綠色化學(xué)是新世紀(jì)化學(xué)發(fā)展的方向和議題(2024141042)

1、綠色化學(xué) 當(dāng)今，化學(xué)的開(kāi)展非常迅速。 化學(xué)的開(kāi)展在不斷促進(jìn)人類進(jìn)步的同時(shí)， 客觀上也 污染了環(huán)境，諸如臭氧層空洞、 白色污染、酸雨和水體富營(yíng)養(yǎng)化等等一些著名的 環(huán)境事件多數(shù)與化學(xué)有關(guān)； 在最早的化學(xué)工藝流程里面， 因?yàn)闆](méi)有把廢氣和廢渣 的處理納入考慮范圍， 很多化學(xué)工藝都會(huì)造成環(huán)境污染。 現(xiàn)在，世界各國(guó)都在進(jìn) 行綠色化學(xué)的研究，并注重綠色化學(xué)的開(kāi)展與教育。 綠色化學(xué)是新世紀(jì)化學(xué)開(kāi)展的方向和議題。 它是人類和自然和諧的化學(xué)， 是面向 新世紀(jì)提出的化學(xué)新概念，同時(shí)它也為化學(xué)教育教學(xué)提出了新的課題。在我國(guó)， 化學(xué)工作者雖然做了大量與綠色化學(xué)要求相一致的工作， 但綠色化學(xué)研究剛剛起 步，綠色化學(xué)具有何

2、種現(xiàn)代內(nèi)涵， 對(duì)人類社會(huì)開(kāi)展有何種意義， 仍不完全為廣闊 化學(xué)工作者所了解。那我來(lái)介紹一下吧。一、綠色化學(xué)的現(xiàn)代內(nèi)涵綠色化學(xué)是研究和尋找能充分利用的無(wú)毒害原 材料，最大程度地節(jié)約能源， 在 各環(huán)節(jié)都實(shí)現(xiàn)凈化和無(wú)污染的反響途徑。 它的過(guò)程為零排放和零污染， 具體內(nèi)涵 表達(dá)在：1、減量。 “減量是從省資源、少污染角度提出的，包括二層意思： 1 減少資源用量，在保證產(chǎn)量的情況下如何減少用量， 有效途徑之一是提高轉(zhuǎn)化率， 減少損失率； 2 減少“三廢排放量，主要是減少?gòu)U氣、廢水及廢渣 副產(chǎn)物 排放量，特別是排放廢水量必須降低到一定標(biāo)準(zhǔn)以下。 在我國(guó)的臺(tái)灣， 連實(shí)驗(yàn)室 廢水排放都制定有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。2、重

3、復(fù)使用。重復(fù)使用不僅是降低本錢的需要，也是減廢的需要。諸如化 學(xué)工業(yè)過(guò)程中的催化劑、載體等，從一開(kāi)始就應(yīng)考慮有重復(fù)使用的設(shè)計(jì)。3、回收?；厥湛梢杂行?shí)現(xiàn)“省資源、少污染、減本錢的要求，回收包 括：回收未反響的原料，回收副產(chǎn)物 含“三廢 ，回收助溶劑、催化劑、穩(wěn)定 劑等非反響試劑?；瘜W(xué)工業(yè)產(chǎn)生中的循環(huán)操作程序就是一種常見(jiàn)的回收方式。4、再生。再生是變廢為寶、節(jié)省資源能源、減少污染的有效途徑。它要求 化工產(chǎn)品生產(chǎn)在它設(shè)計(jì)的開(kāi)始， 就應(yīng)考慮到有關(guān)原 材料的再生利用， 特別高分子 材料的再生顯得尤為重要。5、拒用。拒絕使用是杜絕污染的最根本方法，它是指對(duì)一些無(wú)法替代，又 無(wú)法回收、 再生和重復(fù)使用的藥

4、品原料， 拒絕在化學(xué)反響過(guò)程中使用。 在學(xué)術(shù)界 日益重視的綠色化學(xué)現(xiàn)代內(nèi)涵已得到理解， 綠色化學(xué)概念在工業(yè)上也已日漸得到 認(rèn)可，但它的概念與內(nèi)涵在 教學(xué) 中也應(yīng)得到貫徹， 它的應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)中也應(yīng)得到推 廣。特別是中學(xué)化學(xué) 教育教學(xué) ，面對(duì)的是接受啟蒙化學(xué) 教育的中學(xué)生，貫徹綠色 化學(xué)內(nèi)涵，推廣綠色化學(xué)成果顯得尤為重要。二、現(xiàn)行中學(xué)化學(xué)教材的綠色化學(xué)觀綠色化學(xué)， 對(duì)我國(guó)廣闊化學(xué) 工作 者、化 學(xué)教育工作 者來(lái)說(shuō)，或許還是一個(gè)新概念， 但他們所從事的環(huán)境保護(hù)、 環(huán)境教育 工作 ，微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究和用品開(kāi)發(fā) 工作，都做到了與綠色化學(xué)要求的高度一致， 甚至在現(xiàn)行中學(xué)化學(xué)教材中也充分表達(dá)了綠色化學(xué)觀。1.

