綠色化學與可持續(xù)發(fā)展

1、綠色化學與社會發(fā)展摘要：工業(yè)革命之后的化工發(fā)展因為沒有正確的思想指引，片面的追求經(jīng)濟利益，導致自然被破壞，從而有反作用于人，使人受到傷害，化學發(fā)展受到阻礙。傳統(tǒng)的化學工藝給人類社會帶來了巨大的生產(chǎn)力的同時也帶來了各種各樣的環(huán)境問題，造成了很多的負面影響，今天的我們可以實現(xiàn)不僅要從技術上實現(xiàn)無污染的化工生產(chǎn)，還要用可持續(xù)發(fā)展觀武裝思想，擁有無污染的化工生產(chǎn)觀，擺脫過去的化工生產(chǎn)就是污染的錯誤觀念，喜歡上化工，也從而讓人人都喜歡化工，為化工發(fā)展貢獻一份力量，為我們的社會的發(fā)展創(chuàng)造更多的動力。關鍵詞：綠色化學 可持續(xù)發(fā)展 綠色化學應用 社會發(fā)展一、引言：自從工業(yè)革命以來，科學技術不斷進步發(fā)展，化學就

2、是與科學技術像是一對孿生兄弟，始終你中有我我中有你?；瘜W是是制造新物質(zhì)，并在原子、分子層次上研究物質(zhì)轉(zhuǎn)化、制備、功能、用途及其產(chǎn)業(yè)化的科學技術，所有對人類發(fā)展產(chǎn)生重大影響的科學技術都需要化學與化工提供的各種功能和性能獨特的分子和材料。與此相同的是任何化學技術的進步都是建立在科學技術的進步。進入二十一世紀，人們的生活與化學技術息息相關。世界化學化工產(chǎn)品已達到7萬種之多化工總產(chǎn)值約l萬億美元(中國約5000億人民幣)?；瘜W品極大地豐富了人類的物質(zhì)生活提高了生活質(zhì)量，并在控制疾病、延長壽命，增加農(nóng)作物品種和產(chǎn)量幫助食物的儲存和防腐等方面起到了重要作用。在我們的衣食住行及戰(zhàn)勝疾病等很多方面，化工科技的

3、進步。為人類帶來了巨大的益處。藥品的發(fā)展有助于治愈不少疾病，延長人類的壽命：聚合物科技創(chuàng)造新的制衣和建造材料；農(nóng)藥化肥的發(fā)展控制了蟲害。提高了生產(chǎn)。這些樣樣都離不開化學家的幫助?？梢院敛豢鋸埖卣f，人類的生活離不開化學的發(fā)展。但是由于目前科學技術的局限性，傳統(tǒng)化學工業(yè)給人類環(huán)境帶來的嚴重污染，引起了社會各界的關注在使用這些化學產(chǎn)品的過程中也產(chǎn)生了大量的廢物污染了環(huán)境全世界目前每年產(chǎn)生的34億噸危險廢物(中國化學工業(yè)排放的廢水、廢氣和同體廢物分別占全國工業(yè)排放總量的225、782、593)，給人類的生活帶來了災難。因此我們需要利用可持續(xù)發(fā)展的理論我們自身，利用綠色化學來解決環(huán)境問題，來維持社會發(fā)展

4、的穩(wěn)定。二、綠色化學的來源當今，化學的發(fā)展非常迅速。在20世紀發(fā)現(xiàn)和人工合成的化合物的種類是2285萬多種，是此之前發(fā)現(xiàn)的所有化合物總數(shù)的41倍強。但“化學家太謙虛”，20世紀化學取得的輝煌成就，并未獲得社會應有的認可。 1 化學所面臨的挑戰(zhàn) 化學的形象正在被與其交叉的學科的巨大成功所埋沒，化學是一門中心科學，化學與生命、材料等八大朝陽科學有非常密切的聯(lián)系，產(chǎn)生了許多重要的交叉學科，但化學作為中心學科的形象反而被其交叉學科的巨大成就所埋沒?；瘜W這門重要的中心科學（central science）反而被社會看作是伴娘科學（bridesmaid science）而不受重視。同時化學正被各種各樣的環(huán)

5、境污染問題所困擾，各種污染危害著人體的健康。一、大氣污染與人體健康 大氣污染主要是指大氣的化學性污染。大氣中化學性污染物的種類很多，對人體危害嚴重的多達幾十種。我國的大氣污染屬于煤炭型污染，主要的污染物是煙塵和二氧化硫，此外，還有氮氧化物和一氧化碳等。這些污染物主要通過呼吸道進入人體內(nèi)，不經(jīng)過肝臟的解毒作用，直接由血液運輸?shù)饺怼Ｋ?，大氣的化學性污染對人體健康的危害大，可造成慢性中毒、急性中毒，嚴重的還可以致癌。 二、水污染與人體健康 水污染后，對人體健康會造成嚴重的危害，這主要表現(xiàn)在以下三個方面。第一，飲用污染的水和食用污水中的生物，能使人中毒，甚至死亡。第二，被人畜糞便和生活垃圾污染了的

