有機(jī)反應(yīng)中的清潔工藝及綠色化學(xué)探討

阮薇薇

摘 要：清潔工藝和綠色化學(xué)在上個(gè)世紀(jì)得到重視，在化學(xué)研究領(lǐng)域中逐漸受到了關(guān)注，在環(huán)境破壞嚴(yán)重下，將環(huán)境發(fā)展從被動(dòng)轉(zhuǎn)向主動(dòng)。本文講述了當(dāng)前有機(jī)反應(yīng)中比較成熟的清潔工藝和綠色化學(xué)，旨在為相關(guān)工作提供理論參考。

關(guān)鍵詞：有機(jī)反應(yīng);清潔工藝;綠色化學(xué)

當(dāng)前，水、大氣污染嚴(yán)重，在此方面的治理技術(shù)研究上，取得了很好的效果，不管是空氣質(zhì)量，還是水體潔凈度，都比幾十年前好很多。因此，化工技術(shù)技術(shù)和化學(xué)研究，促進(jìn)我國(guó)可持續(xù)發(fā)展。

1 有機(jī)反應(yīng)中的清潔工藝

1.1 嚴(yán)加選擇

1.1.1 Ti-Si分子篩過(guò)氧水氧化法制備手段

環(huán)己酮肟是己內(nèi)酰胺制造的一個(gè)主要部分，現(xiàn)在現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝有一氧化氮換元法、DSM/HPO法和拉西法，但是以往工藝生產(chǎn)中，存在硫酸銨、稀硝酸和NOx等副產(chǎn)品的缺陷。世界先進(jìn)化學(xué)公司就開(kāi)發(fā)使用Ti-Si分子篩催化劑進(jìn)行環(huán)己酮肟化的新型技術(shù)，轉(zhuǎn)化率上升到99.99%。其中環(huán)己酮肟選擇性為98.2%，反應(yīng)條件溫和，催化反應(yīng)原材料溫和容易獲取，影響小，對(duì)于硫酸銨等物質(zhì)降低75%，減少其他物質(zhì)的產(chǎn)生，利于環(huán)境保護(hù)工作。對(duì)于此，我國(guó)大連理工學(xué)校也使用Ti-Si分析篩實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)取得良好效果。

1.1.2 Mobil高選擇性甲苯歧化工藝

該公司研發(fā)出甲苯選擇歧化工藝，令甲苯歧化工藝在實(shí)際工作中，直接得到相應(yīng)濃度的二甲苯，大大超過(guò)多種傳統(tǒng)工藝下得到平衡濃度為23-25%的對(duì)二甲苯，增強(qiáng)選擇性，該工作過(guò)程主要使用焦化預(yù)處理催化劑[1]。一段時(shí)間后，研發(fā)出新的甲苯歧化工藝，即MTPX。與之前選擇歧化工會(huì)不同的是，新型技術(shù)使用硅改性催化劑，對(duì)二氨基苯的選擇性高達(dá)98%以上，經(jīng)過(guò)對(duì)催化劑的改性，減少副產(chǎn)品乙苯的量，最終產(chǎn)物中有害物質(zhì)大大降低。

1.1.3 苯一步法制苯酚新工藝

催化劑研究院利用合作手段，開(kāi)發(fā)出由苯直接制作苯酚，卻不產(chǎn)生丙酮副產(chǎn)物的一步法工藝，挑選沸石基為催化劑，苯和一氧化氮經(jīng)過(guò)催化劑的反應(yīng)，生成苯酚，最終產(chǎn)出率高達(dá)99%，大大高于之前技術(shù)94%的經(jīng)典產(chǎn)率，加上有很少的副產(chǎn)物，原材料的獲取還可從己二酸生產(chǎn)的廢料中獲取，在環(huán)境保護(hù)上作出很大的功效。并因?yàn)楣に嚭?jiǎn)單，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，無(wú)需考慮廢物的處理，只需在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，無(wú)可燃?xì)怏w成分即可，摒棄了傳統(tǒng)清潔工藝的可能出現(xiàn)安全事故的情況，因此，此設(shè)計(jì)工藝值得廣泛推廣，另外，美國(guó)UOP企業(yè)與日本三菱油合作開(kāi)發(fā)出的新工藝，是利用乙苯催化脫氫植被苯乙烯的脫氫環(huán)節(jié)，對(duì)氫有選擇性氧化，令反應(yīng)平衡整體向右，將單程轉(zhuǎn)化率上升到82%。加上丙二醇醚中的毒性比較低，因此在實(shí)驗(yàn)中，可作為溶劑，和傳統(tǒng)單一使用液相手段相比，效果明顯。我國(guó)上海石化研究院，開(kāi)發(fā)出合成丙二醇醚固體酸性催化劑，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的高度分離，降低耗能。

