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【求助】绿色化工的含义是什么？
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谈谈你对绿色化工的认识，也就是绿色化工的定义是什么？或者说什么是“绿色化工”？其内涵是什么？化学工业的发展方向是什么？ 希望广大虫友们能给我提供准确、专业的知识帮助！鄙人在此拜谢了！！！！！！ [ Last edited by mooncakexzj on 2009-12-29 at 08:26 ] |
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绿色化学化工的研究现状与发展综述 绿色化学化工的研究现状与发展综述 张晨阳 （(中南大学化学化工学院，湖南长沙410083) 摘 要：对绿色化学化工的定义、原则、绿色度的定量化以及绿色化学研究中出现的“绿色非绿”等基本问题的发展及研究进展进行了综述。对如何更加有效地定量描述和评价产品的绿色度(绿色化学)和制造过程的绿色度(绿色化工)等基本问题所进行的探索和研究进行了总结。 关键词：绿色化学；绿色化学化工；绿色度定量化； Development and research of green chemistry and chemical technology Zhangchenyang （School of Chemical Engineering,Central South University,ChangSha 410083,Hunan,China;） Abstract： The paper firstly reviews the development and research progress of the basic issues，such asdefinition and principles of green chemistry and chemi cal technology as well asquantitative description ofgreenness and“non—green problems”in the research of green chemistry and chemical technology，and secondly explores an d studies the questions，such as how to complement the present basic principles，i．e． Green chemistry an d chemi cal technology should be an independent discipline to be studied more deply． Key words： green chemistry；green chemistry chemical technology；quantitative description of green extend 进入21世纪，人类面临着严峻的资源、能源和环境危机的挑战。 世界自然基金会和联合国环境规划署联合发表的《2000年地球生态报告》显示： ★按目前的资源消耗速度，地球的资源会在2075年耗尽 ★全球的生态系统正在向危险的临界值接近 ★环境恶化导致的自然灾害造成了近10年中6080亿美元的经济损失。中国的资源环境问题更是不容乐观，主要 资源的拥有量与人口数量不匹配。 Proportions of primary resources of China to that of the world Resources Proportions ／％ Resources Proportions ／％ population 21.1 0il 2.34 plowland 7.1 natural gas 1.2 water 7.0 coal 10.97 forest 3.5 iron ore 14.1 环境污染问题十分严重： ☆一级标准城市只占600多个城市中的不到1％； ☆水污染严重，流行病的80％是由于水污染传播； ☆固体废弃物以每年10％速度增长，存储量已达6.49亿吨，占地5.17万顷。 国家中长期科学与技术发展规划指出： 改善生态与环境是事关经济社会可持续发展和人民生活质量提高的重大问题。我国环境污染严重；生态系统退化加剧；污染物无害化处理能力低；全球环境问题已成为国际社会关注的焦点，亟待提高我国参与全球环境变化合作能力。