綠色化學(xué)綜述

1、綠色化學(xué)的研究進(jìn)展摘要：綠色化學(xué)是近十幾年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新興學(xué)科。隨著科技的迅猛發(fā)展，越來(lái)越多的環(huán)境問(wèn)題逐漸凸現(xiàn)出因此，綠色化學(xué)受到越來(lái)越多地關(guān)注。本文分別從綠色化學(xué)的定義、綠色化學(xué)的重要性、特點(diǎn)、研究進(jìn)展等方面對(duì)綠色化學(xué)進(jìn)行了闡述，重點(diǎn)論述了綠色化學(xué)的方法和途徑。關(guān)鍵詞： 綠色化學(xué)；環(huán)境；進(jìn)展；前言: 化工行業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱行業(yè)之一，化工產(chǎn)品遍布人們生活的方方面面，化學(xué)對(duì)人類作出了巨大的貢獻(xiàn)。人類生活的各方面，從衣、食、住、行的生活必需品到汽車(chē)、電視洗、衣機(jī)等，無(wú)不同化學(xué)有關(guān)。高科技更是離不開(kāi)化學(xué)的有力支持。可以說(shuō)化學(xué)改變了人類的生活方式，提高了人類的健康與生活水平。但化學(xué)的這些巨大貢獻(xiàn)伴隨著

2、一定的代價(jià)，那就是制造、使用和處理這些合成化合物質(zhì)對(duì)人類健康和生活環(huán)境造成的負(fù)面影響。進(jìn)入21 世紀(jì),人類正面臨著有史以來(lái)最嚴(yán)重的環(huán)境危機(jī), 世界人口劇增, 資源和能源日漸減少與瀕臨枯竭, 大量排放的工農(nóng)業(yè)污染物和生活廢棄物使人類生存的生態(tài)環(huán)境迅速惡化, 使人與自然矛盾激化。1.綠色化學(xué)的定義 綠色化學(xué)又稱清潔化學(xué)(clean chemistry)、環(huán)境友好型化學(xué)(evironally friendly chemistry)和環(huán)境無(wú)害化(environmentally benign chemistry)，與其相對(duì)應(yīng)的技術(shù)稱為綠色技術(shù)、環(huán)境友好技術(shù)。綠色化學(xué)即是用化學(xué)的技術(shù)和方法去減少或消滅那些

3、對(duì)人類健康、社區(qū)安全、生態(tài)環(huán)境有害的原料、催化劑、溶劑和試劑、產(chǎn)物、副產(chǎn)物等的使用和產(chǎn)生。并且采用具有一定轉(zhuǎn)化率的高選擇性化學(xué)反應(yīng)來(lái)生產(chǎn)目的產(chǎn)品，不生成或很少生成副產(chǎn)品或廢物，實(shí)現(xiàn)或接近廢物的零排放過(guò)程。綠色化學(xué)的目標(biāo)在于不再使用有毒、有害的物質(zhì)，不再產(chǎn)生廢物，不再處理廢物。2.綠色化學(xué)重要性傳統(tǒng)化學(xué)概念似乎總和環(huán)境污染密不可分，它更關(guān)注如何通過(guò)化學(xué)的方法得到更多的物質(zhì)，而此過(guò)程中對(duì)環(huán)境的影響則考慮較少，即使考慮也著眼于事后的治理而不是事前的預(yù)防。傳統(tǒng)的化學(xué)工業(yè)給環(huán)境帶來(lái)的污染已十分嚴(yán)重，目前全世界每年產(chǎn)生的有害廢物達(dá)3億噸4億噸，給環(huán)境造成危害，并威脅著人類的生存。傳統(tǒng)化學(xué)對(duì)環(huán)境的污染，以及

4、資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，導(dǎo)致出現(xiàn)了環(huán)境危機(jī)，生存危機(jī)，因此提出一種可持續(xù)性，零污染或是環(huán)境友好型的新型指導(dǎo)化學(xué)十分重要以及十分必要。綠色化學(xué)就是新型的化學(xué)指導(dǎo)形式，綠色化學(xué)是對(duì)傳統(tǒng)化學(xué)和化學(xué)工業(yè)的革命，是以生態(tài)環(huán)境意識(shí)為指導(dǎo)，研究對(duì)環(huán)境沒(méi)有（或盡可能小的）副作用，在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上可行的化學(xué)品和化學(xué)過(guò)程，它是化學(xué)未來(lái)發(fā)展的方向。綠色化學(xué)的研究以及發(fā)展關(guān)系著人類子孫后代的繁衍生息。3.綠色化學(xué)的特點(diǎn)以及原則特點(diǎn)：（1）充分利用資源和能源，采用無(wú)毒、無(wú)害的原料；（2）在無(wú)毒、無(wú)害的條件下進(jìn)行反應(yīng)，以減少?gòu)U物向環(huán)境排放； （3）提高原子的利用率，力圖使所有作為原料的原子都被產(chǎn)品所消納，實(shí)現(xiàn)零排放；（4）生產(chǎn)出

