綠色化學(xué)的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展

1、綠色化學(xué)的研究及進(jìn)展 院系：化學(xué)與生物科學(xué)學(xué)院班級：10-1（雙語）班姓名：齊買克學(xué)號：2010070301231綠色化學(xué)的研究及進(jìn)展摘要：綠色化學(xué),又稱為環(huán)境無害化學(xué)、環(huán)境友好化學(xué)、清潔化學(xué), 是當(dāng)今國際化學(xué)科學(xué)研究的前沿課題, 其目的是將現(xiàn)有化工生產(chǎn)技術(shù)路線從“先污染,后治理”改為“從源頭上根除污染”。是利用化學(xué)來防止污染的一門科學(xué)1,是一種對環(huán)境友好的化學(xué)過程,綠色化學(xué)對傳統(tǒng)化學(xué)在諸多方面存在著繼承,更存在著巨大的發(fā)展和創(chuàng)新。關(guān)鍵詞：綠色化學(xué)；環(huán)境無害化學(xué)；環(huán)境友好化學(xué)；清潔化學(xué)綠色化學(xué)(Green Chemistry)是20世紀(jì)末崛起的一門新興學(xué)科,相對于傳統(tǒng)化學(xué),它是未來化學(xué)化工發(fā)展

2、的主要方向之一。綠色化學(xué)即用化學(xué)的技術(shù)和方法去避免或減少那些對人類健康、社區(qū)安全、生態(tài)環(huán)境有害的原料、催化劑、溶劑和試劑在生產(chǎn)過程中的使用,同時在生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生有毒有害的副產(chǎn)物、廢物。綠色化學(xué)是當(dāng)今國際化學(xué)學(xué)科的研究前沿,是具有明確社會需求和科學(xué)目標(biāo)的新興交叉學(xué)科。從科學(xué)觀點(diǎn)看,綠色化學(xué)是對傳統(tǒng)化學(xué)思維方式的更新和發(fā)展;從環(huán)境觀點(diǎn)看,是從源頭上消除污染;從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)看,它合理利用資源和能源,降低生產(chǎn)成本,符合經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的要求。1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀發(fā)展綠色化學(xué)技術(shù)的思想首先在歐美國家產(chǎn)生。1984年美國環(huán)保局提出的“廢物最小化”是綠色化學(xué)的最初思想。1989年美國環(huán)保局又提出了“污染預(yù)防”的概

3、念,是綠色化學(xué)思想的初步形成。1990年美聯(lián)邦政府通過了“防止污染行動”的法令,將污染的防止確立為國策,該法案條文中第一次出現(xiàn)了“綠色化學(xué)”一詞。1995年美國政府設(shè)立了“總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎”,從1996年開始,每年對在綠色化學(xué)方面做出重要貢獻(xiàn)的化學(xué)家和企業(yè)頒獎,獎勵內(nèi)容包括:(1)變更合成路線獎;(2)改變反應(yīng)條件獎;(3)設(shè)計(jì)更安全化學(xué)品獎;(4)小企業(yè)獎;(5)學(xué)術(shù)獎。1998年美國成立綠色化學(xué)研究所,專門從事化學(xué)工業(yè)綠色化學(xué)研究。2000年,美國化學(xué)學(xué)會出版了第一本綠色化學(xué)教科書。在英國,1999年皇家化學(xué)會創(chuàng)辦了第一份國際性綠色化學(xué)雜志,標(biāo)志著綠色化學(xué)成為化學(xué)學(xué)科的前沿。綠色化學(xué)獎于

4、2000年開始頒發(fā),該獎分為3類:一是被稱作“Jerwood Salters”(環(huán)境獎)的年度學(xué)術(shù)獎,另2項(xiàng)年度獎用于獎勵在技術(shù)、產(chǎn)品或服務(wù)方面做出成績的英國公司。日本緊隨歐美之后,于1998年設(shè)立了“化學(xué)技術(shù)戰(zhàn)略推進(jìn)機(jī)構(gòu)”,主張確立新的化學(xué)技術(shù)體系,并于2000年提出“綠色可持續(xù)發(fā)展化學(xué)(GSC)”的概念,即通過包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、原料選擇、制造方法、使用方法及循環(huán)利用等技術(shù)的革命,保證“人與環(huán)境的健康與安全”及“能源和資源的節(jié)省”。還制定了新陽光計(jì)劃,提出了“簡單化學(xué)”(Simple Chemistry)的概念,即采用最大程度節(jié)約能源、資源和減少排放的簡化生產(chǎn)工藝過程來實(shí)現(xiàn)未來的化學(xué)工業(yè)過程,指

