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绿色化学与化工技术的新进展——访中国科学院院士、中国工程院院士闵恩泽
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绿色化学与化工技术的新进展——访中国科学院院士、中国工程院院士闵恩泽 绿色化学虽然是近十年产生和发展起来的，但它迅速发展成为当前化学研究的热点和前沿，世界各国化学界已把“化学绿色化”作为21世纪化学发展的主攻方向之一。日前，两院院士、中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院学术委员会主任闵恩泽就绿色化学与化工技术的新进展接受了记者的采访。 据闵恩泽院士介绍，绿色化学的兴起，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”。绿色化学的兴起，不仅是环境保护的推动，同时也是合理利用资源，降低生产成本，特别是降低日益增加的环境监测、废物处理以及人身保健、社区安全保险等费用的推动。绿色化学的主要内容包括“原子经济”反应和高选择性反应，使用无毒无害原料和以可再生资源为原料，采用无毒无害催化剂和溶剂，生产环境友好产品和对废物回收利用。绿色化学特别是工业应用的技术和主要研究方向是（1）大力开发医药、农药等精细化工产品的“原子经济”反应，争取实现废物“零排放”；（2）正在开发和生产大宗有机化学品的第二代绿色技术；（3）超临界CO2替代有毒、有害溶剂的推广应用；（4）利用可再生资源生产大宗有机化学品；（5）农工结合，从植物油生产超清洁柴油；（6）永恒的主题———设计、生产和使用环境友好产品；（7）废塑料、纤维等材料的“闭路循环”回收。目前绿色化学的研究主要是围绕化学反应、原料、催化剂、溶剂和产品的绿色化展开的。 ———精细化工和功能化学品合成的“原子经济”反应正在大力开发在各类化工产品的生产中，以“原子经济性”标准来衡量，精细化工和功能化学品生产过程反应的原子有效利用率普遍较低，原子经济性差。据统计，在制药工业中平均每生产1吨产品要副产高达25～100吨的废物，这是大宗化工产品生产过程的数十倍，并且这类工厂数量多、分布广，引起环境污染严重，因此，在这些行业开发“原子经济”反应尤为重要。 目前，世界各国的许多精细化工和功能化学品的生产仍采用传统的化学计量反应，我国也是如此，因此开发“原子经济”反应大有潜力。 ———大宗有机化学品的第二代绿色技术取得进展近年来已开发成功一代采用“原子经济”反应，无毒无害原料、催化剂和溶剂来生产大宗有机化学品的绿色技术，同时又在进一步改进之中。 20世纪年代以来，烃类氧化的“原子经济”反应也有突破。具有定向氧化催化功能的钛硅分子筛的发明，导致了“原子经济”丙烯环氧化制环氧丙烷、环己酮氨氧化制环己酮肟、苯酚氧化制苯二酚等废物“零排放”工艺的出现，并且已经或正在实现工业化。而针对钛硅分子筛价格昂贵的问题，正在研究新一代负载锡的β－沸石等催化材料。 有机化学品生产技术的核心是催化剂。近十多年来，由于石油化工中所用的H2SO4、HF、AlCl3等液态酸催化剂，腐蚀设备、危害人身健康和社区安全，还有废液、废渣污染环境，所以大力开发固体酸来代替，并且已有一批工业化成果。例如在苯与烯烃的烷基化过程中已采用不同分子筛取代上述液态酸催化剂，但是由于分子筛催化剂的酸强度较低，分布也不够均匀，而且酸中心数量较少，会带来反应温度升高，压力增加，同时少量的副产物和杂质有所增高等问题，所以又出现了开发新固体酸催化剂的热潮，负载型杂多酸催化剂可望克服上述缺点，成为下一代的催化剂；正在研究的还有一些新型催化材料，如包裹型液体酸、Nafion／SiO2复合材料、纳米分子筛复合材料、离子液体等。 ———超临界CO2替代有毒、有害溶剂正在推广应用挥发性有机溶剂是一类有害的空气污染物。当它们进入空气中后，容易在地面附近形成光化学烟雾，引起多种疾病，导致谷物减产，污染海洋等。二氟二氯甲烷和二氟一氯甲烷能破坏地球大气中的臭氧层，增加皮肤癌和白内障的犯病率。因此，开发挥发性有机溶剂的替代溶剂，减少环境污染，是绿色化学的一个重要方面。