淺談化學(xué)對環(huán)境的影響

1、淺談化學(xué)對環(huán)境的影響化學(xué)是自然科學(xué)的一種，在分子、原子層次上研究物質(zhì)的組成、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)與變化規(guī)律，創(chuàng)造新物質(zhì)的科學(xué)。世界由物質(zhì)組成，化學(xué)則是人類用以認(rèn)識和改造物質(zhì)世界的主要方法和手段之一。它是一門歷史悠久而又富有活力的學(xué)科，它的成就是社會文明的重要標(biāo)志，當(dāng)今社會已經(jīng)完全離不開化學(xué)。自有人類以來就開始了對化學(xué)的探索，因為有了人類就有了對化學(xué)的需求。它與我們的生活息息相關(guān)，在我們的日常生活中無處不在。我國著名化學(xué)前輩楊石先生說：“農(nóng)、輕、重、吃、穿、用，樣樣都離不開化學(xué)。”沒有化學(xué)創(chuàng)造的物質(zhì)文明，就沒有人類的現(xiàn)代生活。但是人類正面臨有史以來最嚴(yán)重的環(huán)境危機(jī)，由于人口急劇的增加，資源的消耗日益擴(kuò)大，

2、人均耕地、淡水和礦產(chǎn)等資源占有量逐漸減少，人口與資源的矛盾越來越尖銳；作為國民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)之一的化學(xué)工業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)，在為創(chuàng)造人類的物質(zhì)文明作曲重要貢獻(xiàn)的同時，在生產(chǎn)活動中也不斷排放由大量有毒物質(zhì)，為環(huán)境和人類的健康帶來一定的危害。例如，溫室效應(yīng)、酸雨、和臭氧層破壞就是由大氣污染衍生生的環(huán)境效應(yīng)。環(huán)境會影響到人們的生活質(zhì)量、身體健康和生產(chǎn)活動，使人們的生活環(huán)境質(zhì)量下降。嚴(yán)重的污染事件不僅帶來健康問題，也造成社會問題。目前在全球范圍內(nèi)都不同程度地由現(xiàn)了環(huán)境污染問題，具有全球影響的方面有大氣環(huán)境污染、海洋污染、城市環(huán)境問題等。就大氣的環(huán)境問題而言，主要有酸雨、溫室效應(yīng)、臭氧層空洞，光化學(xué)煙霧等。一、

3、酸雨人類發(fā)展離不開各種能源的利用，但是人們所利用的能源大多都是通過幾萬年的演變所生成的，是不可再生的能源，除此之外，這些能源對我們的生活環(huán)境是有很大的污染的。造成雨水酸化的污染物很多，其污染來源大致分為兩類：其一為自然物質(zhì)，火山爆發(fā)噴由大量的硫化物及懸浮固體物，自然水域表面釋放的硫化氫、二甲基硫及氮化物等，都會使得雨水的pH值降至5.0左右，就是我們俗稱的酸雨；二是人為物質(zhì)，工業(yè)化后，燃料的大量使用，燃燒過程中產(chǎn)生一氧化碳、氯化氫、二氧化硫、氮氧化物及有機(jī)酸及懸浮固體物，排放至大氣環(huán)境中，經(jīng)光化學(xué)反應(yīng)生成硫酸、硝酸等酸性物質(zhì)使得雨水之pH值降低，形成酸雨。由于酸雨具有跨區(qū)污染的特性且屬于二次污

4、染物，以致影響層面相當(dāng)廣，局部的污染防治對于酸雨的防治助益不大，必須削減硫、氮氧化物的總量才能真正有效遏止酸雨的危害。二、溫室效應(yīng)溫室效應(yīng)是指透射陽光的密閉空間由于與外界缺乏熱交換而形成的保溫效應(yīng)，就是太陽短波輻射可以透過大氣射入地面，而地面增暖后放生的長波輻射卻被大氣中的溫室氣體吸收，從而產(chǎn)生大氣變暖的效應(yīng)。地球大氣中起溫室作用的氣體稱為溫室氣體，主要有二氧化碳（CO2）、甲烷、臭氧、一氧化二氮、氟里昂以及水汽等。它們幾乎吸收地面發(fā)生的所有的長波輻射，其中只有一個很窄的區(qū)段吸收很少，因此稱為“窗區(qū)"。地球主要正是通過這個窗區(qū)把從太陽獲得的熱量中的70%又以長波輻射形式返還宇宙空間，