在要求整体环境状况有所好转的前提下实现经济的持续快速增长，对环境科技创新提出重大战略需求。 境问题与化学化工传统的化学工业对环境污染十分严重:化学工业排放的废水、废气和固体废物分别占全国工业排放总量的22.5％、7.82％和5.93％。 化学与化工技术是环境污染治理的最基本、最关键技术。绿色化学与化工：从化学反应的根本上减少污染。美国化学会2003年9月在纽约召开了“绿色化学： 应用于解决全球环境问题的多学科的科学和工程” 专题会议(Green Chemistry：Multidisciplinary Science and Engineering Applied to Global Environmental Issues)。 美国化学会主席Elsa Reichmanis指出：能源、气候变化、人类健康和生物多样性相互深层次地交织在一起，而且与重大的经济、政治和社会问题相关联。美国化学会深信化学和化学工程能创新性地提供解决这些问题的答案，这些答案需要化学与工程采取与以往不同的途径去获得。 绿色化学的内涵： 绿色化学是当今国际化学科学研究的前沿，是21世纪化学工业可持续发展的科学基础，其目的是将现有化工生产的技术路线从“先污染、后治理”改变为“从源头上根除污染”。 绿色化学的理想一方面是实现反应的“原子经济性” ，要求原料中的每一原子进入产品，不产生任何废物和副产品，实现废物的“零排放”，并采用无毒无害的原料、催化剂和溶剂；另一方面是生产环境友好的绿色产品，不产生环境污染。 1 绿色化学化工发展现状及研究进展 1984年美国环保局首先提出“废物最小化”，初步体现绿色化学的思想。而到1989年美国环保局提出“污染预防”— —绿色化学思想才初步形成，1990年美国联邦政府通过“防止污染行动”的法令，将污染的防止确立为国策之后，才第一次出现“绿色化学”这个词汇。尽管这个词出现至今已近l7年，但其含义，也即其定义却也在不断的发展和变 化。刚出现时，它更多的是代表一种理 念、一种愿望。但随着时间的流逝，它本身在不断的发展变化中逐步趋于实际应用，且其发展与化工密切相关。绿色化学倡导人，原美国绿色化学研究所所长，现耶鲁大学教授P．Anastas教授在1992年提出的“绿色化学”定义是：“The design of chemical products and processes thatreduce or eliⅡuhate the use and generation ofhazardous substances．” 从这个定义上看绿色化学的基础应该是化学，而其应用和实施则更像是化工。实际上，绿色化学代表了化学和化工学科的共同发展趋势和目标之一，即无论是化学还是化工，不仅要面对社会发展对环境、健康和能源等方面日益严格的要求，而且还要面临来自其他新兴学科前所未有的挑战。而绿色化学在连接化学与化工中所起的桥梁作用就体现得越来越明显。绿色化学含义的这种变化不仅得到各国政府的高度关注，而且也使它所涉及的内容也越来越广，越来越丰富。从它现在代表的意思来看，还可用环境友好化学、可持续发展、清洁生产等词汇来描述。但是，绿色化学与环境化学、可持续发展、清洁生产、循环经济等词汇有密切的联系，但却不是等同的概念。比如，与其最接近的清洁生产的概念指的是：清洁技术、废物最小化、源控制、污染预防等。联合国环境规划署和环境规划中，(UNEPIE／PAC)在1989年提出清洁生产这一术语时指出：“清洁生产是指将综合预防的环境保护策略持续应用于生产过程和产品中，以期减少对人类与环境的风险”。而《中国2l世纪议程》中对清洁生产定义是：“清洁生产是指既可满足人们的需要，又可合理使用自然资源和能源，并保护环境的生产方法和措施。其实质是一种物料和能源消费最小的人类活动的规划和管理，将废物减量化、资源化和无害化，或消灭于生产过程之中”。 由此可见，清洁生产的概念不仅含有技术上的可行性，还包括经济上的可盈利性，体现了经济效益、环境效益和社会效益的统一。值得注意的是，清洁生产的概念还具有相对性，是与现行的技术和产品相比较而言的。随着经济发展与技术更新，清洁生产本身也在不断完善。而实际上，绿色化学是当今国际化学科研究的前沿，它吸收了当代化学、化工、环境、物理、生物、材料和信息等学科的最新理论和技术，是具有明确的社会需求和科学目标的新兴交叉学科。它的研究内容涉及范围很广，下面仅扼要地提出其主要内涵。从科学的观点看，绿色化学是化学和化工科学基础内容的更新，是基于环境友好约束下化学和化工的融合和拓展；从环境观点看，它是从源头上消除污染；从经济观点看，它要求合理地利用资源和能源、降低生产成本，符合经济可持续发展的要求。