绿色作业
绿色化学作业
绿色化学与环境污染
【摘要】本文全面介绍了绿色化学的定义、历史、原则、研究途径及成果。工业文明进入21世纪后，它对环境的破坏日趋严重，对资源的使用走向了滥用。针对日趋严重的环境问题，提出了绿色化学这个概念。从绿色化学的原子经济性，12项原则，5R原则及研究成果上我们不难看出，绿色化学具有良好的发展前景。从而使我们对环境的治理，由治标转向治本，从根本上解决问题。
关键词：环境污染绿色化学绿色化学的成果及研究方法
前言
当今，化学的发展非常迅速。在20世纪发现和人工合成的化合物的种类是几千万多种。而随着化学的发展在不断促进人类进步的同时，在客观上使环境污染成为可能，但是起决定性的是人的因素，最终要靠人们的认识不断提升来解决这个问题。一些著名的环境事件多数与化学有关，如臭氧层空洞、白色污染、酸雨和水体富营养化等。
随着当今化学工业的飞速发展，化工污染日趋严重，已给全球的生态平衡带来了巨大的破坏，开始危及人类的生存。如何对化工污染进行综合防治，已成为当今社会最突出的问题之一。化学工业为人类创造了前所未有的财富，满足了人们越来越高的生产和生活要求。但在全球保护环境的呼声日益高涨的情况下，化学工业又首当其冲成了人们抱怨的罪魁祸首。我们不能因为化学工业的成绩而回避现实中存在的污染问题，也不能因为污染问题而对它全盘否定。正确的态度应该是从化工污染的特点入手，采取积极的措施，使化学工业能够扬长避短不断前进，踏上时代发展的“绿色快车”。当前，世界各国正在使用和生产的化学化工产品有十多万种。在生产这些化工产品的同时给我们带来了很多污染，大气污染是我国目前最突出的环境问题之一。还有其他的水质污染，白色污染等等。
为了解决以上出现的种种问题，化学家们提出了“绿色化学”。它建立在传统化学基础上，吸收了当代物理、生物、材料、化工等学科的最新理论和技术，以绿色意识为指导，把化学知识、化学技术和化学方法应用于化学品与化学过程，以减少指导消除对人类健康和对环境有害的反应原料使用，反应过程的利用、反应产物的生产和利用，尽可能不生成副产物，更加充分的利用资源，以适应可持
续发展的需要。绿色化学的出现，给人类对环境的污染治理带来希望。
绿色化学定义
绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学或清洁化学，是指化学反应和过程以“原子经济性”为基本原则，即在获取新物质的化学反应中充分利用参与反应的每个原料原子，在始端就采用实现污染预防的科学手段，因而过程和终端均为零排放和零污染，是一门从源头阻止污染的化学。绿色化学不同于环境保护，绿色化学不是被动地治理环境污染，而是主动的防止化学污染，从而在根本上切断污染源，所以绿色化学是更高层次的环境友好化学。
绿色化学的历史
在1984年，美国环保局(EPA)提出“废物最小化”，这是绿色化学的最初思想。1989年，美国环保局又提出了“污染预防”的概念。 1990年，美联邦政府通过了“防止污染行动”的法令，将污染的防止确立为国策，该法案条文中第一次出现了“绿色化学”一词。1992年，美国环保局又发布了“污染预防战略”。1995年，美国政府设立了“总统绿色化学挑战奖”。1999年英国皇家化学会创办了第一份国际性《绿色化学》杂志，标志着绿色化学的正式产生。我国在1995年，中国科学院化学部确定了《绿色化学与技术》的院士咨询课题。1996年，召开了“工业生产中绿色化学与技术”研讨会，并出版了《绿色化学与技术研讨会学术报告汇编》。1997年国家自然科学基金委员会与中国石油化工集团公司联合立项资助了九五“重大基础研究项目"环境友好石油化工催化化学与化学反应工程”，中国科技大学绿色科技与开发中心在该校举行了专题讨论会，并出版了“当前绿色科技申的一些重大问题”论文集；香山科学会议以“可持续发展问题对科学的挑战---绿色化学”为主题召开了第72次学术讨论会。1998年，在合肥举办了第一届国际绿色化学高级研讨会，《化学进展》杂志出版了“绿色化学与技术”专辑。四川联合大学也成立了绿色化学与技术研究中心。上述活动已推动了我国绿色化学的发展。
12项原则及5R原则
为简述绿色化学的主要观点，P.T.Anastas和J.C.Waner提出绿色化学的12项原则如下：
1．防止污染优于污染治理
2．提高原子经济性
3．尽量减少化学合成中的有毒原料、产物
4．设计要使所生成的化学产品是安全的
5．使用无毒无害的溶剂和助剂溶
6．合理使用和节省能源
7．利用再生资源代替消耗性资源合成化学品
8．尽量减少衍生物
9．采用高选择性催化剂优于使用化学计量助剂
10．产物易降解
11．防止污染进程能进行实时分析
12．减少使用易燃易爆物质，降低事故隐患
为了更明确的表述绿色化学在资源使用上的要求，又提出了5R理论，如下： 1．减量——Reduction 减量是从省资源少污染角度提出的。
2．重复使用——Reuse 重复使用这是降低成本和减废的需要。
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、稳定剂等非反应试剂。