5、從而維持地面溫度不變，溫室效應(yīng)主要是因為人類活動增加了溫室氣體的數(shù)量和品種，使這個70%的數(shù)值下降，留下的余熱使地球變暖的?？諝庵泻卸趸?，而且在過去很長一段時期中，含量基本上保持恒定。這是由于大氣中的二氧化碳始終處于增長和消耗持平的動態(tài)平衡狀態(tài)。大氣中的二氧化碳有80%來自人和動、植物的呼吸，20%來自燃料的燃燒。散布在大氣中的二氧化碳有75%被海洋、湖泊、河流等地面的水及空中降水吸收溶解于水中。還有5%的二氧化碳通過植物光合作用，轉(zhuǎn)化為有機(jī)物質(zhì)貯藏起來。但是近幾十年來，由于人口急劇增加，工業(yè)迅猛發(fā)展，呼吸產(chǎn)生的二氧化碳及煤炭、石油、天然氣燃燒產(chǎn)生的二氧化碳，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了過去的水平，二氧化

6、碳的產(chǎn)量巨幅增加。而另一方面，由于對森林亂伐，大量的農(nóng)田建成城市和工廠，破壞了植被，減少了將二氧化碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)物的條件。再加上地表水域逐漸縮小，降水量大大降低，減少了吸收溶解二氧化碳的條件，破壞了二氧化碳生成與轉(zhuǎn)化的動態(tài)平衡，就使大氣中的二氧化碳含量逐年增加?？諝庵卸趸己康脑鲩L，就使地球氣溫發(fā)生了改變。二氧化碳可以防止地表熱量輻射到太空中，具有調(diào)節(jié)的球氣溫的功能，如果沒有二氧化碳，地球的年平均氣溫會比目前降低23CO但是，二氧化碳含量過高，就會使地球仿佛捂在一口鍋里。氣溫逐漸升高，就形成“溫室效應(yīng)”。三、臭氧層空洞大氣中的臭氧含氧量僅一億分之一，但是離地面20至25公里的平流層中，存在著

7、臭氧層，其中臭氧的含量占這一高度氣體總量的十萬分之一。臭氧層的臭氧含量極其微少，卻具有非常強(qiáng)烈的吸收紫外線的功能，可以吸收太陽光紫外線中對生物有害的部分（UV-B）。由于臭氧層有效地?fù)踝×藖碜蕴栕贤饩€的侵襲，才使得人類和地球上各種生命能夠存在。繁衍和發(fā)展。2008年形成的南極臭氧空洞的面積到9月第二個星期就已達(dá)2700萬平方公里，而2007年的臭氧空洞面積只有2500萬平方公里。2000年，南極上空的臭氧空洞面積達(dá)創(chuàng)記錄的2800萬平方公里，相當(dāng)于4個澳大利亞。臭氧層為什么會由現(xiàn)空洞”？許多科學(xué)家認(rèn)為，是使用氟利昂作制冷劑及在其他方面使用的結(jié)果。氟利昂由碳、氯、氟組成，其中的氯離子釋放由來進(jìn)

8、入大氣后，能反復(fù)破壞臭氧分子，自己仍保持原狀，因此盡管其量甚微，也能使臭氧分子減少到形成空洞，我國科學(xué)家新近提由，僅僅是氟利昂的作用還不夠，太陽風(fēng)射來的粒子流在地磁場的作用下向地磁兩極集中，并破壞了那里的臭氧分子，這才是主要原因。（楊學(xué)祥，1999）而無論如何，人為地將氯離子送進(jìn)大氣，終是一種有害行為在現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)中，氟利昂等物質(zhì)應(yīng)用非常廣泛，要全面淘汰，必須首先找到氟利昂等的替代物質(zhì)和替代技術(shù)。在特殊情況下需要使用，也應(yīng)該努力回收，盡可能重新利用。目前，世界上一些氟利昂的主要生產(chǎn)廠家參與開發(fā)研究了替代氟利昂的含氟替代物（含氫氯氟燒HCFCF口含氫氟烷燒HCF等）及其合成方法，有可能勇做發(fā)泡劑、制