5、有利于環(huán)境保護(hù)、社區(qū)安全和人體健康的環(huán)境友好的產(chǎn)品。原則：（1）防止污染優(yōu)于污染形成后處理。（2）設(shè)計(jì)合成方法時(shí)應(yīng)最大限度地使所用的全部材料均轉(zhuǎn)化到最終產(chǎn)品中。（3）盡可能使反應(yīng)中使用和生成的物質(zhì)對(duì)人類和環(huán)境無(wú)毒或毒性很小。（4）設(shè)計(jì)化學(xué)產(chǎn)品時(shí)應(yīng)盡量保持其功效而降低其毒性。 盡量不用輔助劑，需要使用時(shí)應(yīng)采用無(wú)毒物質(zhì)。（5）能量使用應(yīng)最小，并應(yīng)考慮其對(duì)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的影響，合成方法應(yīng)在常溫、常壓下操作。（6）最大限度地使用可更新原料。（7）盡量避免不必要的衍生步驟。（8）催化試劑優(yōu)于化學(xué)計(jì)量試劑。（8）化學(xué)品應(yīng)設(shè)計(jì)成使用后容易降解為無(wú)害物質(zhì)的類型。（9）分析方法應(yīng)能真正實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，在有害物質(zhì)形成前

6、加以控制。（10）化學(xué)生產(chǎn)過(guò)程中各種物質(zhì)的選擇與使用，應(yīng)使化學(xué)事故的隱患最小。4 綠色化學(xué)的研究4.1 綠色原料 原料的綠色化主要表現(xiàn)在利用可再生資源做為原料以及采用低毒或無(wú)毒無(wú)害的原料代替高毒原料方面。4.1.1 利用可再生資源作為原料二氧化碳作為一種可更新資源，工業(yè)社會(huì)中大量化石燃料的燃燒為其提供了豐富的的來(lái)源。由于二氧化碳價(jià)廉易得， 用二氧化碳加氫合成甲醇、甲酸是一條很有意義的有機(jī)合成路線。由于它能與氫氣互溶，在超臨界二氧化碳流體中，二氧化碳生成甲酸的氫化反應(yīng)具有很高的反應(yīng)效率。二氧化碳加氫合成有機(jī)物的研究與碳資源的有效利用和環(huán)境保護(hù)具有重要的意義，二氧化碳作原料采用類似的方法亦可制備二

7、甲基甲酰胺和甲酸甲酯。生物燃料乙醇是可取代石油的可再生新能源。但基于糖和淀粉類原料不能滿足生物乙醇生產(chǎn)的巨大需求。4.1.2 采用低毒或無(wú)毒無(wú)害的原料 現(xiàn)有化工生產(chǎn)中往往使用劇毒的光氣和氫氰酸等作為原料，但光氣劇毒、且生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量的氯化氫, 既腐蝕設(shè)備，又污染環(huán)境，為了人類健康和環(huán)境安全，需要用無(wú)毒無(wú)害的原料代替它們來(lái)生產(chǎn)所需的化工產(chǎn)品。在代替劇毒的光氣作原料生產(chǎn)有機(jī)化工原料方面，碳酸二甲酯(dmc)起到了重要的作用。dmc 無(wú)毒而且在無(wú)光氣的環(huán)境中合成所需的化工產(chǎn)品， 如在羰基化反應(yīng)中用dmc 代替劇毒的光氣(cocl2) 作羰基化試劑。4.2 綠色溶劑4.2.1 離子溶液離子液體是由