5、 建立了與綠色化學(xué)相一致的概念現(xiàn)行初高中化學(xué)教材從不同角度建立了 與綠色化學(xué)內(nèi)涵相一致的根本概念。 從環(huán)境保護(hù)角度介紹了環(huán)境污染、 三廢、大 氣污染物、酸雨、溫室效應(yīng) 選學(xué)等概念，在介紹概念的同時(shí)還分析了有關(guān)污染 的成因和污染物的主要來(lái)源及危害。 從減量、 減廢的角度介紹了循環(huán)操作、 交換 劑再生、催化劑中毒等概念。2. 工業(yè)化學(xué)滲透了綠色化學(xué)觀點(diǎn)中學(xué)化學(xué)教材中的工業(yè)化學(xué)內(nèi)容雖然較為 分散也不系統(tǒng)，但都不例外地合理滲透了綠色化學(xué)觀點(diǎn)，這些觀點(diǎn)主要表達(dá)在：(1) 為了省資源、提高轉(zhuǎn)化率和原料利用率，在工業(yè)合成氨、氨氧化制硝酸、接 觸法制硫酸、侯氏制堿法等工藝流程中都采取了循環(huán)操作(氧化)；(2)

6、 為了防止或減少環(huán)境污染的發(fā)生， 氨氧化制硝酸、 接觸法制硫酸工藝中都設(shè)立了尾氣處理 裝置，并介紹了尾氣回收的 方法 及回收物的利用； (3) 為了防止催化劑中毒，使 催化劑重復(fù)使用，合成氨、氨氧化制硝酸、接觸法制硫酸都要求對(duì)原料氣、爐氣 進(jìn)行凈化。 另外，教材還介紹了電鍍工業(yè)中采取無(wú)氰電鍍， 乙炔制乙醛中使用非 汞催化劑的原因。3. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容充分表達(dá)了綠色化學(xué)原理在中學(xué)化學(xué)課本的編制和修訂過(guò)程中， 有關(guān)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排也充分表達(dá)了綠色化學(xué)原理： (1) 對(duì)常見(jiàn)實(shí)驗(yàn)的固液試劑的取 用給出了限量要求； (2) 在教材修訂時(shí)刪除了有一定危險(xiǎn)或危害的硫化氫和苯磺 酸制備實(shí)驗(yàn)； (3)介紹了聞氣體的 方法

7、；(4)強(qiáng)調(diào)了實(shí)驗(yàn)中常見(jiàn)的事故防止、 應(yīng)急 處理等；(4) 介紹了特殊試劑的保存和使用原那么及 方法 ；(6) 在新編初中化學(xué)課本 中引入了減量、減廢的微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)；(7)N0、N02等有危害的制備實(shí)驗(yàn)只安排 在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行； (8) 在氯化氫、氯氣等制備實(shí)驗(yàn)中強(qiáng)調(diào)了尾氣的處理方法。4. 有關(guān)物質(zhì)的內(nèi)容編排中， 考慮到了綠色化學(xué)因素課本在有關(guān)元素 化合物、有機(jī)化合物的內(nèi)容編排中從綠色化學(xué)角度有重點(diǎn)地介紹了有毒 物質(zhì)的性質(zhì)、使用、保存等： (1) 介紹了氯氣、硫化氫、氟氣、氟化氫、 一氧化碳、一氧化氮、二氧化氮、硝基苯、白磷、偏磷酸等有毒、劇毒 物質(zhì)的毒性及使用 方法 ，甚至用黑體字寫(xiě)出加以強(qiáng)調(diào)