9、冷劑和清潔劑等，但這類替代物也損害臭氧層或產(chǎn)生溫室效應(yīng)。同時，也在開發(fā)研究非氟利昂類型的替代物質(zhì)和方法，如水清洗技術(shù)、氟制冷技術(shù)等。綠色化學(xué)又稱綠色技術(shù)、環(huán)境無害化學(xué)、環(huán)境友好化學(xué)、清潔化學(xué)。綠色化學(xué)即是用化學(xué)及其它技術(shù)和去減少或消除那些對人類健康、社區(qū)安全、生態(tài)環(huán)境有害的原料、催化劑、溶劑、試劑、產(chǎn)物、副產(chǎn)物等的使用和產(chǎn)生。其核心是利用化學(xué)原理從源頭上減少和消除工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的污染，將反應(yīng)物的原子全部轉(zhuǎn)化為期望的最終產(chǎn)物，因此綠色化學(xué)既可以充分利用資源，又不產(chǎn)生污染。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)可以變廢為寶，可使經(jīng)濟(jì)效益大幅度提高。綠色化學(xué)已

10、在全世界興起，它對我國這樣新興的發(fā)展中國家更是一個難得的機(jī)遇。關(guān)于綠色化學(xué)可以從以下幾個方面進(jìn)行努力：1采用無毒、無害并可循環(huán)使用的新物料1.1 原料選擇工業(yè)化的發(fā)展為人類提供了許多新物料，它們在不斷改善人類物質(zhì)生活的同時，也帶來大量生活廢物，使人類的生活環(huán)境迅速惡化。為了既不降低人類的生活水平，又不破壞環(huán)境，我們必須研制并采用對環(huán)境無毒無害又可循環(huán)使用的新物料。以塑料為例，我國大量使用塑料包裝，而且在還廣泛地使用塑料大棚和地膜，造成的“白色污染”也越來越嚴(yán)重。解決這個問題的根本由路在于研制可以分解或生物降解的新型塑料，國際上已有一些成功的方法，例如：光降解塑料和生物降解塑料。前者已經(jīng)投入生產(chǎn)

11、。光生物雙降解塑料研究是我國“八五”科技攻關(guān)的一個重大項目，已取得一些進(jìn)展。1.2 溶劑的選擇大量的與化學(xué)制造相關(guān)的污染問題不僅來源于原料和產(chǎn)品，而且源自在其制造過程中使用的物質(zhì)。最常見的是在反應(yīng)介質(zhì)，分離和配方中所用的溶劑。在傳統(tǒng)的有機(jī)反應(yīng)中,有機(jī)溶劑是最常用的反應(yīng)介質(zhì)，這主要是因為它們能較好地溶解有機(jī)化合物。但有機(jī)溶劑的毒性和難以回收又使之成為對環(huán)境有害的因素。因此，在無溶劑存在下進(jìn)行的有機(jī)反應(yīng)，用水作反應(yīng)介質(zhì)，以及超臨界流體作反應(yīng)介質(zhì)或萃取溶劑將成為發(fā)展?jié)崈艉铣傻闹匾緩健?.2.1 固相反應(yīng)固相化學(xué)反應(yīng)實際上是在無溶劑化作用的新穎化學(xué)環(huán)境下進(jìn)行的反應(yīng)，有時可比溶液反應(yīng)更為有效并達(dá)到更好