6、水體，能夠引起病毒性肝炎、細菌性痢疾等傳染病，以及血吸蟲病等寄生蟲疾病。第三，一些具有致癌作用的化學物質(zhì)，如砷（As）、鉻（Cr），苯胺等污染水體后，可以在水體中的懸浮物、底泥和水生生物體內(nèi)蓄積。長期飲用這樣的污水，容易誘發(fā)癌癥。 三、固體廢棄物污染與人體健康 固體廢棄物是指人類在生產(chǎn)和生活中丟棄的固體物質(zhì)，如采礦業(yè)的廢石，工業(yè)的廢渣，廢棄的塑料制品，以及生活垃圾。應當認識到，固體廢棄物只是在某一過程或某一方面沒有使用價值，實際上往往可以作為另一生產(chǎn)過程的原料被利用，因此，固體廢物又叫“放在錯誤地點的原料”。但是，這些“放在錯誤地點的原料”，往往含有多種對人體健康有害的物質(zhì)，如果不及時加以利用

7、，長期堆放，越積越多，就會污染生態(tài)環(huán)境，對人體健康造成危害。四、噪聲污染與人體健康 噪聲對人的危害是多方面的：第一，損傷聽力。長期在強噪聲中工作，聽力就會下降，甚至造成噪聲性耳聾。第二，干擾睡眠。當人的睡眠受到噪聲的干擾時，就不能消除疲勞、恢復體力。第三，誘發(fā)多種疾病。噪聲會使人處在緊張狀態(tài)，致使心率加快、血壓升高，甚至誘發(fā)胃腸潰瘍和內(nèi)分泌系統(tǒng)功能紊亂等疾病。第四，影響心理健康。噪聲會使人心情煩躁，不能集中精力學習和工作，并且容易引發(fā)工傷和交通事故。因此，我們應當采取多種措施，防治環(huán)境污染，使包括人類在內(nèi)的所有生物都生活在美好的生態(tài)環(huán)境。 五、環(huán)境污染對生物的影響，環(huán)境污染與“三致作用” 環(huán)境

8、污染往往具有使人或哺乳動物致癌、致突變和致畸的作用，統(tǒng)稱“三致作用”。“三致作用”的危害，一般需要經(jīng)過比較長的時間才顯露出來，有些危害甚至影響到后代。一是致癌作用。即導致人或哺乳動物患癌癥的作用。二是致突變作用。即導致人或哺乳動物發(fā)生基因突變、染色體結(jié)構(gòu)變異或染色體數(shù)目變異的作用。三是致畸作用。即作用于妊娠母體，干擾胚胎的正常發(fā)育，導致新生兒或幼小哺乳動物先天性畸形的作用。 當前人類正面臨著更嚴重的資源耗竭和環(huán)境污染的威脅，要保護環(huán)境修復人與自然的關系，就是要通過提高環(huán)境保護教育的質(zhì)量和水平，努力增強人們的環(huán)境保護意識。環(huán)境保護教育意義重大，影響深遠，任重而道遠。讓我們營造良好的社會氛圍，為保

9、護環(huán)境持續(xù)性發(fā)展而努力奮斗。邯鄲市第一中學王新燕當今，化學的發(fā)展非常迅速。在20世紀發(fā)現(xiàn)和人工合成的化合物的種類是2285萬多種，是此之前發(fā)現(xiàn)的所有化合物總數(shù)的41倍強。但“化學家太謙虛”，20世紀化學取得的輝煌成就，并未獲得社會應有的認可。2 綠色化學是應對挑戰(zhàn)的必然 科學不但要認識世界和改造世界，還要保護世界?；瘜W也如此，為了應對化學所面臨的挑戰(zhàn)，提倡綠色化學是刻不容緩。綠色化學是一種理念什么是綠色化學?綠色化學是指設計沒有或者只有盡可能小的環(huán)境負作用并且在技術上和經(jīng)濟上可行的化學品和化學過程。它是實現(xiàn)污染預防的基本的和重要的科學手段，包括許多化學領域，如合成、催化、工藝、分離和分析監(jiān)測等

10、。綠色化學不同于環(huán)境化學。環(huán)境化學是一間研究污染物的分布、存在形式、運行、遷移及其對環(huán)境影響的科學。綠色化學的最大特點在于它是在始端就采用實現(xiàn)污染預防的科學手段，因而過程和終端均為零排放或零污染。它研究污染的根源-污染的本質(zhì)在哪里，它不是去對終端或過程污染進行控制或進行處理。綠色化學關注在現(xiàn)今科技手段和條件下能降低對人類健康和環(huán)境有負面影響的各個方面和各種類型的化學過程。綠色化學主張在通過化學轉(zhuǎn)換獲取新物質(zhì)的過程中充分利用每個原子，具有原子經(jīng)濟性，因此它既能夠充分利用資源，又能夠?qū)崿F(xiàn)防止污染。很明顯，綠色化學要求負作用盡可能小，它是一種理念，是人們應該傾力追求的目標。綠色化學又稱環(huán)境無害化學(

