绿色化学在化学工业上的应用.doc

绿色化学在化学工业上的应用综述 摘要：随着经济的发展，资源与环境问题日益严峻，绿色化工技术越来越受到关注与倡导。对于化学工业来说，发展绿色化学，从源头上减少化工工业生产中的污染，是一种有效的方法和手段。绿色化学是实现可持续发展的保障，是21世纪化学工业重要的研究方向。本文介绍了绿色化学的含义及绿色化工技术特点与绿色化工的意义，并综述了近年来绿色化学在食品工业、石油化工、有机化学工业以及日用和农业化工产品工业上的应用，展望了绿色化工的前景。 关键词：绿色化工技术；绿色化学；可持续发展；化学工业；前景 化学工业的发展极大地推动了人类物质生产和生活的巨大进步从钢铁冶金、水泥陶瓷、酸碱肥料、塑料橡胶、合成纤维,直到医药、农药、日用化学品等行业无不与化学工业息息相关,并且为人类创造了大量的物质财富,可以说现代社会生活已完全离不开化学工业和化工产品。传统的化学工业给环境带来的污染已十分严重，目前全世界每年产生的有害废物达3亿吨4亿吨，给环境造成危害，并威胁着人类的生存。化学在为人类创造财富的同时，给人类也带来了危难。而每一门科学的发展史上都充满着探索与进步，由于科中的不确定性，化学家在研究过程中不可避免地会合成出未知性质的化合物，只有通过经过长期应用和研究才能熟知其性质，这时新物质可能已经对环境或人类生活造成了影响。传统的化学工业给环境带来的污染已十分严重，目前全世界每年产生的有害废物达3亿吨4亿吨，给环境造成危害，并威胁着人类的生存。严峻的现实使得各国必须寻找一条不破坏环境，不危害人类生存的可持续发展的道路近年来,世界各国化学工业的发展在不断促进人类进步的同时,客观上也加剧了环境污染、温室效应等负面效应。一些著名的环境事件多与化学工业有关,诸如臭氧层空洞、白色污染、酸雨和水体富营养化,如2007年太湖蓝藻大面积暴发事件、2008年青岛浒苔暴发等。由于环境污染和资源匮乏等问题日趋严重,“可持续发展”成为21世纪经济和社会发展的重要战略,由此也催生了绿色化工的快速发展。1、绿色化学的概念绿色化学又称环境无害化学。绿色化学是用化学的技术与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。化学工业绿色化是相对传统化工而言的，旨在既获得人类需要的新物质，又不对环境产生污染，保持生态的平衡。事实上，没有一种化学物质是完全良性的，因此，化学品及其生产过程或多或少会对人类产生负面的影响，绿色化学的目的是用化学方法在化学过程中预防污染。2、绿色化学在化学工业上运用的原理及意义绿色化工指的是在化工产品生产过程中,从工艺源头上就运用环保的理念,推行源消减、进行生产过程的优化集成,废物再利用与资源化,从而降低了成本与消耗,减少废弃物的排放和毒性,减少产品全生命周期对环境的不良影响。绿色化工的兴起,使化学工业环境污染的治理,由先污染后治理转向从源头上根治环境污染。绿色化工是化工行业可持续发展的必然选择可持续发展的实质是资源的可持续利用,强调的是环境与经济协调发展,要实现资源的可持续利用,最有效的措施就是开源节流,提高资探利用率及转化率。绿色化工通过工艺技术和设备的革新,对生产程的污染进行预防和控制,达到控制污染物产生的目的。这样将合理利用资源、降低物耗、提高经济效益与环境保护有机地结合起来,实现以尽可能小的环境代价和最少的能源、资源消耗,获得最大的经济效益绿色化工是一项复杂的化工系统工程,它会随着科技与社会的进步不断发展与完善实践证明,绿色化工是级解化工行业经济发展与环境保护之间尖锐矛盾、实现我国化工环保上新台阶的最有效战略,是化工行业可持续发展的必然选择。 3、 绿色化学在食品工业上的应用传统工艺合成食品添加剂生产中，反应物分子中的原子很难全部进入到终产物中去，部分原子生成了废物。