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、再生和重复使用的毒副作用、污染作用明显的原料，拒绝在化学过程中使用。
研究途径
（1）开发绿色实验。如实验室用H2O2分解制O2代替KClO3分解法，实现了原料和反应过程的绿色化。
（2）防止实验过程中尾气、废物等环境的污染，实验中有危害性气体产生时要加强尾气吸收，对实验产物尽可能再利用等。
（3）在保证实验效果的前提下，尽量减少实验试剂的用量，使实验小型化、微型化。
（4）对于危险或反映条件苛刻，污染严重或仪器、试剂价格昂贵的实验，
可采用计算机模拟化学实验或观看实验录像等办法。
（5）妥善处置实验产生的废物，防止环境污染。
绿色化学研究成果
1.开发“原子经济”反应
Trost在l991年首先提出了原子经济性（Atom economy ）的概念，即原料分子中究竟有百分之几的原子转化成了产物。理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百地转变成产物，不生副产物或废物。实现废物的“零排放”。
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。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。
2.采用无毒、无害的原料
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比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。
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氧氟酸、硫酸、三氯化铝等液体酸催化剂。这些液体催化剂共同缺点是，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他技术引人注目，这种催化剂选择性很高。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。
4.采用无毒、无害的溶剂
大量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。当前广泛使用的溶剂是挥发性有机化合物(VOC)。其在使用过程中有的会引起地面臭氧的形成。有的会引起水源污染。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。
在无毒无害溶剂的研究中，最活跃的研究项目是开发超临界流体（SCF)。特别是超临界二氧化碳作溶剂。超临界二氧化碳是指温度和压力均在其临界点(3llC、7477.7gkPa)以上的二氧化碳流体。它通常具有液体的密度。因而有常规液态溶剂的溶解度，在相同条件下。它又具有气体的粘度，因而又具有很高的传质速度。而且由于具有很大的可压缩性。流体的密度、溶剂溶解度和粘度等性能均可由压力和温度的变化来调节。超临界二氧化碳的最大优点是无毒、不可燃、价廉等。
5.利用可再生的资源合成化学品
利用生物量（生物原料）（Biomass）代替当前广泛使用的石油，是保护环境的一个长远的发展方向。Frost 报道以葡萄糖为原料，通过酶反应可制得己二酸、邻苯二酚和对苯二酚等。另外，Gfoss首创了利用生物或农业废物如多糖类制造新型聚合物的工作。由于其同时解决了多个环保问题，因此引起人们的特别兴趣。其优越性在于聚合物原料单体实现了无害化，生物催化转化方法优于常规的聚合方法，Gross的聚合物还具有生物降解功能。
6.环境友好产品
在环境友好产品方面。从1996年美国总统绿色化学挑战奖看，设计更安全化学品奖授予RohmHaas公司。由于其开发成功一种环境友好的海洋生物防垢剂。小企业奖授予Donlar公司。因其开发了两个高效工艺以生产热聚天冬氨酸，它是一种代替丙烯酸的可生物降解产品。
在环境友好机动车燃料方面，随着环境保护要求的日益严格。1990年美国清
洁空气法规定，逐步推广使用新配方汽油，减小由汽车尾气中的一氧化碳以及烃类引发的臭氧和光化学烟雾等对空气的污染。这种新配方汽油的质量要求已推动了汽油的有关炼油技术的发展。柴油是另一类重要的石油炼制产品。对环境友好柴油。美国要求硫含量不大于0.05%，芳烃含量不大于20%，同时十六烷值不低于40。瑞典对一些柴油要求更严。为达到上述目的，一是要有性能优异的深度加氢脱硫催化剂，二是要开发低压的深度脱硫芳烃饱和工艺。
绿色化学是一门具有明确的社会需求和科学目标的新兴学科，是未来化学发展的方向，是我们必走之路。它的发展可以绿色化发展我们的化学化工行业，充分利用资源防止浪费，实现“零排放”。同时防止污染我们赖以生存的环境，从根本上解决了环境污染问题。
参考文献
[1] 中科院院士咨询报告展望21世纪的化学化学工业出版社90-93(2000)
[2]江刚绿色化学的12条原则[J] 中国环境科学2001年06期
[3] 朱清时绿色化学和新的产业革命[J] 现代化工1998（6）
[4] 陈文明清洁生产——环境战略的新认识化学进展，6,10(2),113—115(1998