11、EnvironmentallyBenignChemistry)、環(huán)境友好化學(EnvironmentallyFriendlyChemistry)、清潔化學(CleanChemistry)。與其相對應的技術稱為綠色技術、環(huán)境友好技術。是指化學反應和過程以“原子經(jīng)濟性”為基本原則,即在獲取新物質(zhì)的化學反應中充分利用參與反應的每個原料原子，在始端就采用實現(xiàn)污染預防的科學手段，因而過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。綠色化學不同于環(huán)境保護，綠色化學不是被動地治理環(huán)境污染，而是主動的防止化學污染，從而在根本上切斷污染源，所以綠色化學是更高層次的環(huán)境友好化學。理想的綠色技術應采用具有

12、一定轉(zhuǎn)化率的高選擇性化學反應來生產(chǎn)目的產(chǎn)品，不生成或很少生成副產(chǎn)品或廢物，實現(xiàn)或接近廢物的零排放過程?；瘜W工藝過程中使用無毒無害原料、溶劑和催化劑。綠色化學即是用化學的技術和方法去消滅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，同時也要在生產(chǎn)過程中不產(chǎn)生有毒有害的副產(chǎn)物、廢物和產(chǎn)品。綠色化學的理想在于不再使用有毒、有害的物質(zhì)，不再產(chǎn)生廢物，不再處理廢物。從科學觀點看，綠色化學是化學科學基礎內(nèi)容的更新；從環(huán)境觀點看，它是從源頭上消除污染；從經(jīng)濟觀點看，它合理利用資源和能源，降低生產(chǎn)成本，符合經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的要求。三綠色化學的研究內(nèi)容綠色化學是設計研究

13、沒有或盡可能小的環(huán)境副作用的、并在技術上、經(jīng)濟上可行的化學品和化學過程。它是實現(xiàn)污染預防的基本和重要的科學手段。綠色化學研究的內(nèi)容顯然要包括化學反應（化工生產(chǎn)）過程的4個基本要素：一是研究、變換、設計、選擇對人類健康和環(huán)境友好的原材料或起始物；三是研究最好的轉(zhuǎn)換反應和催化劑；四是設計或重新設計對人類健康和環(huán)境更安全的目標化合物（產(chǎn)品）。1開發(fā)“原子經(jīng)濟”反應Trost在1991年首先提出了原子經(jīng)濟性（Atomeconomy）的概念，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)濟反應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，實現(xiàn)廢物的“零排放”（Zeroemiss

14、ion）。對于大宗基本有機原料的生產(chǎn)來說，選擇原子經(jīng)濟反應十分重要。目前，在基本有機原料的生產(chǎn)中，有的已采用原子經(jīng)濟反應，如丙烯氫甲?；贫∪⒓状剪驶拼姿?、乙烯或丙烯的聚合、丁二烯和氫氰酸合成己二腈等。另外，有的基本有機原料的生產(chǎn)所采用的反應，已由二步反應，改成采用一步的原子經(jīng)濟反應，如環(huán)氧乙烷的生產(chǎn)，原來是通過氯醇法二步制備的，發(fā)現(xiàn)銀催化劑后，改為乙烯直接氧化成環(huán)氧乙烷的原子經(jīng)濟反應。近年來，開發(fā)新的原子經(jīng)濟反應已成為綠色化學研究的熱點之一。EniChem公司采用鈦硅分子篩催化劑，將環(huán)己酮、氨、過氧化氫反應，可直接合成環(huán)己酮肟，取代由氨氧化制硝酸、硝酸離子在鉑、鈀貴金屬催化劑上用氫還原制

15、備羥胺、羥胺再與環(huán)己酮反應合成環(huán)己酮肟的復雜技術路線，并已實現(xiàn)工業(yè)化。另外，環(huán)氧丙烷是生產(chǎn)聚氨酯泡沫塑料的重要原料，傳統(tǒng)上主要采用二步反應的氯醇法，不僅使用危險的氯氣，而且還產(chǎn)生大量含氯化鈣的廢水，造成環(huán)境污染。國內(nèi)外均在開發(fā)鈦硅分子篩上催化氧化丙烯制環(huán)氧丙烷的原子經(jīng)濟新方法。此外，針對鈦硅分子篩催化反應體系，開發(fā)降低鈦硅分子篩合成成本的技術，開發(fā)與反應匹配的工藝和反應器仍是今后努力的方向。在已有的原子經(jīng)濟反應如烯烴氫甲?；磻?，雖然反應已經(jīng)是理想的，但是原用的油溶性均相銠絡合催化劑與產(chǎn)品分離比較復雜，或者原用的鈷催化劑運轉(zhuǎn)過程中仍有廢催化劑產(chǎn)生，因此對這類原子經(jīng)濟反應的催化劑仍有改進的余地

16、。所以近年來開發(fā)水溶性均相絡合物催化劑已成為一個重要的研究領域。由于水溶性均相絡合物催化劑與油相產(chǎn)品分離比較容易，再加以水為溶劑，避免了使用揮發(fā)性有機溶劑，所以開發(fā)水溶性均相絡合催化劑也已成為國際上的研究熱點。除水溶性銠-膦絡合物已成功用于丙烯氫甲?；a(chǎn)外，近年來水溶性銠-膦、釕-膦、鈀-膦絡合物在加氫二聚、選擇性加氫、CC鍵偶聯(lián)等方面也已獲得重大進展。C6以上烯烴氫甲?；苽涓咛既?、醇的兩相催化體系的新技術國外正在積極研究。以上可見，對于已在工業(yè)上應用的原子經(jīng)濟反應，也還需要從環(huán)境保護和技術經(jīng)濟等方面繼續(xù)研究，加以改進。2提高烴類氧化反應的選擇性烴類選擇性氧化在石油化工中占有極其重要的地位