废物或者污染环境，或者必须经过处理再排放。目前许多食品生产过程中利用无毒、无害的优质原材料，或者开发新的合成材料，采用各种高新技术逐步替代传统工艺。由于二氧化碳具有无毒、不可燃、廉价、性能优越、环境友好的特点，成了取代传统的挥发性有机溶剂或助溶剂的理想替代品。超临界二氧化碳被广泛用于天然食品添加剂的提取。异丁香酚是对环境友好的绿色产品，是一种优质香料。它的生产是以可再生资源的丁香油、柯榴油等为原料，从中提取丁香酚，然后将其异构化。生产过程三废较少，且残油可作锅炉燃料。没食子酸丙酯的生产工艺基本为清洁生产，生产过程为酯化反应，除生产没食子酸丙酯和水之外，不产生其它废物，不污染环境，反应进行也比较平衡。4、 绿色化学在石油化工行业的应用 在化工生产中经常会使用光气和氢氰酸这些剧毒的化学物质,近年来随着绿色化学技术的不断开发和应用,许多有关化工生产中过去经常使用的这些剧毒物质正在或逐渐被其它一些无毒或低毒原料所替代。比如说用二氧化碳或碳酸二甲酯代替光气合成异氰酸酯的新方法,还有日本旭化司开发了用异丁烯直接催化氧化制甲基丙烯酸的新工艺,德国公司则用毒性较小的丙醛和甲醛为原料首先制得甲基丙烯醛,再进一步氧化成甲基丙烯酸。这些新工艺都避免使用氢氛酸,使环保得到了极大的改善。绿色化学在石油化工行业的应用还表现为尽量采用可再生资源为原料,传统生产己二酸、对苯二酚的原料路线是以煤或石油为基础的。这些路线不仅工艺复杂、污染严重,而且利用的是一些不可再生的煤或石油为原料，所以无法满足生产过程中的减免废物污染的要求。 绿色化学的方法则是用淀粉水解所得葡萄糖为原料通过酶催化可制得己二酸,这样就更好的利用了可再生资源,避免了过度使用不可再生资源。 另外,绿色化学在石油化工行业的应用还表现为使用的催化剂、溶剂尽量绿色化,从而制造出对环境和人体都友好的绿色化产品。例如环境友好柴油的配方要求低的含硫量(质量分数小于2.0x10-5)和低的芳烃含量,同时要求十六烷值不低于40。新的绿色汽油配方对蒸汽压和芳烃、烯烃的含量限制提出了更高要求,并要求在汽油中加人一些甲基叔丁基醚、醇类等含氧化合物以取代铅的氧化物来 保持和提高汽油的辛烷值和其它性能。 这无疑对炼油技术和油品的配制提出了更高的要求。5、 绿色化学在有机化学化工行业的应用 传统的有机合成化学比较重视反应产物的收率 ,而较多地忽略副产物或废弃物的生成。经过多年的实践 ,许多化学家 ,包括一些企业界人士认识到 “原子经济性”原则的重要性。目前 ,在有机原料的生产中 ,部分已采用原子经济性反应 ,如丙烯氢甲酰化制备丁醛 、甲醇羰基化制备醋酸、丁二烯和氢氰酸合成己二腈等。早期制备苯甲酸的工艺以甲苯为原料，高锰酸钾为催化剂，硫酸为氧化剂，采用化学氧化技术合成苯甲酸。该反应不仅消耗大量的高锰酸钾和硫酸，而且生成大量废水和废渣。新的工艺采用液相催化氧化法，用醋酸钴做催化剂，使甲苯与氧气反应直接生成苯甲酸，克服了化学法的弊端，原子利用率达86%，对环境无危害。有一些基本原料的生产所采用的反应 ,已由过去的两步反应改为一步的原子经济性反应。如环氧乙烷的生产 ,原来是通过氯醇法两步制备 ,采用银催化剂后 ,改为乙烯直接氧化成环氧乙烷的原子经济性反应。BCH公司开发了一种合成布洛芬的新工艺 ,乙酸的回收则达到 99 %，布洛芬是一种广泛使用的非类固醇类的镇静、止痛药物。采用新的技术，可以实现化学方法难以进行的反应。例如合成可的松时在底物第11位碳原子上导入羟基，化学方法需经过30多步反应，收率仅十万分之一，而生物催化只需一种微生物就能定向导入羟基，收率达80%，大大的减少了环境污染。伊士曼化学公司开发了两步反应生成维生素C的生物催化新工艺。