8、； (2) 在選學(xué)內(nèi)容 中安排了臭氧空洞的形成、合成洗滌劑的功與過(guò)介紹等。三、綠色化學(xué) 與中學(xué)化學(xué) 教育教學(xué) 現(xiàn)代社會(huì)生活、經(jīng)濟(jì)開(kāi)展呼喚綠色化學(xué)， 綠色化學(xué) 的新觀點(diǎn)、新 思想也需要及時(shí)向社會(huì)傳播，中學(xué)化學(xué) 教育工作 者理當(dāng)承 擔(dān)起這個(gè)義務(wù)與責(zé)任。如何在中學(xué)化學(xué) 教育教學(xué) 的過(guò)程中表達(dá)綠色化學(xué) 思想 ，在潛移默化中對(duì)學(xué)生進(jìn)行綠色化學(xué)觀點(diǎn)的 教育 呢？ 教育中表達(dá)綠色化學(xué) 思想素質(zhì)教育是全面的 教育，中學(xué)化學(xué) 教育也應(yīng)是 圍繞全民族素質(zhì)的提高進(jìn)行的 教育。在素質(zhì) 教育中表達(dá)綠色化學(xué) 思想， 既是傳播綠色化學(xué)觀點(diǎn)的需要，也是培養(yǎng)學(xué)生對(duì)社會(huì)、 對(duì)將來(lái)的責(zé)任感 的需要，更是培養(yǎng)創(chuàng)新精神的需要。 (1)

9、 綠色化學(xué)與環(huán)境 教育 化工產(chǎn)品 生產(chǎn)和化學(xué)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的廢水、 廢氣和廢渣都會(huì)對(duì)環(huán)境造成不容無(wú)視的污 染，這就需要在中學(xué)化學(xué) 教育教學(xué) 過(guò)程中進(jìn)行環(huán)境 教育，而綠色化學(xué)要 求與環(huán)境 教育宗旨是高度一致的。 在實(shí)施環(huán)境 教育 過(guò)程中，一方面要向 學(xué)生說(shuō)明綠色化學(xué)的觀點(diǎn)、要求，使他們樹(shù)立起防治污染、保證人類生 存質(zhì)量的責(zé)任感；另一方面，結(jié)合綠色化學(xué)要求，教給學(xué)生防治污染的 重要方法 減量、減廢、回收、再生和拒用等。 (2) 綠色化學(xué)與創(chuàng)造 性教育培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神是素質(zhì) 教育 的靈魂， 綠色化學(xué)對(duì)化工生產(chǎn)，化 學(xué)實(shí)驗(yàn)提出的新要求，無(wú)疑對(duì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)造性 教育 將起到積極的作用： 首先，“減量、減廢的實(shí)驗(yàn)

10、要求， 可激發(fā)學(xué)生傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改革， 培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造能力；其次，“省資源、零污染的化工生產(chǎn)要求，可鼓 勵(lì)學(xué)生對(duì)化學(xué)課本中的化工生產(chǎn)工藝流程進(jìn)行質(zhì)疑， 培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思 維。教學(xué)中貫徹綠色化學(xué)觀點(diǎn)，實(shí)驗(yàn) 教學(xué) 與綠色化學(xué)聯(lián)系最為緊密、最為直 接，在實(shí)驗(yàn) 教學(xué) 中貫徹綠色化學(xué) 思想最為重要。因此，為了適應(yīng)綠色化 學(xué)新要求，中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)必須進(jìn)行改革。筆者認(rèn)為：(1) 要大力推行微型實(shí)驗(yàn)，即要對(duì)常見(jiàn)實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行微縮，對(duì)常用 試劑要給出限量，實(shí)驗(yàn)中除了可使用已研制成功的井穴板等微型儀器， 還可以把容量瓶、燒瓶、啟普發(fā)生器等微型化。在微型化帶來(lái)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 不明顯時(shí)，可借助現(xiàn)代化輔助 教學(xué) 手段把實(shí)驗(yàn)結(jié)果放

11、大。(2) 要努力改革實(shí)驗(yàn)方式，即要努力減少實(shí)驗(yàn)對(duì)玻璃儀器的依賴性。有些顏色變化明顯的定性實(shí)驗(yàn)可放在點(diǎn)滴板中進(jìn)行，如指示劑與酸或堿作用實(shí)驗(yàn)、Fe3+的顯色實(shí)驗(yàn)等，有些定性實(shí)驗(yàn)可放在濾紙上完成，如電 解飽和食鹽水，檢驗(yàn)醛基存在等。(3) 要設(shè)法刪改有關(guān)實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)行化學(xué)課本中有些實(shí)驗(yàn)仍有危險(xiǎn)性， 需要進(jìn)行刪改：考慮到硝基苯及苯的毒性，硝基苯、溴苯制備實(shí)驗(yàn)可以 刪去；考慮到NO N02 SO2的毒性，在NO與N02制備、Cu與濃硫酸反 應(yīng)、C與濃硫酸和濃硝酸反響等實(shí)驗(yàn)中可以連接尾氣裝置；考慮到平安 性，對(duì)H2和02 CI2與H2等的爆鳴實(shí)驗(yàn)可以進(jìn)行改進(jìn)。在20世紀(jì)發(fā)現(xiàn)和人工合成的化合物的種類是2285