17、。據(jù)統(tǒng)計，用催化過程生產(chǎn)的各類有機化學品中，催化選擇氧化生產(chǎn)的產(chǎn)品約占25%。烴類選擇性氧化為強放熱反應，目的產(chǎn)物大多是熱力學上不穩(wěn)定的中間化合物，在反應條件下很容易被進一步深度氧化為二氧化碳和水，其選擇性是各類催化反應中最低的。這不僅造成資源浪費和環(huán)境污染，而且給產(chǎn)品的分離和純化帶來很大困難，使投資和生產(chǎn)成本大幅度上升。所以，控制氧化反應深度，提高目的產(chǎn)物的選擇性始終是烴類選擇氧化研究中最具挑戰(zhàn)性的難題。早在40年代，Lewis等就提出烴類晶格氧選擇氧化的概念，即用可還原的金屬氧化物的晶格氧作為烴類氧化的氧化劑，按還原-氧化（Redox）模式，采用循環(huán)流化床提升管反應器，在提升管反應器中烴分

18、子與催化劑的晶格氧反應生成氧化產(chǎn)物，失去晶格氧的催化劑被輸送到再生器中用空氣氧化到初始高價態(tài)，然后送入提升管反應器中再進行反應。這樣，反應是在沒有氣相氧分子的條件下進行的，可避免氣相和減少表面的深度氧化反應，從而提高反應的選擇性，而且因不受爆炸極限的限制可提高原料濃度，使反應產(chǎn)物容易分離回收，是控制氧化深度、節(jié)約資源和保護環(huán)境的綠色化學工藝。根據(jù)上述還原-氧化模式，國外一家公司已開發(fā)成功丁烷晶格氧氧化制順酐的提升管再生工藝，建成第一套工業(yè)裝置。氧化反應的選擇性大幅度提高，順酐收率由原有工藝的50mol%提高到72mol%，未反應的丁烷可循環(huán)利用，被譽為綠色化學反應過程?！?】此外，間二甲苯晶格

19、氧氨氧化制間苯二腈也有一套工業(yè)裝置。在Mn、Cd、Tl、Pd等變價金屬氧化物上，通過甲烷、空氣周期切換操作，實現(xiàn)了甲烷氧化偶聯(lián)制乙烯新反應。由于晶格氧氧化具有潛在的優(yōu)點，近年來已成為選擇氧化研究中的前沿。工業(yè)上重要的鄰二甲苯氧化制苯酐、丙烯和丙烷氧化制丙烯腈均可進行晶格氧氧化反應的探索。關于晶格氧氧化的研究與開發(fā)，一方面要根據(jù)不同的烴類氧化反應，開發(fā)選擇性好、載氧能力強、耐磨強度好的新催化材料；另一方面要根據(jù)催化劑的反應特點，開發(fā)相應的反應器及其工藝。3采用無毒、無害的原料為使制得的中間體具有進一步轉(zhuǎn)化所需的官能團和反應性，在現(xiàn)有化工生產(chǎn)中仍使用劇毒的光氣和氫氰酸等作為原料。為了人類健康和社區(qū)

20、安全，需要用無毒無害的原料代替它們來生產(chǎn)所需的化工產(chǎn)品。在代替劇毒的光氣作原料生產(chǎn)有機化工原料方面，Riley等報道了工業(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。在特殊的反應體系中采用一氧化碳直接羰化有機胺生產(chǎn)異氰酸酯的工業(yè)化技術也由Manzer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，它取代了常規(guī)的光氣合成路線，并同時實現(xiàn)了兩個綠色化學目標。一是不使用有毒有害的原料，二是由于反應在熔融狀態(tài)下進行，不使用作為溶劑的可疑的致癌物甲基氯化物。關于代替劇毒氫氰酸原料，Mo

21、nsanto公司從無毒無害的二乙醇胺原料出發(fā)，經(jīng)過催化脫氫，開發(fā)了安全生產(chǎn)氨基二乙酸鈉的工藝，改變了過去的以氨、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。4采用無毒、無害的催化劑目前烴類的烷基化反應一般使用氫氟酸、硫酸、三氯化鋁等液體酸催化劑，這些液體催化劑的共同缺點是，對設備的腐蝕嚴重、對人身危害和產(chǎn)生廢渣、污染環(huán)境。為了保護環(huán)境，多年來國外正從分子篩、雜多酸、超強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

22、相烴化技術引人注目，這種催化劑選擇性很高，乙苯重量收率超過99.6%，而且催化劑壽命長?！?】另外，國外已開發(fā)幾種丙烯和苯烴化異丙苯的工藝，采用大孔硅鋁磷酸鹽沸石、MCM-22和MCM-56新型沸石和Y型沸石或用高度脫鋁的絲光沸石和沸石催化劑，代替了原用的固體磷酸或三氯化鋁催化劑。還有一種生產(chǎn)線性烷基苯的固體酸催化劑替代了氫氟酸催化劑，改善了生產(chǎn)環(huán)境，已工業(yè)化。在固體酸烷基化的研究中，還應進一步提高催化劑的選擇性，以降低產(chǎn)品中的雜質(zhì)含量；提高催化劑的穩(wěn)定性，以延長運轉(zhuǎn)周期；降低原料中的苯烯比，以提高經(jīng)濟效益。異丁烷與丁烯的烷基化是煉油工業(yè)中提供高辛烷值組分的一項重要工藝，近年新配方汽油的出現(xiàn)，