6、 绿色化学在日用和农业化工产品行业的应用 随着人们物质生活的不断提高，人们对洗涤用品及化妆品品种和质量的要求越来越高，洗涤用品及化妆品生产将向天然性、生物性、疗化性、功能性和高科技发展。从原料着手，美国的塞莱公司新近推出了全植物护法香波，其中天然草本植物成分达99%，并采用可回收的环保包装，以绿色天然植物产品形象掀起了一股热潮。意大利美容化妆品行业推出了可以吃的口红。随着技术的发展，已经开发出了许多绿色日用化工产品，如水基金属清洗剂、植物石膏缓凝剂、安全氧气发生剂、无形手套制剂、烷基糖苷、多核铬铝鞣革剂、芦荟蛋白香皂等。传统的化学农药残留量大，残留时间长，加之农民不会科学地使用，使得残留农药对环境造成了严重的污染，严重危害着人体健康。为了提高食品质量，需大力推广和开发“绿色农药”。开发“绿色农药”有两大途径：一是生产生物农药，二是改进生产农药中使用的表面活性剂。目前绿色农用化学品开发实例有家用卫生杀虫剂、花卉保鲜剂、农作物防冻剂、井冈霉素、草甘膦等。这些产品对人畜及各种有益生物毒性小或无毒，在外界环境中易分解，对环境及农产品质量的影响很小或没有影响。7、 绿色化工前景展望 目前,绿色化工已被全球列为21世纪实现可持续发展的一项重要战略,是解决资源、能源紧缺、环境恶化的重要途径,是提高人类生存质量和保证国家与民众安全的核心基础科学与技术。绿色化工的理念正逐渐渗透到化学工业的每个环节。在产品的包装使用上，通过采用可降解塑料，尽量减少白色污染。在废水处理方面，通过建立污水处理厂，处理工业和生活废水，实现循环利用。如江苏亚邦化工公司建设的污水处理厂，污水处理量达10万t/d，大大提高了工业园区的环境质量，改善了投资环境，确保了环境效益与社会效益的双赢，促进了工业园区的可持续发展。在化学工艺流程方面，通过加强生产技术研究，积极采用清洁生产工艺，引进环境友好的技术设备，开发品质优、环保成本低且符合国际环保要求的化工产品，实现化工产品的绿色化。在工业化应用方面，绿色化学化工领域一个重大成果“非晶态合金催化剂和磁稳定床反应工艺的创新与集成”在2005年获得国家技术发明一等奖。该成果结合了非晶态合金催化剂优异的磁性、加氢性能与磁稳定床优异的传质、传热性能，使反应过程得到强化，在国际上首次实现了磁稳定床和非晶态合金催化剂的集成创新和工业化。2006年石油化工科学研究院成功开发了高压醇解法生产清洁燃料生物柴油，并在中国石化石家庄化纤公司成功实现中试，可望完全实现工业化。在基础研究领域，离子液体、超临界和高效绿色催化都取得了突破性进展。近年来，开发了全绿色氨基酸离子液体家族，研发了胍类离子液体并应用于纳米催化，合成了手性离子液体等。未来，绿色化工和清洁生产工艺技术将向节能、环保的方向发展。化学与材料、生命、信息、能源、资源、环境等领域的结合将开辟新的发展方向,为提高人类生活质量和环境改善提供多种途径。采用无毒、无害原料和溶剂,高选择性化学反应,从源头上消除污染的绿色化学过程将得到普遍关注。 绿色化工的出现，为我国化工行业的快速发展提供了良好契机。绿色化工技术和科技产品的逐渐完善，将通过“变废为宝”做到“清洁生产”，资源利用“一体化”，使新兴化工工业园区实现循环经济。参考文献1 杨家玲.绿色化学与技术M. 北京：北京邮电大学出版社，2001.2 宋晓岚，詹益兴. 绿色化工技术与产品开发M. 北京：化学工业出版 社，2005. 3 N H 勃拉图斯著. 香料化学M. 刘树文译. 北京：轻工业出版社，1984.4 张裕中等. 食品加工技术装备M. 北京: 轻工业出版社，2000.5 薛慰灵.绿色化学对环境更友善的化学J. 化学教育,1997(9):3-4.6 冯锋.有机反应中的清洁工艺及绿色化学J. 环境化学,2000,19(1): 88-92.7 Wender P A. Introduction:Frontier in Organic Synthe