12、萬(wàn)多種，是此之前發(fā)現(xiàn)的所有化合物總數(shù)的41倍強(qiáng)。但“化學(xué)家太謙虛 ，20世紀(jì)化學(xué)取得的輝煌成就，并未獲得社會(huì)應(yīng)有的認(rèn) 可。1化學(xué)正被各種各樣的環(huán)境污染問(wèn)題所困擾化學(xué)的開(kāi)展在不斷促進(jìn)人類進(jìn)步的同時(shí)，在客觀上使環(huán)境污染成為可能，但是起決定性的是人的因素，最終要靠人們的認(rèn)識(shí)不斷提升來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。一些著名的環(huán)境事件多數(shù)與化學(xué)有關(guān)，諸如臭氧層空洞、白色污染、酸雨和水體富營(yíng)養(yǎng)化等；另一方面把所有的環(huán)境問(wèn)題 都?xì)w結(jié)為化學(xué)的原因，顯然是不公平的，比方森林銳減、沙塵暴和煤的燃燒等。這當(dāng)然與化學(xué)沒(méi)有樹(shù)立好自己的品牌有關(guān)系，在最早的化學(xué)工藝流程里面，根本沒(méi)有把廢氣和廢渣的處理納入考慮范圍，因此很多化學(xué)工藝都是會(huì)帶

13、來(lái)環(huán)境污染的。現(xiàn)在，有些人把化學(xué)和化工當(dāng)成了污染源。人們開(kāi)始厭惡化學(xué)，進(jìn)而對(duì)化學(xué)產(chǎn)生了莫名其妙的恐懼心理，結(jié)果造成但凡有“人工添加劑的食品都不受歡迎，有些化裝品廠家也反復(fù)強(qiáng)調(diào)本產(chǎn)品不含有任何“化學(xué)物質(zhì)。事實(shí)上，這些是對(duì)化學(xué)的偏見(jiàn)，監(jiān)測(cè)、分析和治理環(huán)境的卻恰恰是化學(xué)家。2綠色化學(xué)是應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)的必然綠色化學(xué)的概念綠色化學(xué)又稱環(huán)境無(wú)害化學(xué)、環(huán)境友好化學(xué)或清潔化學(xué)，是指化學(xué)反響和過(guò)程以“原子經(jīng)濟(jì) 性為根本原那么，即在獲取新物質(zhì)的化學(xué)反響中充分利用參與反響的每個(gè)原料原子，在始端 就采用實(shí)現(xiàn)污染預(yù)防的科學(xué)手段，因而過(guò)程和終端均為零排放和零污染，是一門從源頭阻止污染的化學(xué)。綠色化學(xué)不同于環(huán)境保護(hù)，綠色化學(xué)不是

14、被動(dòng)地治理環(huán)境污染，而是主動(dòng)的防止化學(xué)污染，從而在根本上切斷污染源，所以綠色化學(xué)是更高層次的環(huán)境友好化學(xué)。2.2綠色化學(xué)的產(chǎn)生及其背景當(dāng)今，可持續(xù)開(kāi)展觀是世人普遍認(rèn)同的開(kāi)展觀。它強(qiáng)調(diào)人口、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境和資源的協(xié) 調(diào)開(kāi)展，既要開(kāi)展經(jīng)濟(jì)， 又要保護(hù)自然資源和環(huán)境，使子孫后代能永續(xù)開(kāi)展。綠色化學(xué)正是 基于人與自然和諧開(kāi)展的可持續(xù)開(kāi)展理論。在1984年，美國(guó)環(huán)保局(EPA)提出“廢物最小化這是綠色化學(xué)的最初思想。1989年，美國(guó)環(huán)保局又提出了“污染預(yù)防的概念。1990年,美聯(lián)邦政府通過(guò)了“防止污染行動(dòng)的法令，將污染的防止確立為國(guó)策，該法案條文中第一次出現(xiàn)了 “綠色化學(xué) 一詞。1992年，美國(guó)環(huán)保局