正因为如此，科学家们认为，“绿色化学”将是21世纪科学发展最重要的领域之一，是实现污染预防的基本和重要科学手段。绿色化学以利用可持续发展的方法，把降低维持人类生活水平及科技进步所需的化学产品与过程所使用与产生的有害物质作为努力的目标，因而与此相关的化学化工活动均属于绿色化学的范畴。受到来自社会、技术、经济、环境、政治等多方面的推动力，据Crystal Faraday协会在2004年提出的路线图中给出的8个技术领域?，即绿色产品设计、原料、反应、催化、溶剂、工艺改进、分离技术和实现技术。在此基础上，提出了绿色化工产品设计、原料绿色化及新型原料平台、新型反应技术、催化剂制备的绿色化和新型催化技术、溶剂的绿色化及绿色溶剂、新型反应器及过程强化与耦合技术、新型分离技术、绿色化工过程系统集成、计算化学与绿色化学化工结合等9个方面绿色化学和化工的发展趋势。 1．1 绿色化工产品设计 绿色化工产品设计要求对环境的影响最小化，这包括设计过程中的生命周期分析和循环回收、回用设计等。如果一个产品本身对环境有害，仅仅降低其成本和改进其生产工艺对环境的影响是不够的，化学工业需要思考更多的是产品全生命周期中的成本和收益，特别是要考虑社会和环境的成本。因此，国家在这方面的法律法规对于产品设计的绿色化具有很大的影响。其中发达国家对于化工产品“绿色化”的要求， 以及发展中国家受到“绿色壁垒”的限制，使得化工产品设计的绿色化成为必然趋势。在绿色化工产品设计时，要遵循全生命周期设计、再循环和再使用设计、降低原料和能量消耗设计以及利用计算机技术进行绿色化工产品的设计等原则。由于大多数人只考虑到他们直接控制的产品的生 命周期部分，造成化工产品全生命周期的想法尚不能深入化学工业界。另外，化工产品设计的绿色化并没有成为企业发展的机遇，而更多的是企业被大环境所逼而致的。因此，绿色化设计的积极性急需提升。绿色化设计的标准和方法尚未建立也是其发展的重要障碍。还有新材料，如纳米材料的安全性等方面的问题。 己内酰胺生产绿色化学技术，己内酰胺是一种重要的石油化工产品，广泛用于工程塑料及纤维。己内酰胺的生产方法有多种，以环己酮肟贝克曼重排为基础的环己酮- 羟胺路线是目前世界工业化生产中广泛使用的方法。路线如下： 1．2 原料的绿色化及新型原料平台 原料在化工产品的合成中极其重要，它影响了化工产品的制造、加工、生产和使用等过程。如果一个化学品的原料对环境有着不利的影响，由它所合成的化学品也有可能对环境不利。另外， 为了满足可持续发展的要求，原料的可再生性也是很重要的指标。一种曰益枯竭的原料不仅具有环境方面的问题，还有经济上的弊端，这是由于不可再生原料不可避免地引起制造费用和购买价格的升高。因此选择原料时，应尽量使用对人体和环境无害的材料，避免使用枯竭或稀有的材料，尽量采用可回收再生原材料，采用易于提取、可循环利用的原材料，使用环境可降解的原材料。基于以上原则，一些新型的原料平台，如以石油化工中的低碳烷烃作为原料平台、以甲醇和合成气作为原料平台、以废旧塑料为原料平台和以生物质作为原料平台等在化工生产中越来越受到瞩目。 另外，用于合成的传统原料的绿色化也得到广泛的研究。在传统化工生产中，经常要使用到有毒、有刺激并对生态不利的用于合成的原料，对于这些原料的绿色化是提升化工工艺和技术绿色程度的重要手段。例如碳酸二甲酯是近年来受到广泛关注的用途极广的基本有机合成原料，由于其分子中含有甲氧基、羰基和羰甲基，具有很好的反应活性，有望在许多重要化工产品的生产中替代光气、硫酸二甲酯、氯甲烷及氯甲酸甲酯等剧毒或致癌物。绿色氧化剂如氧气、双氧水因最终的氧化产物为水，已经在多类反应过程中替代传统的金属盐或金属的氧化物氧化剂以 及有机过氧化物，并且使反应条件更加温和，选择性更高。 1．3 新型反应技术 迄今为止，化学家构筑了大量的化学反应，已有十几年没有新的人名反应出现，因此仅从化学反应本身开发新的反应已经难上加难。从绿色角度来看， 由于很多传统有机合成反应用到有毒试剂和溶剂，这些有毒试剂和溶剂的绿色替代物的开发给这些传统反应的重新构筑提供了机遇。另外反应与生物技术、分离技术、纳米技术等的结合使得开发新型反应路径仍有空间。 1．4 催化剂制备的绿色化和新型催化技术 由于催化剂不仅能改变热力学上可能进行的反应速率，还能有选择地改变多种热力学上可能进行的反应中的某-St反应，选择性地生成所需目标产物，因此在实现化工工艺与技术的绿色化方面举足轻重。无论是改造催化剂，还是使用绿色原料和绿色溶剂等，均涉及到催化剂。