绿色化学与环境保护.doc

绿色化学与环境保护【摘要】目前环境污染问题日益严重，公众对环境问题日益关心，防污、治污，提倡绿色已成为当今的主题。绿色化学的着眼点就是使污染消灭在生产的源头，使整个合成过程和生产工艺对环境友好，这是治本、治根、从根本上消除污染的对策，对保护人类的生存环境有着十分重要的意义。绿色化学体现了化学科学、技术与社会的相互联系和相互作用，其产生与发展必将对环境起到大力推进作用，有利于实现人类社会的可持续发展。 【关键词】环境污染 绿色化学 可持续发展 前言 近几十年来, 化学科学及化学工业的迅猛发展,为人类创造了巨大的物质财富和现代文明, 但“ 三废” 的排放也对环境造成较为严重的污染, 成为日益严峻的环境问题。化学面临着人类可持续发展、环境保护等的巨大挑战, 如何从根本上降低、以至消除副产品或废弃物的生成, 从而达到保护和改善人类赖以生存的环境, 成为化学工作者面临的重大问题。 一、环境污染问题 1.1水污染 河流湖泊海洋例如 莱茵河污染事件1986年11月1日深夜，瑞士巴富尔市桑多斯化学公司仓库起火，装有1250吨剧毒农药的钢罐爆炸，硫、磷、汞等毒物随着百余吨灭火剂进入下水道，排入莱茵河。警报传向下游瑞士、德国、法国、荷兰四国835公里沿岸城市。剧毒物质构成70公里长的微红色飘带，以每小时4公里速度向下游流去，流经地区鱼类死亡，沿河自来水厂全部关闭，改用汽车向居民送水，接近海口的荷兰，全国与莱茵河相通的河闸全部关闭。翌日，化工厂有毒物质继续流入莱茵河，后来用塑料塞堵下水道。8天后，塞子在水的压力下脱落，几十吨含有汞的物质流入莱茵河，造成又一次污染。2气体污染 例如西德森林枯死病事件原西德共有森林740万公顷，到1983年为止有34染上枯死病，每年枯死的蓄积量占同年森林生长量的21多，先后有80多万公顷森林被毁。这种枯死病来自酸雨之害。在巴伐利亚国家公园，由于酸雨的影响，几乎每棵树都得了病，景色全非。黑森州海拔500米以上的枞树相继枯死，全州57的松树病入膏肓。巴登-符腾堡州的黑森林，是因枞、松绿的发黑而得名，是欧洲著名的度假圣地，也有一半树染上枯死病，树叶黄褐脱落，其中46万亩完全死亡。汉堡也有3/4的树木面临死亡。当时鲁尔工业区的森林里，到处可见秃树、死鸟、死蜂，该区儿童每年有数万人感染特殊的喉炎症。环境污染问题十分严重并且涉及面广，国家也为改善环境做出了很多努力，但改善是走先污染后治理的道路，而我们追求的是可持续发展。所以绿色化学应运而生。2 绿色化学 1 基本概念绿色化学又称“环境无害化学”或“环境友好化学”或“清洁化学”，即是利用新的工艺和方法，减少或消除有害物质的使用，避免有害产物、副产物的产生，实现“零排放”，从而保护人类健康、社会安全和生态环境。绿色化学的理想在于不再使用有毒、有害的物质，不再产生废物，不再处理废物。它涉及有机合成、催化、生物化学、分析化学等学科，是新世纪化学进展的主要方向之一。 2 绿色化学的研究内容（12条原则）防止废物的产生而不是产生后再来处理； 合成方法应设计成能将所有的起始物质嵌入到最终产物中；只要可能，反应中使用和生成的物质应对人类健康和环境无毒或毒性很小；设计的化学产品应在保护原有功效的同时尽量使其无毒或毒性很小；尽量不使用辅助性物质（如溶剂、分离试剂等），如果一定要用，也应使用无毒物质；能量消耗越小越好，应能为环境和经济方面的考虑所接受； 只要技术上和经济上可行，使用的原材料应是能再生的； 应尽量避免不必要的衍生过程（如基团的保护，物理与化学过程的临时性修改等）；尽量使用选择性高的催化剂，而不是提高反应物的配料比；设计化学产品时，应考虑当该物质完成自己的功能后，不再滞留于环境中，而可降解为无毒的产品；分析方法也需要进一步研究开发，使之能做到实时、现场监控，以防有害物质的形成；化学过程中使用的物质或物质的形态，应考虑尽量减少实验事故的潜在危险，如气体释放、爆炸和着火等。 3 绿色化学的特点绿色化学实质上就是设计没有或只有尽可能小的对环境产生负面影响的。并在技术上、经济上可行的化学品和化学过程的科学。绿色化学它是从源头阻止污染的化学，是研究和寻找能充分利用的无毒害原材料。最大限度地节约能源。它的过程为零排放和零污染，具体内涵：1减量(Reduction)“减量”是从省资源、少污染角度提出的，包括两层意思：减少资源用量和减少“三废”排放量。2重复使用(Reuse)重复使用是降低成本和减废的需要。诸如化学工业过程中的催化剂、载体等。从一开始就应考虑有重复使用的设计。3回收(Recycling)回收主要包括：回收未反应的原料、副产物、助溶剂、催化剂等非反应试剂。化工生产中的循环操作程序就是一种常见的回收方式。4再生(Regeneration)再生是变废为宝、节省资源能源、减少污染的有效途径。