23、限制汽油中芳烴和烯烴含量更增添了該工藝的重要性。目前這種工藝使用氫氟酸或硫酸為催化劑。近年國外一家公司開發(fā)了一種負載型磺酸鹽/SiO2催化劑。另外，一家公司宣稱開發(fā)成功了一種固體酸催化的異丁烷/丁烯烷基化新工藝。5采用無毒、無害的溶劑大量的與化學品制造相關的污染問題不僅來源于原料和產(chǎn)品，而且源自在其制造過程中使用的物質(zhì)。最常見的是在反應介質(zhì)、分離和配方中所用的溶劑。當前廣泛使用的溶劑是揮發(fā)性有機化合物（VOC），其在使用過程中有的會引起地面臭氧的形成，有的會引起水源污染，因此，需要限制這類溶劑的使用?！?】采用無毒無害的溶劑代替揮發(fā)性有機化合物作溶劑已成為綠色化學的重要研究方向。在無毒無害溶劑

24、的研究中，最活躍的研究項目是開發(fā)超臨界流體（SCF），特別是超臨界二氧化碳作溶劑。超臨界二氧化碳是指溫度和壓力均在其臨界點（311、7477.79kPa）以上的二氧化碳流體。它通常具有液體的密度，因而有常規(guī)液態(tài)溶劑的溶解度；在相同條件下，它又具有氣體的粘度，因而又具有很高的傳質(zhì)速度。而且，由于具有很大的可壓縮性，流體的密度、溶劑溶解度和粘度等性能均可由壓力和溫度的變化來調(diào)節(jié)。超臨界二氧化碳的最大優(yōu)點是無毒、不可燃、價廉等。在超臨界二氧化碳用于反應溶劑的研究方面，Tanko提供了經(jīng)典的自由基反應在這一新的溶劑體系中如何作用的基礎和知識。他以烷基芳烴的溴化反應為模型體系，發(fā)現(xiàn)在超臨界流體中的自由基

25、鹵化反應的收率和選擇性等同或在某些情況下優(yōu)于常規(guī)體系下的反應。DeSimone的實驗室廣泛研究了在超臨界流體中的聚合反應，指出采用一些不同的單體能夠合成出多種聚合物，對于甲基丙烯酸的聚合，超臨界流體比常規(guī)的有機鹵化物溶劑有顯著的優(yōu)越性。此外，Tumas及其合作者詳細研究了環(huán)氧化合物的聚合、烯烴氧化和不對稱加氫等。與常規(guī)溶劑體系相比，上述反應沒有經(jīng)歷中間物，尤其在不對稱加氫反應上表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。除采用超臨界溶劑外，還有研究水或近臨界水作為溶劑以及有機溶劑/水相界面反應。采用水作溶劑雖然能避免有機溶劑，但由于其溶解度有限，限制了它的應用，而且還要注意廢水是否會造成污染。在有機溶劑/水相界面反應中

26、，一般采用毒性較小的溶劑（甲苯）代替原有毒性較大的溶劑，如二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、醋酸等?！?】采用無溶劑的固相反應也是避免使用揮發(fā)性溶劑的一個研究動向，如用微波來促進固、固相有機反應。6利用可再生的資源合成化學品利用生物量（生物原料）（Biomass）代替當前廣泛使用的石油，是保護環(huán)境的一個長遠的發(fā)展方向。1996年美國總統(tǒng)綠色化學挑戰(zhàn)獎中的學術獎授予TaxasA&M大學M.Holtzapple教授，就是由于其開發(fā)了一系列技術，把廢生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成動物飼料、工業(yè)化學品和燃料。 生物質(zhì)主要由淀粉及纖維素等組成，前者易于轉(zhuǎn)化為葡萄糖，而后者則由于結(jié)晶及與木質(zhì)素共生等原因，通過纖維素酶等轉(zhuǎn)化為葡萄糖

27、，難度較大。【7】Frost報道以葡萄糖為原料，通過酶反應可制得己二酸、鄰苯二酚和對苯二酚等，尤其是不需要從傳統(tǒng)的苯開始來制造作為尼龍原料的己二酸取得了顯著進展。由于苯是已知的治癌物質(zhì)，以經(jīng)濟和技術上可行的方式，從合成大量的有機原料中取除苯是具有競爭力的綠色化學目標。另外，Gross首創(chuàng)了利用生物或農(nóng)業(yè)廢物如多糖類制造新型聚合物的工作。由于其同時解決了多個環(huán)保問題，因此引起人們的特別興趣。其優(yōu)越性在于聚合物原料單體實現(xiàn)了無害化；生物催化轉(zhuǎn)化方法優(yōu)于常規(guī)的聚合方法；Gross的聚合物還具有生物降解功能。7環(huán)境友好產(chǎn)品在環(huán)境友好產(chǎn)品方面，從1996年美國總統(tǒng)綠色化學挑戰(zhàn)獎看，設計更安全化學品獎授予