5、出綠色化學(xué)就是化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展相結(jié)合。綠色化學(xué)在我國也逐步受到重視。1995年中科院化學(xué)部確定了綠色化學(xué)與技術(shù)的院士咨詢課題;1996年召開了“工業(yè)生產(chǎn)中綠色化學(xué)與技術(shù)”研討會;1997年國家自然科學(xué)基金會與中國石油化工集團(tuán)聯(lián)合資助“九五”重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目“環(huán)境友好石油化工催化化學(xué)與化學(xué)反應(yīng)工程”;香山科學(xué)會議以“可持續(xù)發(fā)展問題對科學(xué)的挑戰(zhàn)綠色化學(xué)”為主題召開了第72次學(xué)術(shù)研討會;1998年在合肥舉辦了第一屆國際綠色化學(xué)高級研討會;2000年國家科技部和經(jīng)貿(mào)委批準(zhǔn)在天津建立“北方環(huán)保產(chǎn)業(yè)基地”,綠色化學(xué)科研中心與科技專輯也相繼出現(xiàn)。但是,我國的綠色化學(xué)與發(fā)達(dá)國家相比還存在較大差距,我們必須高度

6、重視,抓住機(jī)遇,推動我國環(huán)境技術(shù)不斷創(chuàng)新發(fā)展,以適應(yīng)國際大趨勢的要求。2 綠色化學(xué)的發(fā)展方向綠色化學(xué)是依靠科技進(jìn)步,創(chuàng)造出單位產(chǎn)品產(chǎn)污系數(shù)最低,資源消耗最小的先進(jìn)工藝技術(shù);從化學(xué)反應(yīng)的根本上減少污染,而不是對“三廢”等進(jìn)行處理的環(huán)保局部性終端治理技術(shù)。2.1 開發(fā)原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)1991年,美國斯坦福大學(xué)化學(xué)教授Trost首次提出了原子經(jīng)濟(jì)性(Atomeconomy)概念,即原料分子中究竟有百分之幾的原子轉(zhuǎn)化成了產(chǎn)物。理想的原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)是原料分子中的原子百分之百地轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物,而不產(chǎn)生副產(chǎn)物或廢物,實(shí)現(xiàn)廢物的“零排放”(Zero emission)。原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)有利于資源利用和環(huán)境保護(hù)。對于大宗

7、基本有機(jī)原料的生產(chǎn)而言,選擇原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)十分重要。目前,在基本有機(jī)原料的生產(chǎn)中,有的已采用原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng),如丙烯氫甲?；贫∪⒓状剪驶埔宜?、乙烯或丙烯的聚合、丁二烯和氫氰酸合成己二腈等。另外,有的基本有機(jī)原料的生產(chǎn)所采用的反應(yīng),已由二步反應(yīng),改為一步的原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)。如環(huán)氧乙烷的生產(chǎn),原來通過氯醇法二步制備;研制出銀催化劑后,改為乙烯直接氧化合成環(huán)氧乙烷的原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)。近年來,開發(fā)新的原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)已成為綠色化學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。2.2 采用無毒、無害的原料在現(xiàn)有化工生產(chǎn)中,不可避免地要用到一些有毒有害的原料,如劇毒的光氣、氫氰酸和有害的甲醛、環(huán)氧乙烷等,嚴(yán)重地污染環(huán)境,危害人類健康和社區(qū)安全。

8、采用無毒無害原料替代它們來生產(chǎn)各種化工產(chǎn)品是綠色化學(xué)的重要任務(wù)之一。在替代劇毒的光氣作原料生產(chǎn)有機(jī)化工原料方面,有報道稱工業(yè)上已開發(fā)成功一種由胺類和二氧化碳生產(chǎn)異氰酸酯的新技術(shù)。在特殊的反應(yīng)體系中采用一氧化碳直接羰化有機(jī)胺生產(chǎn)異氰酸酯的工業(yè)化技術(shù)也已開發(fā)成功。Tundo報道了用二氧化碳代替光氣生產(chǎn)碳酸二甲酯的新方法。Komiya研究開發(fā)了在固態(tài)熔融的狀態(tài)下,采用雙酚A和碳酸二甲酯聚合生產(chǎn)聚碳酸酯的新技術(shù),它取代了常規(guī)的光氣合成路線,并同時實(shí)現(xiàn)了兩個綠色化學(xué)目標(biāo):一是不使用有毒有害的原料;二是由于反應(yīng)在熔融狀態(tài)下進(jìn)行,不使用可疑的致癌物甲基氯化物作為溶劑。關(guān)于替代劇毒氫氰酸原料,Monsanto