目前超临界CO2替代挥发性有机溶剂作为喷漆溶剂、机械和干洗等行业的清洗剂、聚苯乙烯泡沫塑料发泡剂以及一些化学反应过程的溶剂等方面已得到了应用，大有发展前景，将在我国形成一种新兴产业。 ———利用可再生资源生产大宗有机化学品方兴未艾目前世界所需有机化工原料绝大部分来源于石油和天然气，但资源和环境问题直接或间接地与石油、天然气的开采、加工和使用有关，而以植物为主的生物质资源则是一个可再生的巨大资源宝库，利用可再生生物质资源已成为以消除污染、实现可持续发展为目标的绿色化学的重要研究内容。近年来，作为可再生资源的大规模利用，国外在大宗化工产品的合成中已取得突破，例如由玉米生产1，3－丙二醇、由玉米糖发酵来生产聚乳酸等已在建设工业装置，同时正大力开发用生物质原料生产维生素B 2、维生素C、赖氨酸、芳香酰胺、脂类溶剂和粘结剂等技术。 ———农工结合，从植物油生产超清洁柴油从植物油（包括动物油脂）生产的柴油称为生物柴油（Biodiesel），它是一种植物油中长链脂肪酸的单烷基酯。生物柴油基本上不含硫和芳烃，其十六烷值也高，其它性能也符合柴油的要求，只是倾点较高，影响低温起动，还有燃烧热值稍低，但可与石油柴油调配来克服。对环保而言，与石油柴油相比，生物柴油具有下列优点：（1）少排放CO2，从而减少对地球的温室效应；（2）本身无毒、无害，能自行分解回归自然界；（3）不排放SOx，它是惟一通过了美国1990年清洁空气修正法案的严格健康测试要求的替代燃料。目前欧共体年产生物柴油达70万吨，美国、日本分别为30万吨和40万吨。 对于我国来说，发展生物柴油具有保护环境和为保障国家能源安全多开辟一条途径等重大意义，但受原料植物油产量少、价格高的限制，还须与农业生产相结合，并得到政府相关政策的支持。 ———废塑料、纤维等材料的“闭路循环”回收废物的重复利用是根治环境污染，节约资源的一条重要途径，也是绿色化学的一项重要内容。对化学工业所生产的大量废塑料、纤维等的回收利用，首先需将它们从垃圾中分离出来，这往往是十分复杂和麻烦的，而且是不经济的。如果城市对垃圾有成功的管理系统将这些废材料分类回收，就可为它们的重复利用提供基础。近年来，已实现了对某些聚合材料的“闭路循环”回收，DuPont等大公司从尼龙地毯中回收单体己内酰胺即是典型的一例，已能成为一种新兴的产业。从废聚苯乙烯泡沫塑料回收单体苯乙烯、从聚酯废料回收单体对苯二甲酸和乙二醇等技术也在大力开发，正进行中试或建设工厂。 20世纪90年代绿色化学的兴起，为人类解决化学工业对环境的污染、实现经济和社会的可持续发展提供了有效的手段。绿色化学是有效的，也是有益的，未来21世纪绿色化学的进步将会证明化学家们有能力为我们生存的地球负责。与国际绿色化学与化工技术发展相比，我国在这方面的工作还有很大差距，应在有关政府部门、生产企业、高等院校、科研单位乃至全社会加强对绿色化学的宣传，普及知识，大力开发和应用绿色化学与化工技术，培养绿色化学与化工的人才，促进我国化学工业走可持续发展的道路。 闵恩泽1924年出生于四川成都。石油化工催化剂专家。1946年中央大学化工系毕业。1951年获美国俄亥俄州州立大学博士学位。1980年当选为中国科学院院士。1993年当选第三世界科学院院士。1994年当选中国工程院院士。中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院学术委员会主任、教授级高级工程师。60年代开发成功磷酸硅藻土叠合催化剂、铂重整催化剂、小球硅铝裂化催化剂等均建成工厂投入生产。70年代，领导了钼镍磷加氢催化剂、一氧化碳助燃剂、半合成沸石裂化催化剂等的研制、开发、生产和应用。1980年以后，指导开展新催化材料和新化学反应工程的导向性基础研究，包括非晶态合金、负载杂多酸、纳米分子筛以及磁稳定床、悬浮催化蒸馏等，已开发成功己内酰胺磁稳定床加氢、悬浮催化蒸馏烷基化等新工艺。近年来，曾任国家自然科学基金委员会“九五”重大基础研究项目“环境友好石油化工催化化学和反应工程”的主持人，进入绿色化学领域。他还扩展至开发化纤单体己内酰胺的制造技术，已取得长足进展。 经济日报 孙俊波 |
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