5拒用(Rejection)拒绝使用是杜绝污染的最根本办法，它是指对一些无法替代，又无法回收、再生和重复使用的药品原料，拒绝在化学反应过程中使用。 4 绿色化学的目标通过研发新技术开发以“原子经济性”为基本原则的新化学。改进现有的化学工业，减少和消除污染。通过发展新的分析方法与分析技术，实现在线、原位监测，并在有害物质形成以前加以控制，从而实现在源头预防、控制污染的目标 。尽可能做到“零排放或零污染”；这是发展生态经济和生态工业的关键。三 绿色化学与环境为了减少对环境的污染在生产上做出了一下努力：1.2开发“原子经济”反应近年来，开发新的原子经济反应已成为绿色化学研究的热点之一。EniChem公司采用钛硅分子筛催化剂，将环己酮、氨、过氧化氢反应，可直接合成环己酮肟，取代由氨氧化制硝酸、硝酸离子在铂、钯贵金属催化剂上用氢还原制备羟胺、羟胺再与环己酮反应合成环己酮肟的复杂技术路线，并已实现工业化。另外，环氧丙烷是生产聚氨酯泡沫塑料的重要原料，传统上主要采用二步反应的氯醇法，不仅使用危险的氯气，而且还产生大量含氯化钙的废水，造成环境污染。国内外均在开发钛硅分子筛上催化氧化丙烯制环氧丙烷的原子经济新方法。此外，针对钛硅分子筛催化反应体系，开发降低钛硅分子筛合成成本的技术，开发与反应匹配的工艺和反应器仍是今后努力的方向。在已有的原子经济反应如烯烃氢甲酰化反应中，虽然反应已经是理想的，但是原用的油溶性均相铑络合催化剂与产品分离比较复杂，或者原用的钴催化剂运转过程中仍有废催化剂产生，因此对这类原子经济反应的催化剂仍有改进的余地。所以近年来开发水溶性均相络合物催化剂已成为一个重要的研究领域。由于水溶性均相络合物催化剂与油相产品分离比较容易，再加以水为溶剂，避免了使用挥发性有机溶剂，所以开发水溶性均相络合催化剂也已成为国际上的研究热点。除水溶性铑-膦络合物已成功用于丙烯氢甲酰化生产外，近年来水溶性铑-膦、钌-膦、钯-膦络合物在加氢二聚、选择性加氢、CC键偶联等方面也已获得重大进展。C6以上烯烃氢甲酰化制备高碳醛、醇的两相催化体系的新技术国外正在积极研究。以上可见，对于已在工业上应用的原子经济反应，也还需要从环境保护和技术经济等方面继续研究，加以改进。2.采用无毒、无害的原料3为使制得的中间体具有进一步转化所需的官能团和反应性，在现有化工生产中仍使用剧毒的光气和氢氰酸等作为原料。为了人类健康和社区安全，需要用无毒无害的原料代替它们来生产所需的化工产品。在代替剧毒的光气作原料生产有机化工原料方面，Riley等报道了工业上已开发成功一种由胺类和二氧化碳生产异氰酸酯的新技术。在特殊的反应体系中采用一氧化碳直接羰化有机胺生产异氰酸酯的工业化技术也由Manzer开发成功。Tundo报道了用二氧化碳代替光气生产碳酸二甲酯的新方法。Komiya研究开发了在固态熔融的状态下，采用双酚A和碳酸二甲酯聚合生产聚碳酸酯的新技术，它取代了常规的光气合成路线，并同时实现了两个绿色化学目标。一是不使用有毒有害的原料，二是由于反应在熔融状态下进行，不使用作为溶剂的可疑的致癌物甲基氯化物。关于代替剧毒氢氰酸原料，Monsanto公司从无毒无害的二乙醇胺原料出发，经过催化脱氢，开发了安全生产氨基二乙酸钠的工艺，改变了过去的以氨、甲醛和氢氰酸为原料的二步合成路线，并因此获得了1996年美国总统绿色化学挑战奖中的变更合成路线奖。另外，国外还开发了由异丁烯生产甲基丙烯酸甲酯的新合成路线，取代了以丙酮和氢氰酸为原料的丙酮氰醇法。3.采用无毒、无害的催化剂目前烃类的烷基化反应一般使用氢氟酸、硫酸、三氯化铝等液体酸催化剂，这些液体催化剂的共同缺点是，对设备的腐蚀严重、对人身危害和产生废渣、污染环境。为了保护环境，多年来国外正从分子筛、杂多酸、超强酸等新催化材料中大力开发固体酸烷基化催化剂。其中采用新型分子筛催化剂的乙苯液相烃化技术引人注目，这种催化剂选择性很高，乙苯重量收率超过99.6%，而且催化剂寿命长。【4】另外，国外已开发几种丙烯和苯烃化异丙苯的工艺，采用大孔硅铝磷酸盐沸石、MCM-22和MCM-56新型沸石和Y型沸石或用高度脱铝的丝光沸石和沸石催化剂，代替了原用的固体磷酸或三氯化铝催化剂。还有一种生产线性烷基苯的固体酸催化剂替代了氢氟酸催化剂，改善了生产环境，已工业化。在固体酸烷基化的研究中，还应进一步提高催化剂的选择性，以降低产品中的杂质含量；提高催化剂的稳定性，以延长运转周期；降低原料中的苯烯比，以提高经济效益。异丁烷与丁烯的烷基化是炼油工业中提供高辛烷值组分的一项重要工艺，近年新配方汽油的出现，限制汽油中芳烃和烯烃含量更增添了该工艺的重要性。目前这种工艺使用氢氟酸或硫酸为催化剂。近年国外一家公司开发了一种负载型磺酸盐/SiO2催化剂。另外，一家公司宣称开发成功了一种固体酸催化的异丁烷/丁烯烷基化新工艺。4. 采用无毒无害的溶剂5.