9、公司從無毒無害的二乙醇胺原料出發(fā),經(jīng)催化脫氫,開發(fā)了安全生產(chǎn)氨基二乙酸鈉的工藝,改變了過去以氨、甲醛和氫氰酸為原料的二步合成路線,并因此獲得了1996年美國總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎中的變更合成路線獎。另外,國外還開發(fā)了由異丁烯生產(chǎn)甲基丙烯酸甲酯的新合成路線,取代了以丙酮和氫氰酸為原料的丙酮氰醇法22.3采用無毒、無害的催化劑目前烴類的烷基反應(yīng)一般使用氫氟酸、硫酸、三氯化鋁等液體酸作催化劑,這些催化劑的共同缺點(diǎn)是對設(shè)備的腐蝕嚴(yán)重、危害人身、產(chǎn)生廢渣、污染環(huán)境。為此,國內(nèi)外研究人員正從分子篩、雜多酸、超強(qiáng)酸等新催化材料中大力開發(fā)固體酸烷基化催化劑。其中采用新型分子篩催化劑的乙苯液相烴化技術(shù)引人注目3種催

10、化劑選擇性高,催化劑壽命長,且乙苯回收率超過99.6%。還有一種生產(chǎn)線性烷基苯的固體酸催化劑替代氫氟酸催化劑4了生產(chǎn)環(huán)境,現(xiàn)已工業(yè)化。今后在固體酸催化劑的研究開發(fā)中,還應(yīng)進(jìn)一步提高催化劑的選擇性,以降低產(chǎn)品中雜質(zhì)的含量;提高催化劑的穩(wěn)定性,以延長催化劑的壽命。2.4 采用無毒無害的溶劑或不使用溶劑一般與化學(xué)制品有關(guān)的污染物不僅與原料、產(chǎn)品有關(guān),也與制造過程中使用的溶劑有關(guān)。當(dāng)前廣泛使用的溶劑主要是揮發(fā)性的有機(jī)物,其中有些有機(jī)物會引起地面臭氧層的形成,有的會引起水源污染,因此,要限制這類物質(zhì)的使用。采用無毒無害的溶劑代替揮發(fā)性的有機(jī)物已成為綠色化學(xué)研究的方向。在過去的20年中,研究人員對超臨界流

11、體進(jìn)行了大量研究,并在諸如臨界現(xiàn)象、溶解度和溶劑團(tuán)簇等問題上取得了重大進(jìn)展。水是無毒無害的廉價溶劑,用水作溶劑具有其獨(dú)特的優(yōu)越性5rieco等研究了在水相中、室溫下的DielsAlder反應(yīng),結(jié)果發(fā)現(xiàn)水相中的反應(yīng)比有機(jī)溶劑中的反應(yīng)產(chǎn)率高。超臨界CO2(T=304 K,Pc=7.4 MPa)作為溶劑的研究,近年來有了很大的進(jìn)展。超臨界CO2無毒、不可燃、價廉,可使許多反應(yīng)的速度加快和(或)選擇性提高,因此是一種優(yōu)秀的綠色化學(xué)溶劑6另外,“離子液體”作為溶劑代替揮發(fā)性的有機(jī)物已成為綠色化學(xué)的重要研究方向。2.5 研制環(huán)境友好產(chǎn)品綠色化學(xué)研制環(huán)境友好產(chǎn)品,就是為了消除污染環(huán)境產(chǎn)品的負(fù)面影響。Rohm