8、特定陽(yáng)離子和陰離子構(gòu)成的 在室溫或近于室溫下呈液態(tài)的物質(zhì)，其主要的特點(diǎn)是：幾乎沒(méi)有蒸氣壓，不揮發(fā)，無(wú)色，無(wú)嗅；具有較大的穩(wěn)定溫度范圍，較好的化學(xué)穩(wěn)定性及較寬的電化學(xué)穩(wěn)定電位窗口；通過(guò)陰陽(yáng)離子的設(shè)計(jì)可調(diào)節(jié)其對(duì)無(wú)機(jī)物、水、有機(jī)物及聚合物的溶解性, 且其酸度可調(diào)至超強(qiáng)酸。離子液體良好的環(huán)境友好性和可設(shè)計(jì)性,使得其作為新型的反應(yīng)介質(zhì)正在成為研究熱點(diǎn)。在離子液體中進(jìn)行加成反應(yīng)的突出優(yōu)點(diǎn)是體系有足夠低的蒸汽壓、可再循環(huán)、無(wú)爆炸性、熱穩(wěn)定且易于操作。4.2.2 無(wú)溶劑有機(jī)反應(yīng)因?yàn)橛袡C(jī)溶劑能很好地溶解有機(jī)反應(yīng)物，使反應(yīng)物分子在溶液中均勻分散，穩(wěn)定地進(jìn)行能量交換，所以傳統(tǒng)的有機(jī)反應(yīng)， 常常在有機(jī)溶劑中進(jìn)行。但有

9、機(jī)溶劑的毒性、揮發(fā)性、難以回收使其成為對(duì)環(huán)境有害的因素。因此，無(wú)溶劑有機(jī)合成將成為發(fā)展綠色合成的重要途徑。無(wú)溶劑有機(jī)反應(yīng)最初被稱為固態(tài)有機(jī)反應(yīng)，它既包括經(jīng)典的固-固反應(yīng)， 又包括氣-固反應(yīng)和液-固反應(yīng)。無(wú)溶劑反應(yīng)機(jī)理與溶液中的反應(yīng)一樣，反應(yīng)的發(fā)生起源于兩個(gè)反應(yīng)物分子的擴(kuò)散接觸，接著發(fā)生反應(yīng)，生成產(chǎn)物分子。此時(shí)生成的產(chǎn)物分子作為一種雜質(zhì)和缺陷分散在母體反應(yīng)物中，當(dāng)產(chǎn)物分子聚集到一定大小，出現(xiàn)產(chǎn)物的晶核，從而完成成核過(guò)程，隨著晶核的長(zhǎng)大，出現(xiàn)產(chǎn)物的獨(dú)立晶相。無(wú)溶劑有機(jī)反應(yīng)可在固態(tài)、液態(tài)及熔融狀態(tài)下進(jìn)行，尤其是微波與無(wú)溶劑反應(yīng)技術(shù)相結(jié)合， 具有安全、速率快、易操作、選擇性好的特點(diǎn)。4.3 綠色催化劑

10、4.3.1 生物催化劑從20 世紀(jì)70 年代開(kāi)始, 經(jīng)過(guò)幾十年的研究與探索,生物催化的應(yīng)用日趨廣泛和成熟。生物催化在藥物生產(chǎn)中用于開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)的化學(xué)酶法合成工藝,在綠色化學(xué)領(lǐng)域中最大程度地減少?gòu)U物的產(chǎn)生和危險(xiǎn)試劑的應(yīng)用, 在天然化學(xué)領(lǐng)域中對(duì)天然產(chǎn)物進(jìn)行修飾以發(fā)現(xiàn)具有更好生物活性的新藥物。所謂生物催化劑，就是在生物細(xì)胞中形成可加速體內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)，通常以酶為主。酶具有反應(yīng)步驟少、催化效率高、副產(chǎn)物少和產(chǎn)物易分離純化等優(yōu)點(diǎn)。微生物、植物細(xì)胞、動(dòng)物細(xì)胞等與酶的催化作用相比，它們具有不需要酶的分離純化和輔酶的再生等優(yōu)點(diǎn)。所以現(xiàn)在微生物生產(chǎn)的方法已經(jīng)廣泛地用于一些有機(jī)酸、氨基酸、核苷酸、抗生素和甾體激素等