12、的選擇性。它是避免使用揮發(fā)性溶劑的一個研究動向。1.2.2 以水為溶劑的反應(yīng)由于大多數(shù)有機(jī)化合物在水中的溶解性差，而且許多試劑在水中會分解，因此一般避免用水作反應(yīng)介質(zhì)。但水作為反應(yīng)溶劑有其獨(dú)特的優(yōu)越性，因為水是地球上自然豐度最高的“溶劑”，價廉、無毒、不危害環(huán)境。此外水溶劑特有的疏水效用對一些重要有機(jī)轉(zhuǎn)化是十分有益的，有時可提高反應(yīng)速率和選擇性，更何況生命體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)大多是在水中進(jìn)行的。水相有機(jī)合成在有機(jī)金屬類反應(yīng)，水相Lewis酸催化的反應(yīng)現(xiàn)都已取得較大進(jìn)展。因此在某些有機(jī)化學(xué)反應(yīng)中，開發(fā)利用以水作溶劑是大有可為的。1.2.3 超臨界流體作為有機(jī)溶劑超臨界流體是指超臨界溫度及超臨界壓力下的

13、流體，是一種介于氣態(tài)與液態(tài)之間的流體。在無毒無害溶劑的中，最活躍的研究項目是開發(fā)超臨界流體(SCF,特別是超臨界二氧化碳作溶劑。超臨界二氧化碳是指溫度和壓力在其臨界點(diǎn)(31.10C,7477.79KPa)以上的二氧化碳流體。它通常具有流體的密度，因而有常規(guī)常態(tài)溶劑的溶解度；在相同條件下，它又具有氣體的粘度，因而又具有很高的傳質(zhì)速度。而且，由于具有很大的可壓縮性，流體的密度，溶劑溶解度和粘度等性能可由壓力和溫度的變化來調(diào)節(jié)。其最大優(yōu)點(diǎn)是無毒、不可燃、價廉等。1.3 催化劑的選擇許多傳統(tǒng)的有機(jī)反到酸、堿液體催化劑。如燒類的烷基化反應(yīng)一般使用氫氟酸、硫酸、三氯化鋁等液體酸做催化劑，這些液體酸催化劑的

14、共同缺點(diǎn)是：對設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，對人身危害和產(chǎn)生廢渣污染環(huán)境。為了保護(hù)環(huán)境，多年來人們從分子篩、雜多酸、超強(qiáng)酸等新催化材料入手，大力開發(fā)固體酸作為烷基催化劑。其中采用新型分子篩催化劑的乙苯液相燒化技術(shù)較為成熟，這種催化劑選擇性高，乙苯收率超過99.6%,而且催化劑壽命長。2化學(xué)反應(yīng)的綠色化為了節(jié)約資源和減少污染，合成效率成了當(dāng)今合成學(xué)研究中關(guān)注的焦點(diǎn)。合成效率包括兩方面，一是選擇性（化學(xué)、區(qū)域、非對映體和對映體選擇性），另一個就是原子性，即原料分子中究竟有百分之幾的原子轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，理想的原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)是原料分子中的原子百分之百的轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)物，不產(chǎn)生副產(chǎn)物或廢棄物，實現(xiàn)廢物的“零排放”。為此，化學(xué)化工工

15、作者在設(shè)計合成路線時，要減少“中轉(zhuǎn)”、增加“直快”、“特快”，更加經(jīng)濟(jì)合理地利用原料分子中的每一個原子，減少中間產(chǎn)物的形成，少用或不用保護(hù)基或離去基，避免副產(chǎn)物或廢棄物的產(chǎn)生。實現(xiàn)原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)的有效手段很多，不作贅述。3生物技術(shù)的應(yīng)用生物是當(dāng)代科學(xué)的前沿。生物技術(shù)是世界范圍內(nèi)新技術(shù)革命的重要組成部分，生物化工是21世紀(jì)最具有潛力的產(chǎn)業(yè)之一，它將成為創(chuàng)造巨大財富的重要產(chǎn)業(yè)體系。采用生物技術(shù)已在能源、采油、采礦、肥料、農(nóng)藥、蛋白質(zhì)、聚合物、表面活性劑、催化劑、基本有機(jī)化工原料、精細(xì)化學(xué)品的制造等方面得到廣泛應(yīng)用。從發(fā)展綠色化學(xué)的角度由發(fā)，它最大的特點(diǎn)和魅力就在節(jié)約能源和易于實現(xiàn)無污染生產(chǎn)而且可以實現(xiàn)用一般化工技術(shù)難以實現(xiàn)的化工過程，其產(chǎn)品常常又具有特殊性能。因此，生物技術(shù)的研究和應(yīng)用倍受青