12、haas公司成功開發(fā)了一種環(huán)境友好的海洋生物防垢劑,從而獲得美國總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎項(xiàng)中的設(shè)計(jì)更安全的化學(xué)品獎。Donlar公司由于成功開發(fā)了2個高效工藝合成熱聚天冬氨酸,也獲得了美國總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎項(xiàng)中的小企業(yè)獎。在環(huán)境友好機(jī)動車燃料方面,已逐步推廣使用液化石油氣、壓縮燃?xì)?、甲醇和乙醇等醇類燃?以及太陽能和氫能等,減少了由汽車尾氣中的一氧化碳以及烴類引發(fā)的臭氧和光化學(xué)煙霧等對空氣的污染。此外,保護(hù)大氣臭氧層的氟氯烴代用品和防止“白色污染”的生物降解塑料也在使用。2.6物理方法促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)光、電、熱等是引發(fā)和促進(jìn)有機(jī)反應(yīng)的有效手段,是綠色化學(xué)的方向之一。近年來,微波促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的研究已取得很

13、大進(jìn)展。利用超聲波的空化作用,可提高許多化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)速度,改善目的產(chǎn)物的選擇性,改善催化劑的表面形態(tài),提高催化活性組分在載體上的分散性等。2.7計(jì)算機(jī)輔助的綠色化學(xué)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用,尤其是分子結(jié)構(gòu)與性能數(shù)據(jù)庫的建立以及分子模擬技術(shù)的發(fā)展,使人們在化學(xué)分子設(shè)計(jì)、合成統(tǒng)計(jì)、實(shí)驗(yàn)控制與模擬中有了得力的助手和工具,避免了盲目的實(shí)驗(yàn)探索,減少了能源和材料浪費(fèi)以及由此造成的對環(huán)境的污染,從而按照綠色化學(xué)的既定目標(biāo),研制并生產(chǎn)出各種化學(xué)品。2.8 培養(yǎng)綠色化學(xué)人才百年大計(jì),教育為本。欲發(fā)展21世紀(jì)的綠色化學(xué)必須立足于教育,培養(yǎng)出以綠色化學(xué)為觀念的化學(xué)家和化學(xué)工藝等方面的專家。因此,與教育相結(jié)合也是

14、綠色化學(xué)應(yīng)注意的一個發(fā)展方向。3 研究領(lǐng)域上的繼承和發(fā)展傳統(tǒng)化學(xué)的研究囿于對化學(xué)過程的闡釋和對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探究。綠色化學(xué)則跳出了這個思維的狹隘的圈子,引導(dǎo)化學(xué)工作者去關(guān)心環(huán)境、保護(hù)環(huán)境、改善環(huán)境。3.1傳統(tǒng)化學(xué)的研究領(lǐng)域和目標(biāo)傳統(tǒng)化學(xué)注重對微觀粒子運(yùn)動的研究,利用熱力學(xué)、動力學(xué)和物理學(xué)等相關(guān)學(xué)科的最新發(fā)現(xiàn)和手段,從分子和原子的水平去研究化學(xué)過程、物質(zhì)結(jié)構(gòu)、物質(zhì)轉(zhuǎn)化的條件。它也進(jìn)行宏觀探索- -研究物質(zhì)的理化性質(zhì)、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系等3。如在- >這樣一個化學(xué)轉(zhuǎn)化過程中,是始態(tài),是終態(tài)。當(dāng)物質(zhì)向物質(zhì)轉(zhuǎn)化的各種條件、中間態(tài)已被研究透徹后,一旦該反應(yīng)過程在生產(chǎn)中和經(jīng)濟(jì)上可行,傳統(tǒng)化學(xué)的任務(wù)也就完成

15、了。傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)際上要么是"為生產(chǎn)而化學(xué)",要么是"為化學(xué)(研究)而化學(xué)",很少甚至沒有"為環(huán)境而化學(xué)"?？梢妭鹘y(tǒng)化學(xué)的思路是直線型,缺少系統(tǒng)地對環(huán)境、社會、人類發(fā)展的全面考慮。3.2綠色化學(xué)的研究領(lǐng)域和目標(biāo)從微觀到宏觀,微觀、宏觀相結(jié)合解決問題是綠色化學(xué)的思維特點(diǎn)。綠色化學(xué)除了研究微觀粒子運(yùn)動變化的規(guī)律外,更看重其對宏觀過程和環(huán)境的影響。它把生產(chǎn)過程放到一個與其緊密相關(guān)的局部環(huán)境乃至全球中去,構(gòu)成一個物質(zhì)流的完整而封閉的工業(yè)生態(tài)系統(tǒng),從工業(yè)代謝、產(chǎn)品的全生命周期評價、區(qū)域產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)三個方面著手研究,試圖實(shí)現(xiàn)物質(zhì)和能量的循環(huán)利用和