11、化合物的工業(yè)化生產(chǎn)。4.3.2 固體酸堿催化劑 固體酸堿催化劑可以有效地減少甚至避免對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)也容易回收，可以多次使用。近日有報(bào)道稱日本東京技術(shù)研究院合成了硫酸基團(tuán)密度較高的碳基固體酸催化劑，可有效催化一系列有機(jī)反應(yīng)，包括水解、酯化、烷基化、水合以及重排等， 這種催化劑在200以下保持穩(wěn)定且易于從反應(yīng)產(chǎn)物中移除，避免了無(wú)機(jī)酸帶來(lái)的廢水處理問(wèn)題。4.4 綠色合成工藝4.4.1 利用綠色能源 在我國(guó)現(xiàn)今的能源結(jié)構(gòu)中， 煤是主要能源。由于煤含硫量高和燃燒不完全， 造成so2 和大量煙塵排出，使大氣污染。據(jù)統(tǒng)計(jì), 我國(guó)每年燃煤排放的煙塵約為2.2107t，二氧化硫約為1.31107t，分別占粉

12、沙土量和二氧化硫總量的78.69%和89.7%。由so2 而產(chǎn)生的酸雨對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞十分嚴(yán)重。因此，尋找可更新的用于取代化石燃料的資源勢(shì)在必行。作為再生能源，燃料乙醇即燃料酒精對(duì)緩解我國(guó)石油供應(yīng)緊張狀況具有重要意義，發(fā)展燃料乙醇是加快新能源開(kāi)發(fā)利用、實(shí)現(xiàn)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)多元化的有效措施。燃料乙醇可利用秸稈等植物纖維大規(guī)模制造。用乙醇作燃料提供能源，可以減少對(duì)電能等其他能源的過(guò)度浪費(fèi)，進(jìn)而降低發(fā)電過(guò)程中大量燃燒煤而帶來(lái)的大氣污染。4.4.2 資源再生和循環(huán)使用技術(shù) 自然界的資源有限，因此人類生產(chǎn)的各種化學(xué)品能否回收、再生和循環(huán)使用也是綠色化學(xué)研究的一個(gè)重要領(lǐng)域。5.我國(guó)綠色化學(xué)的活動(dòng) 我國(guó)非常重視

13、在綠色化學(xué)方面的進(jìn)展。1996 年,召開(kāi)了工業(yè)生產(chǎn)中綠色化學(xué)與技術(shù)研討會(huì), 并出版了綠色化學(xué)與技術(shù)研討會(huì)學(xué)術(shù)報(bào)告匯編；1998年，在合肥舉辦了第一屆國(guó)際綠色化學(xué)高級(jí)研討會(huì)；化學(xué)進(jìn)展雜志出版了綠色化學(xué)與技術(shù)專輯；2006 年7 月11 日，由中國(guó)化學(xué)會(huì)主辦、吉林大學(xué)承辦的中國(guó)化學(xué)會(huì)第25 屆學(xué)術(shù)年會(huì)在吉林大學(xué)開(kāi)幕，本屆化學(xué)年會(huì)的主題是 化學(xué)與社會(huì)化學(xué)在社會(huì)可持續(xù)發(fā)展中的地位與責(zé)任，大會(huì)由主會(huì)場(chǎng)和綠色化學(xué)等19 個(gè)相對(duì)獨(dú)立的分會(huì)場(chǎng)構(gòu)成， 大會(huì)就化學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)開(kāi)展熱烈的討論和交流。2008 年3 月31 日4 月2 日，建設(shè)部、科技部、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局、財(cái)政部在北京共同舉辦第四

14、屆國(guó)際智能、綠色建筑與建筑節(jié)能大會(huì)暨新技術(shù)與產(chǎn)品博覽會(huì)，會(huì)議就智能、綠色建筑與建筑節(jié)能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、政策措施、評(píng)價(jià)體系、節(jié)能檢測(cè)，分享國(guó)際國(guó)內(nèi)發(fā)展智能、綠色建筑與建筑節(jié)能工作新經(jīng)驗(yàn)為主要內(nèi)容。6.結(jié)語(yǔ) 傳統(tǒng)化學(xué)向綠色化學(xué)的轉(zhuǎn)變可以看作是化學(xué)從粗放型向集約型的轉(zhuǎn)變。綠色化學(xué)是知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代化學(xué)工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，是當(dāng)今國(guó)際化學(xué)研究的前沿?？傊罅Πl(fā)展綠色化學(xué)工業(yè)，從源頭上防止污染，從根本上減少或消除污染，實(shí)現(xiàn)廢物零排放，提高原子經(jīng)濟(jì)性，將是我國(guó)乃至世界環(huán)境保護(hù)的必由之路。參考文獻(xiàn)：1李金芳,于欣偉,鄭成. 綠色化學(xué)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)j. 廣東化工, 2004,8: 5-7.2邱紅,劉彥欽,韓士田.

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