1.2 使用無(wú)污染原始物料和催化劑的清潔工藝

一方面，分子篩合成乙苯的工藝。以往合成乙苯的方法是：以三氯化鋁為催化劑，進(jìn)行付氏烷基化反應(yīng)，液相法分子篩的合成工藝，使用超穩(wěn)Y沸石為催化劑，因?yàn)榫哂泻芎玫耐榛D(zhuǎn)化和烴化的能力，將催化劑的再生周期延長(zhǎng)到一年或者更長(zhǎng)。

另一方面，乙烯生產(chǎn)過(guò)程中，副產(chǎn)品為丁二烯，為了實(shí)現(xiàn)無(wú)污染清潔工藝，各個(gè)廠家都在探尋提升丁二烯生產(chǎn)附加值的途徑，DOW公司，開(kāi)發(fā)出以丁二烯為原材料生產(chǎn)的新工藝，最主要的就是丁二烯環(huán)二聚合制作乙烯基環(huán)己烯，并在催化劑影響下，產(chǎn)生苯乙烯單體，轉(zhuǎn)化率為90%以上，但是該催化劑對(duì)苯乙烯單體的選擇上，超過(guò)90%。

2 有機(jī)反應(yīng)中的綠色化學(xué)

2.1 原料性能的轉(zhuǎn)變

以生產(chǎn)芳香胺為例，以往在化學(xué)反應(yīng)中，都使用的是氯代芳烴，通過(guò)胺進(jìn)行親核取代反應(yīng)，但是氯代芳烴是污染很強(qiáng)的物質(zhì)。在此基礎(chǔ)上，使用芳烴代替氯代芳烴，即直接使用胺親核的形式，發(fā)展新型方法。

2.2 反應(yīng)方法轉(zhuǎn)變

在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，以往經(jīng)常使用的甲基化試劑是硫酸二甲酯，但是因?yàn)橛泻芨叩闹掳┬裕瑢?duì)接觸人員身體健康影響很大，經(jīng)過(guò)開(kāi)發(fā)和利用，使用碳酸二甲酯代替，實(shí)際實(shí)驗(yàn)中有很好效果，其化學(xué)公式為：PhNH2+DMCPhNHCH3+

CH3OH+CO2。其中DMC為二甲基碳酸酯，GL-TPC為氣液相轉(zhuǎn)移催化劑。

近幾年我國(guó)在有機(jī)反應(yīng)方式上，有了很大的轉(zhuǎn)變，串聯(lián)反應(yīng)因?yàn)榫哂锌杀苊夥蛛x的優(yōu)勢(shì)，幾個(gè)原料從反應(yīng)到后期的實(shí)驗(yàn)，都極大限度的減少了中間環(huán)節(jié)廢棄物的產(chǎn)生和去除。實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)常出現(xiàn)的為苯制備乙酰苯胺的反應(yīng)，不但提升實(shí)驗(yàn)效果，還降低對(duì)環(huán)境的污染。

2.3 反應(yīng)條件的轉(zhuǎn)變

有機(jī)反應(yīng)中的綠的化學(xué)，將之前以有機(jī)溶劑為介質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)變，因?yàn)橹暗挠袡C(jī)溶劑，暴露的空氣中會(huì)產(chǎn)生污染，需要不斷的解決和處理，現(xiàn)在處理的方法有：使用超臨界液體為溶劑，其中使用較多的是超臨界二氧化碳?；蛘呤褂煤看蟮挠袡C(jī)溶劑，代替以往溶劑當(dāng)做反應(yīng)介質(zhì)[2]。此處考慮到實(shí)際反應(yīng)中對(duì)空氣溶劑污染的降低，避免產(chǎn)生大量的廢水和廢氣等。除此之外，還要使用催化反應(yīng)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的當(dāng)量反應(yīng)，防止出現(xiàn)大量的溶劑，同樣減少污染。

3 結(jié)論

21世紀(jì)是科技的世界，其生產(chǎn)和發(fā)展以保護(hù)環(huán)境為主，在此過(guò)程中環(huán)境污染和資源浪費(fèi)，已經(jīng)成為國(guó)家重視的焦點(diǎn)，提升到發(fā)展方針中。早在多年以前，我國(guó)就實(shí)現(xiàn)了清潔工藝的研究和應(yīng)用，現(xiàn)在已經(jīng)取得良好成效。通過(guò)本文講述，希望為多數(shù)企業(yè)發(fā)展提供理論參考，促進(jìn)其快速進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)：

[1]王宇.基于綠色化學(xué)的化學(xué)工程節(jié)能研究[J].中國(guó)建材科技，2019（03）：81-82.

[2]楊鵬波.基于沉淀置換的發(fā)酵法生產(chǎn)有機(jī)酸的清潔工藝過(guò)程[D].北京：中國(guó)科學(xué)院研究生院（過(guò)程工程研究所），2015.