16、工業(yè)的持續(xù)發(fā)展。因此,在綠色化學(xué)中,研究- >這個化學(xué)過程的實(shí)現(xiàn)途徑還僅僅是研究的開始;- >只是化工過程的始態(tài),終態(tài)是被利用后回到環(huán)境的消納過程以及重新回到可為下一個生產(chǎn)周期利用的的過程。因此綠色化學(xué)的使命決定了它必須將化學(xué)品的生產(chǎn)置于封閉體系中去,研究如何利用可更新的原料和可再生的能源,生產(chǎn)出對環(huán)境最友好、生產(chǎn)過程最清潔、產(chǎn)品最容易回歸自然的產(chǎn)品4。綠色催化、超臨界流體、生物化學(xué)工程、輻射加工、等離子體等綠色技術(shù)在這樣的思維方式的指引下,已呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的勢頭。4 我國綠色化學(xué)的活動近年來,我國在綠色化學(xué)方面的活動也逐漸活躍.1995年中國科學(xué)院化學(xué)部確定了綠色化學(xué)與技術(shù)的院士

17、咨詢課題;1996年召開了“工業(yè)生產(chǎn)中綠色化學(xué)與技術(shù)”研討會,并出版了綠色化學(xué)與技術(shù)研討會學(xué)術(shù)報告匯編;1997年國家自然科學(xué)基金委員與中國石油化工集團(tuán)公司聯(lián)合立項(xiàng)資助了“九五”重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目“環(huán)境友好石油化工催化化學(xué)與化學(xué)反應(yīng)工程”,中國科技大學(xué)綠色科技與開發(fā)中心在該校舉行了專題討論會.并出版了“當(dāng)前綠色科技中的一些重大問題”的論文集,香山科學(xué)會議以“可持續(xù)發(fā)展問題對科學(xué)的挑戰(zhàn)一一綠色科學(xué)”為主題召開了第72次學(xué)術(shù)討論會;1998年在合肥舉辦了第一屆國際綠色化學(xué)高級研討會;化學(xué)進(jìn)展雜志出版了“綠色化學(xué)與技術(shù)”專輯,四川聯(lián)合大學(xué)也成立了綠色化學(xué)與技術(shù)研究中心.上述活動表明我國也非常重視綠色化

18、學(xué)活動的發(fā)展.并正在積極地投入到全球的綠色化學(xué)活動中。5 傳統(tǒng)化學(xué)與綠色化學(xué)在對待能量的態(tài)度上的區(qū)別傳統(tǒng)化學(xué)家在開發(fā)一個反應(yīng)或合成過程后,往往要對其優(yōu)化,但考慮的往往是如何提高產(chǎn)率,而經(jīng)常忽略了能量的問題。通常他們將能量問題留給過程工程師們?nèi)タ紤]。而化學(xué)在將物質(zhì)轉(zhuǎn)換成能量以及將已存在的能量轉(zhuǎn)換成可用的形式上起著主要作用。工業(yè)化國家消耗了大量的能源,而在工業(yè)化國家,化學(xué)工業(yè)消耗了很大部分的能量,是耗能最大的工業(yè)之一。綠色化學(xué)從節(jié)約資源、減少污染、實(shí)現(xiàn)工業(yè)的持續(xù)發(fā)展的高度,對能量問題給予了極大的重視。這是因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)物質(zhì)流的閉路循環(huán),必須充分利用太陽能、水力、水熱、風(fēng)能、地?zé)崮艿瓤稍偕茉?少用煤,石油,天然氣等不可再生能源;生物質(zhì)的開發(fā)和利用除為人類找到一種新的可再生能源外,還將對2減排、溫室效應(yīng)降低、減少化工過程加氧和減少對石油等不可再生能源的依賴做出巨大貢獻(xiàn)。利用超強(qiáng)酸/堿固體催化劑、雜多酸催化劑、夾層催化劑、仿酶催化劑等新型綠色催化技術(shù),也將節(jié)約大量用于化工過程升溫的能源,并且極大地減少了副反應(yīng)的發(fā)生和污染物的產(chǎn)生,綠色催化劑已經(jīng)成為綠色化學(xué)的一大研究方向。6 結(jié)束語隨著全球性環(huán)境污染問題的日益加