15、又發(fā)布了“污染預(yù)防戰(zhàn)略。1995年，美國(guó)政府設(shè)立了“總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)。1999年英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)創(chuàng)辦了第一份國(guó)際性?綠色化學(xué)?雜志，標(biāo)志著綠色化學(xué)的正式產(chǎn)生。我國(guó)也緊跟世界化學(xué)開(kāi)展的前沿，在1995年，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)部確定了?綠色化學(xué)與技術(shù)?的院士咨詢課題。綠色化學(xué)的核心內(nèi)容原子經(jīng)濟(jì)性是綠色化學(xué)的核心內(nèi)容，這一概念最早是1991年美國(guó)Stanford大學(xué)的著名有機(jī)化學(xué)家Trost為此他曾獲得了 1998年度的“總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)的學(xué)術(shù)獎(jiǎng)提出的，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)反響是原料分子中的原子百分之百地轉(zhuǎn)變成產(chǎn)物，不產(chǎn)生副產(chǎn)物或廢物，實(shí)現(xiàn)廢物的“零排放。他用原

16、子利用率衡量反響的原子經(jīng)濟(jì)性，認(rèn)為高效的有機(jī)合成應(yīng)最大限度地利用原料分子的每一個(gè)原子，使之結(jié)合到目標(biāo)分子中。 綠色化學(xué)的原子經(jīng)濟(jì)性的反響有兩個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)：一是最大限度地利用了原料，二是最大限度地減少了廢物的排放。原子利用率的表達(dá)式是：原子利用率=預(yù)期產(chǎn)物的式量/反響物質(zhì)的式量之和X 100%綠色化學(xué)的12項(xiàng)原那么和5R原那么為了簡(jiǎn)述了綠色化學(xué)的主要觀點(diǎn)，和曾提出綠色化學(xué)的12項(xiàng)原那么，這12項(xiàng)原那么對(duì)我們今后從事綠色化學(xué)的研究具有一定的指導(dǎo)作用。I 防止一一防止產(chǎn)生廢棄物要比產(chǎn)生后再去處理和凈化好得多。n.講原子經(jīng)濟(jì)一一應(yīng)該設(shè)計(jì)這樣的合成程序，使反響過(guò)程中所用的物料能最大限度地進(jìn)到終極產(chǎn)物中。川

17、.較少有危害性的合成反響出現(xiàn)一一無(wú)論如何要使用可以行得通的方法，使得設(shè)計(jì)合成程序只選用或產(chǎn)出對(duì)人體或環(huán)境毒性很小最好無(wú)毒的物質(zhì)。w.設(shè)計(jì)要使所生成的化學(xué)產(chǎn)品是平安的一一設(shè)計(jì)化學(xué)反響的生成物不僅具有所需的性能，還應(yīng)具有最小的毒性。v. 溶劑和輔料是較平安的一一盡量不同輔料如溶劑或析出劑 當(dāng)不得已使用時(shí)，盡可能應(yīng)是無(wú)害的。w.設(shè)計(jì)中能量的使用要講效率一一盡可能降低化學(xué)過(guò)程所需能量，還應(yīng)考慮對(duì)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的效益。合成程序盡可能在大氣環(huán)境的溫度和壓強(qiáng)下進(jìn)行。四.用可以回收的原料一一只要技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上是可行的，原料應(yīng)能回收而不是使之變壞。忸.盡量減少派生物一一應(yīng)盡可能防止或減少多余的衍生反響用于保護(hù)基團(tuán)或

18、取消保護(hù)和短暫改變物理、化學(xué)過(guò)程，因?yàn)檫M(jìn)行這些步驟需添加一些反響物同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生廢棄物。區(qū).催化作用一一催化劑盡可能是具選擇性的比符合化學(xué)計(jì)量數(shù)的反響物更占優(yōu)勢(shì)。X.要設(shè)計(jì)降解一一按設(shè)計(jì)生產(chǎn)的生成物，當(dāng)其有效作用完成后，可以分解為無(wú)害的降解產(chǎn)物，在環(huán)境中不繼續(xù)存在。幻.防止污染進(jìn)程能進(jìn)行實(shí)時(shí)分析一一需要不斷開(kāi)展分析方法，在實(shí)時(shí)分析、進(jìn)程中監(jiān)測(cè)， 特別是對(duì)形成危害物質(zhì)的控制上。劉.特別是從化學(xué)反響的平安上防止事故發(fā)生一一在化學(xué)過(guò)程中，反響物包括其特定形態(tài)的選擇應(yīng)著眼于使包括釋放、爆炸、著火等化學(xué)事故的可能性降至最低。為了更明確的表述綠色化學(xué)在資源使用上的要求，人們又提出了5R理論：I .減量一一Reduction減量是從省資源少污染角度提出的。減少用量、在保護(hù)產(chǎn)量的情況 下如何減少用量，有效途徑之一是提高轉(zhuǎn)化率、減少損失率。減少“三廢排放量。主要 是減少?gòu)U氣、廢水及廢棄物副產(chǎn)物排放量，必須排放標(biāo)準(zhǔn)以下。n.重復(fù)使用一一