28、Rohm&Haas公司，由于其開發(fā)成功一種環(huán)境友好的海洋生物防垢劑。小企業(yè)獎授予Donlar公司，因其開發(fā)了兩個高效工藝以生產(chǎn)熱聚天冬氨酸，它是一種代替丙烯酸的可生物降解產(chǎn)品。在環(huán)境友好機動車燃料方面，隨著環(huán)境保護要求的日益嚴格，1990年美國清潔空氣法（修正案）規(guī)定，逐步推廣使用新配方汽油，減小由汽車尾氣中的一氧化碳以及烴類引發(fā)的臭氧和光化學煙霧等對空氣的污染。新配方汽油要求限制汽油的蒸汽壓、苯含量，還將逐步限制芳烴和烯烴含量，還要求在汽油中加入含氧化合物，比如甲基叔丁基醚、甲基叔戊基醚。這種新配方汽油的質(zhì)量要求已推動了汽油的有關煉油技術的發(fā)展。柴油是另一類重要的石油煉制產(chǎn)品。對環(huán)境友好柴油

29、，美國要求硫含量不大于0.05%，芳烴含量不大于20%，同時十六烷值不低于40；瑞典對一些柴油要求更嚴。為達到上述目的，一是要有性能優(yōu)異的深度加氫脫硫催化劑；二是要開發(fā)低壓的深度脫硫/芳烴飽和工藝。國外在這方面的研究已有進展。此外，保護大氣臭氧層的氟氯烴代用品已在開始使用。防止“白色污染”的生物降解塑料也在使用。四綠色化學的目標綠色化學是以綠色意識為指導，以最終杜絕化學污染源，實現(xiàn)綠色化學為最終目標。綠色化學的最大特點在于它是在始端就采用實現(xiàn)污染預防的科學手段，因而過程和終端均為零排放和零污染。綠色化學的原則與范圍R.T.Anastas和JCWaner曾提出綠色化學的12條原則：1防止廢物的生

30、成比其生成后再處理更好。2設計合成方法應使生產(chǎn)過程中所采用的原料最大量地進入產(chǎn)品之中。3設計合成方法時，只要可能，不論原料、中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)品，均應對人體健康和環(huán)境無毒、無害(包括極小毒性和無毒)。4化工產(chǎn)品設計時，必須使其具有高效的功能，同時也要減少其毒性。5應盡可能避免使用溶劑、分離試劑等助劑，如不可避免，也要選用無毒無害的助劑。6合成方法必須考慮過程中能耗對成本與環(huán)境的影響，應設法降低能耗，最好采用在常溫常壓下的合成方法。7在技術可行和經(jīng)濟合理的前提下，采用可再生資源代替消耗性資源。8在可能的條件下，盡量不用不必要的衍生物(derivatization)，如限制性基團、保護/去保護作用、

31、臨時調(diào)變物理化學工藝。9合成方法中采用高選擇性的催化劑比使用化學計量(stoichiometric)助劑更優(yōu)越。10化工產(chǎn)品要設計成在其使用功能終結(jié)后，它不會永存于環(huán)境中，要能分解成可降解的無害產(chǎn)物。l1進一步發(fā)展分析方法，對危險物質(zhì)在生成前實行在線監(jiān)測和控制。l2要選擇化學生產(chǎn)過程的物質(zhì)使化學意外事故(包括滲透、爆炸、火災等)的危險性降低到最小程度。這12條原則目前為國際化學界所公認，它也反映了近年來在綠色化學領域中所開展的多方面的研究工作內(nèi)容，同時也指明了未來發(fā)展綠色化學的方向。五綠色化學可持續(xù)發(fā)展應用1、計算化學與產(chǎn)品工程 在新的功能分子被發(fā)現(xiàn)和確定后，通過產(chǎn)品工程技術向人類提供最經(jīng)濟的

32、產(chǎn)品是實現(xiàn)這些物質(zhì)價值的必經(jīng)途徑。產(chǎn)品工程的挑戰(zhàn)是使集約化的化工廠能高效安全地生產(chǎn)所需產(chǎn)品并對環(huán)境產(chǎn)生最小的副作用。資源循環(huán)利用是產(chǎn)品工程的新理念?？赏ㄟ^設備強化、過程集成和系統(tǒng)工程的方法實現(xiàn)。作為現(xiàn)代化學研究的有力工具，計算化學已經(jīng)能夠?qū)芏嗷瘜W體系、化學現(xiàn)象及化學反應提供準確的、較為全面的描述與解釋。計算化學可以輔助反應分離試劑的選擇、藥物的分子設計、工藝流程篩選和大系統(tǒng)優(yōu)化。不僅節(jié)約研究時間，而且降低資源消耗。目前的挑戰(zhàn)是研究各種化合物結(jié)構(gòu)和性能的關系，為新藥物農(nóng)藥材料的開發(fā)提供依據(jù)、預測與設計生物大分子的空間結(jié)構(gòu)、取向和形態(tài)，分析分子、分子體系的排列和相互作用#預測反應結(jié)果。設計高效催