高效无害催化剂的设计和使用成为绿色化学研究的重要内容，选择性对于催化剂的评价和绿色程度的评价来说尤为重要，选择性的提高可开辟化学新领域，减少能量消耗和废物产生量。目前有关绿色化学的研究中有相当的数量是应用新型催化剂对原有的化学反应过程进行绿色化改进，如均相催化剂的高效性、固相催化剂的易回收和反复使用等。这类研究几乎无一例外地描述了对反应绿色化改进的程度，或者减少了试剂的使用，或反应条件更加温和，或反应更加高效和高选择性，或催化剂多次重复使用和回收等。但仅有很少研究者考虑了催化剂制备时的绿色化问题，如催化剂制备过程中废液的处理、催化剂焙烧过程中N 的排放，催化剂中活性成分的原子经济性、催化剂制备过程中的环境因子和环境熵等。可以回收并反复使用的固体催化剂的使用是环境友好的催化技术，但固体催化剂一直被普遍认为催化活性较均相催化剂低很多。通过在分子水平上构筑高活性、高选择性的固体催化剂，不仅可解决催化剂的循环回收、反复使用等问题，而且对资源的有效利用和环境的保护起着积极的作用。另外，以手性金属配合物为催化剂的不对称催化反应一直是研究的核心，这其中具有较大范围适用性的手性助剂的设计和开发、手性功能和催化功能一体化的手性催化剂的设计和开发是研究的核心。研究过程中要注意提高手性活性，避免废弃物的生成， 以及降低分离成本。手性试剂和手性催化剂由于合成价格昂贵，其循环回收反复使用性能也非常重要。酶催化剂与仿生催化剂由于在温和条件下的高效性和 高度专一性往往是化学催化剂望尘莫及的，已引起了广泛的重视。 1．5 溶剂的绿色化及绿色溶剂 大量的与化学品制造相关的污染问题不仅来源于原料和产品，而且源自在其制造过程中使用的物质。最常见的是在反应介质、分离和配方中所用的溶剂。目前广泛使用的溶剂是挥发性有机化合物(VOCs)，其在使用过程中有的会引起臭氧层的破坏，有的会引起水源和空气污染，因此需要限制这类溶剂的使用。采用无毒无害的溶剂，代替挥发性有机化合物作溶剂已成为绿色化学的重要研究方向，在新工艺过程需要限制这些溶剂的使用，最好不用，或用环境友好的代替物替代环境不友好的溶剂。对溶剂实现闭环循环，是解决溶剂对人类和环境影响的最终解决方法。另外超临界流体和离子液体与生物催化的结合、水作为溶剂和无溶剂系统均是目前研究者关注的焦点。 1．6 新型反应器及过程强化与耦合技术 为了实现绿色化工技术，许多工艺的改进，如反应器的设计、单元过程的耦合强化，成为这些技术得以实现的基础，可极大地提高原子效率并降低能耗。在常规的化学反应基础上，采用新技术进行过程强化，可使反应得以强化。微波应用于有机反应，能大大加快化学反应的速度，缩短反应时间，具有产物易于分离、产率高等优点， 已广泛地应用于各类化学反应。由于超声波能加快反应速度、缩短反应时间、提高产率和反应选择性、具有温和的反应条件等多种有利因素，近些年来更是作为一种绿色化学的有效手段广泛应用于有机合成中。作为光驱动的化学反应，紫外光和可见光是研究得最多的光源，紫外光和可见光由于其一定范围的波长，对于某些材料，如二氧化钛、半导体等，具有激发这些材料介电子的某些能带的作用，这些光源本身及受光源激发的材料具有良好的氧化性能，已广泛用于氧化反应、污染物处理等，具有极大的研究和开发价值。对一些条件非常苛刻的反应，包括温室气体的化学转化、空气中有害气体的净化等，等离子体技术的采用则非常容易解决这些问题。若等离子体与催化剂的协同作用，则可以降低等离子体击穿电压和反应温度，提高反应活性。各种耦合技术对于化工技术开发的成功及工业化具有特别重要的作用。“二合一”或“多合一”可能是对反应与分离过程在容器的同一区域内完成的最简单描述。它是替代传统的反应与分离的有效方法。目前，单元操作通常是在各自的装置上完成，产物毫无疑问是化学反应的核心。由于产物中混有溶剂和催化剂，在反应之后一系列的分离工序是必需的。反应与分离的耦合，可克服上述诸多不足，使得反应与分离在同一区域完成。另外，从大多数反应分离实例来看，反应与分离的集成可使得它们彼此性能更佳；如反应物的不断动态移走，可使得反应平衡发生移动，而反应的顺利进行有利于分离效率的进一步提高。反应与反应的耦合毫无疑可以大大简化操作过程。具体表现在可缩短整个反应时间，减少中间产物与反应体系之间的分离和提纯，充分有效利用反应器，减少中间产物的损失。特别是对于不稳定的中间物种，通过原位生成中间物种立即用于下个反应中，可充分提高中间物种的利用效率，对于同时存在吸热和放热反应来说，放热反应的热量可以填补或部分填补吸热反应的需要。 |
2楼2009-12-28 18:49:33
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