆者將從原子經(jīng)濟(jì)性與使用無(wú)毒原料這兩條原則出發(fā)，給出兩個(gè)綠色化學(xué)工藝的實(shí)際案例。

3.1銀催化法制取環(huán)氧乙烷

這個(gè)工藝的原子利用率經(jīng)計(jì)算只有25.43%

而綠色化學(xué)工業(yè)中以銀作催化劑，使得制取環(huán)氧乙烷的反應(yīng)中反應(yīng)物的每一個(gè)原子都得到充分使用，并避免了副產(chǎn)物的產(chǎn)生，原子利用率達(dá)到了100%。

綠色化學(xué)的主要特點(diǎn)之一是原子經(jīng)濟(jì)性，與產(chǎn)率不同，原子經(jīng)濟(jì)性關(guān)注的是充分利用每一個(gè)原子，而產(chǎn)率即使在100%的情況下也能生產(chǎn)出大質(zhì)量的副產(chǎn)物（如Witting反應(yīng)，引入基團(tuán)=CH2的摩爾質(zhì)量只有14g/mol，而廢物O=PPh3的摩爾質(zhì)量卻達(dá)到了278g/mol）。

傳統(tǒng)工業(yè)制取環(huán)氧乙烷的工藝采用兩步，第一步中，氯氣水解產(chǎn)生的次氯酸與乙烯加成形成氯乙醇，其副產(chǎn)物中含有鹽酸等對(duì)反應(yīng)容器有強(qiáng)烈腐蝕性的物質(zhì)，對(duì)環(huán)境造成影響。反應(yīng)方程如下所示，

第一步：CH2=CH2+Cl2+H2O→ClCH2CH2OH+HCl

第二步：ClCH2CH2OH+Ca（OH）2+HCl→C2H4O+CaCl2+H2O

總反應(yīng)：CH2=CH2+Cl2+Ca（OH）2→C2H4O+CaCl2+H2O

3.2二氧化碳法制取聚氨酯

以下是聚氨酯的傳統(tǒng)制取方法，有機(jī)胺與光氣在第一步中反應(yīng)生成一氰酸酯和鹽酸，中間產(chǎn)物一氰酸酯再與醇反應(yīng)制取聚氨酯。由于此反應(yīng)中以光氣為原料，光氣是一種極為活潑的有毒氣體，吸入后會(huì)損害呼吸道，嚴(yán)重的中毒癥狀包括昏迷甚至死亡，對(duì)人類(lèi)的健康造成了威脅，所以其安全性較差。

RNH2+COCl2→RNCO+2HCl

RNCO+R′OH→RNHCOOR′

綠色化學(xué)工業(yè)中，把原反應(yīng)工藝中劇毒的光氣改為無(wú)毒無(wú)害的二氧化碳從而改善了化學(xué)合成路線，大大增強(qiáng)了反應(yīng)的安全性，也避免了傳統(tǒng)制法中鹽酸的處理問(wèn)題，從源頭上防止了污染物、有毒有害物質(zhì)的產(chǎn)生。

RNH2+CO2→RNCO+H2O

RNCO+R′OH→RNHCOOR′

4　綠色化學(xué)工藝的發(fā)展瓶頸

然而，綠色化學(xué)的發(fā)展也遭遇著很多的限制和瓶頸，“綠色非綠”的現(xiàn)象就是其中之一。它指的是盡管某種反應(yīng)的生產(chǎn)過(guò)程是綠色的，但其前端或者后端卻存在著巨大的污染。一個(gè)著名的例子是離子液體。

傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑揮發(fā)性大，容易進(jìn)入到環(huán)境中造成危害。而離子液體，顧名思義，就是液態(tài)的鹽，它的不對(duì)稱(chēng)性使它在室溫下仍然呈現(xiàn)液態(tài)，但幾乎不具有揮發(fā)性，是標(biāo)準(zhǔn)的綠色溶劑。雖然離子液體在電化學(xué)領(lǐng)域和吸收有害氣體方面正有著越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，但是其制備過(guò)程需要耗費(fèi)大量的化學(xué)試劑和能源，因此其綠色化受到質(zhì)疑。

5　結(jié)語(yǔ)

綠色化學(xué)以其“源頭上避免污染”的優(yōu)點(diǎn)和符合“原子經(jīng)濟(jì)性”的特點(diǎn)受到社會(huì)的廣泛關(guān)注，世界各國(guó)的許多科研機(jī)構(gòu)與政府部門(mén)都致力于綠色化學(xué)的開(kāi)發(fā)、推廣和應(yīng)用，在節(jié)約原料、保護(hù)環(huán)境、保障人類(lèi)健康與安全方面發(fā)揮了日益顯著的作用。綠色化學(xué)體現(xiàn)了化學(xué)科學(xué)、技術(shù)與社會(huì)的相互聯(lián)系，是化學(xué)科學(xué)高度發(fā)展以及社會(huì)對(duì)化學(xué)科學(xué)發(fā)展的作用的產(chǎn)物，對(duì)化學(xué)本身而言是一個(gè)新階段。對(duì)于綠色化學(xué)的研究已經(jīng)成為一門(mén)重要的化學(xué)學(xué)科分支，是我們?nèi)祟?lèi)通向綠色生活的必由之路。

[1]紀(jì)紅兵，和佘遠(yuǎn)斌.綠色化學(xué)化工基本問(wèn)題的發(fā)展與研究[J].化工進(jìn)展，2007（5）：605-14.

[2]謝萍華，和陸偉.綠色化學(xué)與我國(guó)化工行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[J].杭州化工，2008（2）：5～12.

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TQ030

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2095-2066（2016）31-0243-02

2016-10-12