33、化劑和構(gòu)筑高效反應體系D過程系統(tǒng)工程研究的目標是力圖從資源利用效率、環(huán)境影響和經(jīng)濟性諸方面使過程系統(tǒng)實現(xiàn)優(yōu)化。它借助過程系統(tǒng)模型化方法，通過計算機分析與模擬，利用優(yōu)化算法，最終使系統(tǒng)物流能量流資金流與信息流深度集成，實現(xiàn)化工生產(chǎn)的集約化。這也是原子經(jīng)濟模型的最佳體現(xiàn)2、環(huán)境問題與化學化工傳統(tǒng)的化學工業(yè)對環(huán)境污染十分嚴重。直到半個世紀以前，人們才剛剛意識到這一點。恰恰是應用化學與化工技術才從污染治理的角度初步解決了問題。要解決未來的環(huán)境問題，化學與化工面臨許多的挑戰(zhàn)。了解大氣土壤、湖泊、溪流和海洋既復雜又相互作用的化學世界，為制定生態(tài)環(huán)境保護政策提供科學依據(jù)，從各個層面上研究物質(zhì)與環(huán)境的相互作用

34、，對產(chǎn)品在生態(tài)系統(tǒng)中的分布狀況和作用做出真實可靠的評價。開發(fā)對環(huán)境負責的方法來制造有用產(chǎn)品是保護環(huán)境的根本措施，例如采用無毒無害的原料溶劑、助劑和催化劑。零排放的生產(chǎn)工藝等。例如目前用超臨界CO2替代傳統(tǒng)的水和有機溶劑的一場綠色革命廢棄物的回收利用不僅可以根治環(huán)境污染，而且能夠緩解資源危機。源于化工品的大量廢棄物主要為廢塑料、纖維和廢溶液?；厥諒U塑料、纖維等高分子聚合物產(chǎn)品和廢溶液中的單體一直是化學家和生產(chǎn)企業(yè)的理想。美英等國工業(yè)界已經(jīng)實現(xiàn)了對廢棄高分子聚合物的生物法和催化轉(zhuǎn)化法的閉路循環(huán)利用。如圖3.2所示圖3.23、農(nóng)業(yè)與化學化工農(nóng)業(yè)發(fā)展的理想模式是生態(tài)農(nóng)業(yè)。生態(tài)農(nóng)業(yè)是一個自我維持的系統(tǒng)。

35、該系統(tǒng)要使能量減少到最低，并且一切副產(chǎn)物都再循環(huán)，使農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)具有穩(wěn)定性，盡可能保證農(nóng)村的各種景觀并生產(chǎn)出需要的產(chǎn)品，使農(nóng)業(yè)生態(tài)體系變得更穩(wěn)定。農(nóng)藥和肥料科學歷來是化學化工和農(nóng)學的交叉學科。綠色農(nóng)藥的發(fā)展應優(yōu)先注意低毒高效的農(nóng)藥。它通過影響、控制和調(diào)節(jié)各種有害生物的生長繁殖過程抑制有害生物，達到對非指定目標沒有影響并且不會長期存留，對人類健康和生態(tài)平衡不產(chǎn)生影響。我國化肥主要問題在于品種單一，氮磷鉀比例失調(diào)，高效化肥和復合化肥有賴于進口，傳統(tǒng)的氮肥和磷肥工藝能耗和物耗大。針對于此建議研究開發(fā)綠色新工藝和新技術，有效利用不豐富的磷鉀資源；開發(fā)節(jié)能降耗的氮肥生產(chǎn)工藝和技術；研究由工農(nóng)業(yè)廢棄物污水

36、污泥制備緩釋肥料；開發(fā)節(jié)能低排放符合生態(tài)要求的生產(chǎn)工藝。4、人類保健與化學化工采用綠色化學設計、綠色化工技術和綠色生產(chǎn)工藝是洗滌用品、化妝品日用化學工業(yè)科研和生產(chǎn)部門的重要研究課題我國醫(yī)藥工業(yè)在近TV年中一直保持高速增長，但產(chǎn)品只能以低價位原料藥進入國際市場，固然為國家掙了不少外匯但同時也把大量的嚴重污染環(huán)境的“三廢”留在國內(nèi)。平均而言，傳統(tǒng)的制藥工藝會產(chǎn)生9倍于預期目標產(chǎn)物的廢物，單位產(chǎn)品產(chǎn)污量最高。長此下去，勢必破壞我國的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略大計，為了扭轉(zhuǎn)這種消極被動局面，必須大力提倡和發(fā)展綠色化學制藥工業(yè)。5、能源開發(fā)利用與化學化工能源危機使得開發(fā)更加穩(wěn)定和廉價的能源材料及方法，應用改進的膜、

37、催化劑、電極和電解液開發(fā)實用、低廉、更穩(wěn)定的燃料電池。開發(fā)用于氫氣制備、分配、儲藏及運輸?shù)牟牧?、工藝和裝置。研究集中安全處理核電廠的放射性廢物的方法。開發(fā)能量產(chǎn)生及分配新工藝，達到溫室氣體或有毒物質(zhì)的零排放。成為化學工業(yè)的重要責任。潔凈煤技術是旨在減少污染和提高效率的煤炭加工燃燒轉(zhuǎn)化和污染控制等一系列新技術的總稱。它使煤作為一種能源達到最大限度潛能的利用而釋放的污染最少，達到煤高效、潔凈利用目的。這是當今世界煤化工的主流方向，更是我國能源與經(jīng)濟環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的根本出路六各國政府對綠色化學的政策 1美國“總統(tǒng)綠色化學挑戰(zhàn)獎” 在美國，石油煉制和化學工業(yè)是銷售額最大的兩個工業(yè)部門，也是少數(shù)幾個產(chǎn)生貿(mào)

38、易順差的工業(yè)部門，它們在國民經(jīng)濟中占有重要比重。但是，傳統(tǒng)的石油和化學工業(yè)曾對該國生態(tài)環(huán)境和人們身體健康造成過嚴重的危害，例如著名的洛杉磯煙霧、多諾拉鎮(zhèn)煙霧、勒甫河(LoveCana1)事件等，由此喚起了人們對健康、社區(qū)安全和環(huán)境保護的重視，并促使觀念上的更新。1990年美國頒布的PPA，將污染的防止確立為國策，所謂污染防止就是使得廢物不再產(chǎn)生，不再有廢物處理的問題。該法案條文中第一次出現(xiàn)了“綠色化學”一詞，其定義為采用最少的資源和能源消耗，并產(chǎn)生最小的排放的工藝過程；1991年美國環(huán)保局開始將綠色化學納入其工作的中心。 1995年3月16日，美國總統(tǒng)克林頓宣布設立“總統(tǒng)綠色化學挑戰(zhàn)獎”，并于

39、1996年在華盛頓國家科學院頒發(fā)了第一屆獎項。這是世界上首次由一個國家的政府出臺的對綠色化學實行的獎勵政策，其目的是“通過將美國環(huán)保局與化學工業(yè)部門作為環(huán)境保護的合作伙伴的新模式來促進污染的防止和工業(yè)生態(tài)的平衡”，建立該獎是為了重視和支持那些具有基礎性和創(chuàng)新性變遷、并對工業(yè)界有實用價值的化學工藝新方法，以通過減少資源的消耗來實現(xiàn)對污染的防止。美國總統(tǒng)綠色化學挑戰(zhàn)獎共設立了變更合成路線獎、變更溶劑反應條件獎、設計更安全化學品獎、小企業(yè)獎以及學術獎五個獎項，這些獎項為個人、團體和組織提供了一個機會，可以通過競爭總統(tǒng)獎來獲取可使化學變得更為清潔、更為經(jīng)濟、更為美好的基礎性突破的支持，并體現(xiàn)了國家對將

40、綠色化學原理應用到化學的設計、加工和應用過程而產(chǎn)生的技術的重視。其評選標準涉及對人身健康和環(huán)境有益、具有科學創(chuàng)新性和應用價值等方面。另外，美國在國家實驗室、大學與企業(yè)之間組成了綠色化學院。 2日本的“新陽光計劃” 現(xiàn)在的日本是一個風景漪麗、環(huán)境優(yōu)美的太平洋島國，而發(fā)生于20世紀中葉的東京光化學煙霧、水俁病、痛骨病等事件卻聞名于全球，引起了當時日本政府的高度重視。同時，日本是一個資源匱乏但經(jīng)濟發(fā)達的工業(yè)強國，為保持其穩(wěn)定發(fā)展，在70年代發(fā)生了世界能源危機后即啟動了一批諸如研究開發(fā)新能源技術的“陽光項目”、研究開發(fā)節(jié)能技術的“月光項目”和其它環(huán)境保護技術開發(fā)項目。進入90年代，一個由政府規(guī)劃，旨在

41、防止全球氣候變暖、在21世紀重建綠色地球的“新陽光計劃”開始實施，莫主要內(nèi)容為能源和環(huán)境技術的研究開發(fā)，該計劃提出了“簡單化學”(SimpleChemistry)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)工藝過程來實現(xiàn)未來的化學工業(yè)，為了地球環(huán)境而變革現(xiàn)有技術。指出綠色化學就是化學與可持續(xù)發(fā)展相結(jié)合，其方向是化學的發(fā)展 適應于改善人們健康和保護環(huán)境的要求。 1990年7月日本成立了由工業(yè)界、學術界和政府聯(lián)合組織的為地球而創(chuàng)新技術的研究院，來承擔促進重建“21世紀新地球”活動的最重要角色之一；還成立了日本化學創(chuàng)新研究院，其目標是通過工業(yè)界、學術界和政府的共同努力來實現(xiàn)社會的可持續(xù)發(fā)展，把學術界和工業(yè)界的不同知識結(jié)合在一起，以發(fā)展創(chuàng)新并開創(chuàng)新的工業(yè)領域。 3.歐洲國家的環(huán)境保護新政策 德國是一個非常重視環(huán)境保護的國家，然而，其在環(huán)境保護中所取得的顯著成績，也并非一帆風順，而是在挫折與教訓中獲得的理智的結(jié)果。曾幾何時，戰(zhàn)后的聯(lián)邦德國為迅速發(fā)展經(jīng)